生物制造与石油化工融合将引领下一代制造业发展

[中国石油新闻中心 2026-06-02]

专访美国国家工程院院士杰伊·D·基斯林

杰伊·D·基斯林，博士，美国国家工程院院士，全球合成生物学产业化先驱，现任加州大学伯克利分校生物工程、化学与生物分子工程教授。

生物制造与能源行业如何融合发展，需要注意哪些关键问题？哪些产业方向最有可能取得突破性进展，哪些领域最值得期待？针对这些问题，全球合成生物学产业化先驱，美国国家工程院院士杰伊·D·基斯林，在美国接受了本报记者的独家专访，就上述问题为我们一一解答。

记者：生物制造能否成为国际能源企业全新的转型方向？全球能源企业在这场转型中又扮演着怎样的角色？

基斯林：在我看来，生物制造可以成为国际能源企业重要的转型方向，但前提是企业必须予以重视，并进行战略布局。生物制造不会一蹴而就，颠覆能源与石化行业，但会影响其发展走向。只有真正认识到生物技术正逐步发展为主流制造技术的企业，才能在这一领域取得成功。全球能源企业在这场转型中可以发挥重要作用。

助力生物制造规模化落地。高校实验室与初创企业虽能在小规模下验证生物合成路径的潜力，但能源与石化行业更擅长安全、经济地运营大型复杂且高度集成的工艺项目，同时在大型工程建设与资本运作方面具有丰富经验。

能够发挥市场整合的作用。一种新的生物基化合物，唯有成功进入市场才能体现价值。能源企业深谙燃料标准、聚合物供应链、监管要求、客户需求等规则，能够明确哪些场景适合生产与现有系统兼容的“即用”型产品，哪些场景又适合研发性能更优异的全新分子。

可以保障原料供应。生物制造依赖稳定、可持续且经济的碳源，能源企业能够搭建配套供应链与预处理体系，保障这类原料实现工业化稳定供应。

对投资的理性把控作用。生物技术前景广阔，但并非所有的生物制造构想都具备市场竞争力。能源企业拥有技术经济分析、生命周期评估、风险管理以及规范的规模化落地手段，这至关重要。

我想国际能源企业不应单纯纠结于“生物技术能否取代石油”，而应思考：如何借助生物技术，以更低的排放、更可持续的碳源以及韧性更强的供应链，供给社会所需的燃料、化学品与各类材料。这正是机遇所在。

记者：人工智能、合成生物学等前沿技术对推动生物制造产业化发挥着怎样的作用？未来3至5年，哪些技术突破最具发展前景？

基斯林：合成生物学让我们能够更系统地设计、构建生物体系。人工智能几乎可以加速这一流程的各个环节。我想，最具突破性的进展是人工智能与自动化实验室的结合，也就是闭环式“设计—构建—测试—学习”的循环模式。

以往我们每次仅能验证一两个设想，如今可以批量生成多种生物设计方案，快速完成构建，开展高通量测试，并利用所得数据迭代优化下一代设计。

在未来3到5年内，我认为会有5个具有前景的突破。

目前，许多高价值生物制造产品，都需要自然界中原本不存在，或是性能亟待大幅优化的酶。而借助人工智能工具，酶工程的研发效率与成功率正不断提升。对于传统化学方法难以合成的物质而言，这项技术尤为关键。

此外，是复杂生物合成通路的优化改造，重点涵盖聚酮合酶与非核糖体肽合成酶。这类物质是自然界合成复杂分子的“天然生产线”。如果能对其实现稳定的人工调控，可以合成种类极为丰富的化学物质，包括新型材料、药物、精细化学品以及先进单体。我们的实验室对这一领域非常感兴趣，借助这类生物体系，能够制备出传统石化路线难以合成的分子。

