三代生物制造协同发展 助力能源产业高质量脱碳

对话代谢工程学科创始人之一、中国工程院外籍院士延斯·尼尔森

[中国石油新闻中心 2025-07-15] 延斯·尼尔森，代谢工程学科创始人之一、丹麦生物创新研究所首席执行官、查尔姆斯理工大学教授、中国工程院外籍院士，身兼丹麦、美国、瑞典等多国院士荣誉身份，在代谢工程学和合成生物学领域享有国际盛誉，在该领域的发展中起着重要的国际引领作用。

在全球能源脱碳转型关键阶段，三代生物制造如何协同发力，赋能炼化产业绿色升级？能源企业布局生物制造该如何分配资源？又该怎样消除产业痛点？

针对这些问题，本报专访了代谢工程学科创始人之一、中国工程院外籍院士延斯·尼尔森。

记者：您提出了第三代生物制造概念，三代生物制造之间有着什么关系？

延斯·尼尔森：三代生物制造体系是互为补充、协同发展的关系。以糖类、淀粉为原料的第一代生物制造仍将持续发挥重要作用；以木质纤维素为原料的第二代生物制造，其产业规模未来会持续扩大。但是，如果我们要实现温室气体大幅减排，就必须实现（以二氧化碳为原料的）第三代生物制造产业规模化发展。

在我设想的未来产业图景中，第二代、第三代生物制造将主要用于生产大宗基础产品，例如可持续航空燃料（SAF）；而第一代生物制造未来可能会转向生产高附加值精细特种化学品，不过短期内还是会保留生物乙醇生产业务。

记者：对于正在布局生物制造的能源企业，您建议这些企业从哪些方面发力呢？

延斯·尼尔森：我想说，当前全球能源消费结构已经发生重大变革，光伏发电、风电在一次能源消费中的占比大幅提升，并且这一趋势还将持续发展，推动全社会用能的电气化水平不断提高。短途运输场景（如短途轮渡）可以实现电气化转型，这在欧洲已有多个落地应用案例。但是部分行业仍然离不开高能量密度液态运输燃料，航空行业对可持续航空燃料（SAF）的需求还将持续增长。目前，航运领域已逐步采用绿氢制备绿色甲醇，这一发展路线未来会进一步普及。

以炼化一体化为核心竞争力的能源企业发展第一代生物制造，最广为人知的典型成功商业化产品是乙醇。它既可以作为调和生物燃料使用，也能作为平台化学品制备乙烯，乙烯再进一步加工生成聚乙烯。

另一典型产品为乳酸，可用于生产高性能材料聚乳酸。此外还有1,3-丙二醇与1,4-丁二醇。这两类产品依靠发酵法生产，可以满足市场对生物基产品的需求；不过发酵工艺产出的体量仅占该类化学品整体市场的一小部分，究其原因是发酵路线在成本上暂无法与传统化学合成工艺相抗衡。

记者：您认为将二氧化碳作为生物制造的碳源，目前在经济上和技术上是否可行？

延斯·尼尔森：如果政府出台碳税政策，负碳生物生产的商业价值将得以显现，但目前该技术路线尚不具备成本竞争力。当下地缘政治环境复杂，各国在温室气体减排治理方面难以达成共识，相关政策落地存在较大的阻力。不过，企业如果率先布局二氧化碳捕集与资源化利用技术，将碳资源作为未来的生产原料，长期来看，能够持续摊薄生产成本，最终打造具备成本优势的生产工艺。即便如此，该技术路线仍难以在成本上与石油化工行业抗衡——一旦石油需求下滑，原油价格也会同步走低。传统石油化工行业与生物制造行业短期存在商业博弈，但这类博弈通常出现在产业重大转型阶段，后续行业会如何演变还很难预判。不过随着社会电气化程度持续加深，传统石化行业的发展将面临挑战。

记者：目前，有专家认为，生物制造普遍存在“小规模盈利、大规模亏损”的痛点，您认为从政府、能源企业等角度来看，哪些方面能推动其产业化发展？

延斯·尼尔森：政府扶持是新型生物基产业经济落地发展的关键支撑，扶持方式包括发补贴、税收抵免等相关政策。

能源企业在这一产业化进程中也不可或缺。它们拥有充足的资金与工程技术积淀，具备建设大型生产装置的经验，这些正是降低单位生产成本的必要条件。

以乙醇生产为例，仅葡萄糖原料的成本就占到总成本的50%至70%，这充分说明原料成本是工艺能否具备市场竞争力的核心因素。葡萄糖原料来自粮食作物（“与粮争地”“与人争粮”的情况会制约第一代生物制造的发展）。长远来看，我们必须开发替代碳源，这正是第三代生物制造的价值所在：理论上其碳原料成本为零，若实施碳税政策，碳原料甚至能产生收益。但该路线的制约瓶颈在于用电成本。全社会电气化程度持续提升会加剧电力供需竞争，短期电价很难降至足够低廉的水平。

如果能源企业将生物制造工厂直接嵌入其现有的化工园区，利用园区内的余热、蒸汽、氢气和电力资源，构建“源网荷储+生物制造”的一体化模式，将会起到显著作用。第一代生物制造项目已有实践：多家生产厂区集中布局，共用蒸汽、污水处理等基础设施，以此分摊基建成本。同理，将生物制造装置配套整合进现有化工园区，自然也能达到相同的降本效果。