中国生物制造关键技术进展与未来趋势

云慧敏 1,2,3,陈必强 1,4,谭天伟 1,4(1.北京化工大学绿色生物制造全国重点实验室;2.北京化工大学国家能源生物炼制研发中心;3.北京化工大学经济管理学院;4.北京化工大学生命科学与技术学院)
摘要:生物制造作为实现绿色低碳和可持续发展的重要技术路径,正沿着“原料—技术—过程—产品”全产业链加速演进。首先,从原料端分析了传统粮食原料的局限性,重点介绍生物制造原料向非粮生物质拓展,高性能菌种及酶的开发向精准化、智能化演进,过程工程技术及核心装备向模块化、智能化迭代的最新进展,为构建安全、稳定的生物制造原料基础提供支撑。技术端系统梳理了基因编辑、代谢工程、计算设计、人工智能(AI)等底层工具在核心菌种、底盘细胞和工业酶精准设计中的应用,推动生物制造向高效化、模块化、智能化发展。在过程端,重点讨论智能细胞工厂、精准生物发酵、在线监测、数字孪生及智能装备国产化等关键技术的融合创新,加速实现由经验驱动向模型驱动与智能决策转型。在产品端,总结生物制造在医药、食品、化工、材料等领域的产业化进展及应用前景。最后,针对中国生物制造在菌种自主可控、高端装备依赖等方面的短板,提出关键技术攻关方向,为未来生物制造的技术路线与产业发展提供参考。
关键词:生物制造;非粮生物质;生物催化剂;先进装备;人工智能

目录介绍

1 生物制造的关键技术发展趋势

1.1 生物制造原料向非粮生物质拓展

1.2 高性能菌种及酶的开发向精准化、智能化演进

1.3 过程工程技术及核心装备向模块化、智能化迭代

2 中国生物制造的核心技术问题与挑战

2.1 资源利用与原料替代的技术瓶颈

2.2 核心菌种的自主可控性问题

2.3 生物催化剂设计与底层技术短板

2.4 高端装备与智能制造能力的不足

3 中国生物制造未来关键技术发展方向与关键任务

3.1 原料端:发展一碳原料转化与非粮资源的利用技术

1) 一碳原料高效转化

2 非粮生物质资源利用

3 智能化与工程化应用

3.2 细胞工程的智能设计与创制

1 工业酶的智能开发

2) 智能细胞工厂与精准生物发酵

3.3 装备与过程:智能细胞工厂、精准生物发酵、智能装备

1 高性能分离与材料技术

2 智能装备与过程集成

3.4 产品端:生物制造驱动的多领域产品体系拓展

1 能源领域推动绿色低碳替代

2) 化学品领域突破生物基平台化合物

3 材料领域构建可再生材料体系

4 医药领域合成生物学驱动药物创新

5 食品与农业构建非耕地依赖型营养供应体系

6 环境治理与高端精细化应用,拓展战略新兴赛道

4 结论

 

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