第三是自动化与高通量检测技术。工业化生物制造需要对众多变量进行优化，自动化平台能够大幅提升试验方案的测试数量，缩短从构思到工业化候选方案的周期。

第四，我认为未来不会是纯粹的生物工艺，也不会是单一的化学工艺。生物催化与化学催化的融合也颇具前景。最优的生产模式或将是利用生物学技术制备高度功能化的中间体，再通过化学工艺将其转化为终端产品。这种协同路线，在燃料、聚合物、润滑剂及高性能材料领域会发挥尤为重要的作用。

最后是培育稳定性更强的微生物宿主。许多实验菌株在小型摇瓶中表现优异，但应用于工业发酵罐后效果却不尽如人意。提升菌株环境耐受能力，与提高产物产量同等重要。

生物制造的下一发展阶段，将以可预测性、规模化与集成化为核心特征。而人工智能与合成生物学，正是实现这一目标的关键工具。

记者：生物制造与石化行业可以在哪些关键领域实现融合？当前面临哪些挑战？有哪些应对策略？

基斯林：生物制造与石化行业的融合，是能源转型进程中最重要的发展机遇之一。石化行业拥有完备的基础设施、深厚的技术积累以及成熟的全球市场体系；而生物制造则带来可再生碳源、分子精准合成能力，以及在温和条件下制备复杂分子的技术优势。两大领域具有高度互补性。

我认为有可持续燃料、生物基化学品与单体、高性能材料、废弃碳资源利用、复合生物精炼这几个关键的融合领域。

例如在可持续燃料领域，石油化工企业精通燃料调和、提质、精炼与认证流程，可以依托生物技术制取可再生中间体，再利用现有精炼与催化工艺，生产符合标准的燃料。

在生物基化学品与单体领域，很多大宗石化产品都存在对应的生物基类似物或前体物质，其中一部分可直接替代传统石化产品，另一部分则能打造出性能更优的新型材料。

我尤为看好高性能材料方向的融合。借助生物制造，可以合成一些很难通过石化路线制备的分子。在此基础上，有望研发出新型胶黏剂、涂料、纤维、复合材料、电子材料以及高性能聚合物。生物制造不应只局限于低成本复刻石油化工现有产品，更要思考：以生物制造为平台，我们还能打造出哪些全新材料？

在废弃碳资源利用方面，生物技术可以将石油化工生产过程中所产生的部分废弃物直接转化（或经化学预处理后转化）为有用产品，让生物制造与循环经济发展模式相结合。

最后是复合生物精炼方面。未来的精炼厂将整合生物转化、化学催化、分离提纯与可再生能源技术。这类工厂不仅加工原油，还可处理生物质、废弃碳资源、回收塑料、捕集的二氧化碳以及生物基中间体。

但现阶段，我们的确面临成本、原料供给、规模化生产、政策与市场导向、公众认知等现实挑战。

生物制造和石油化工这套成熟高效的现有体系同台竞争，应该聚焦自身具备显著优势的品类：低碳排放、可使用可再生原料、能合成复杂分子，或是产品性能更优异的领域。保障规模化发展所需的可持续、稳定且低成本的碳源的同时，必须避免与人争粮，也要避免因土地利用变化削弱环境效益。可以考虑利用农林废弃物、城市垃圾、非粮能源作物、工业废气等，并采用低碳高效的生产工艺。

此外，我之前也提到，实验室中表现良好的菌株，在十万升级发酵罐里往往难以正常运作。产能扩大离不开技术支撑，而这正是能源行业的价值所在。

另外，低碳产品常与化石基产品同台竞争，而后者并未充分核算碳排放及环境外部成本。应当出台相关政策，助力新兴市场稳步发展。最后，生物制造需要赢得大众信任，必须做到安全合规、信息透明、环境友好且具备实际经济价值。不能夸大宣传，要实实在在地展现技术成效、减排成果与产业价值。

我想，未来不是生物制造与石油化工相互对立，而是融合发展，共同构建全新的碳经济体系。那些能够整合合成生物学、人工智能、化学工程、催化技术、分离工艺与可再生原料的企业和国家，将引领下一代制造业的发展。