曾安平院士：超越自然及石化产业的生物合成——产业变革的西湖方案

2023年46篇（共396篇）原创文章

昨天浙江省合成生物产业技术联盟在浙大杭州科创中心成立。

大会邀请了曾安平院士、应汉杰院士以及科技界、产业界、投资界的专家和人才，来到现场。

我有幸受到牵头方浙江大学杭州国际科创中心的邀请，作为圆桌论坛的主持人。

两位院士以及各位科创圈专家翘楚的观点，给了我很多启发。

因此，我结合自己的理解，形成文字分享给大家。文责自负，敬请指正。

本篇先分享的是曾安平院士的精彩观点。

文末有曾院士负责组织的“西湖未来峰会之合成生物论坛”（7月26-28日在杭州）活动的介绍，诚挚欢迎业内各位朋友报名参加。

曾安平博士，西湖大学合成生物学和生物工程讲席教授，校级合成生物学与生物智造中心创始主任。原汉堡工业大学（TUHH）终身教授，生物过程与生物系统工程研究所所长。1990年获布朗瑞克工业大学（TU Braunschweig）生物化工博士学位。之后在德国国家生物技术中心（GBF，现德国国家实验室赫姆霍茨感染研究中心，HZI） 生化工程部作为博士后工作一年即被聘为GBF永久研究员，历任GBF实验室及HZI系统生物学研究组负责人至2006年， 期间在澳大利亚国家科学与工业研究院（CSIRO）从事生物过程开发研究，美国明尼苏达大学化工系访问研究。2005年分别获聘三所德国大学生物化工、生物过程工程及动物细胞系统生物学专业终身正教授，2006年起任职汉堡工业大学。主要研究方向为生物化工/生物工程、系统和合成生物学，电驱动生物合成技术，一碳生物利用及新型蛋白质生物材料，尤其在二元醇及氨基酸生物合成中取得多项成果，实现工业应用。是德国化学工程和生物技术协会专业委员会“生物过程工程”及“系统与合成生物学”专家组成员，曾任“新一代生物制造系统”专业委员会主任、Engineering in Life Sciences 主编之一。在国际高水平刊物上发表论文300多篇，编著5本，专利（含申请）20多项，多次成为欧盟、德国科学基金委，联邦教育科研部、及汉堡卓越研究群体等大型科研合作项目首席科学家。获多项国内外奖励及荣誉称号，包括中国国家（海外）杰出青年基金（2001年）、2008年被选为美国医药和生物工程学会（AIMBE）会士（Fellow）、2020年当选德国国家工程院院士。

1

合成生物技术的全球发展态势

第一，重大突破不断涌现，底层技术加快突破和演进。

生物设计合成走向：工程化、自动化、智能化。

第二，CO₂、生物质等可再生碳资源转化利用不断取得新突破，越来越多的产品打通生物合成路线。

第三，（迫切需要）科技机构和创新企业加快生物技术和产品研发，加速产品进入市场。

合成生物学与生物制造是颠覆性技术，正在成为国际战略竞争热点。

首先，生物合成技术是经济社会绿色可持续发展，实现双碳目标的重大方向

其次，继互联网、IT之后，合成生物是又一“万亿〞级别规模的市场。

最后，合成生物正在引发新一轮的国际竞争，已成为推动后疫情时代经济复苏的关键方向。

2022年9月，美国拜登总统签署的行政命令《国家生物技术和生物制造计划》，正式打响了中美生物经济竞争的世纪之战。

2

中国是生物制造大国，但缺乏原创性技术和产品

2021年我国生物基材料产量700万吨、产值超过1500亿元，占化工行业总产值的2.3%。

2021年我国生物产业产值超过10万亿元，占国民生产总产值的9%。

其中，生物制药占比40%，工业制品和生物农业超过25%，但能源环境只占9%。

绿色低碳呼唤合成生物技术在能源环境领域的理论发展和应用实践。

工信部发布的《“十四五”原材料工业发展规划》中，将发展生物基材料纳入重点任务。

但不可否认的是，我国合成生物发展存在不足，例如：

基础理论研究基础薄弱，原创标志性成果较少；

技术体系的集成创新不足，重大技术方法体系不完善；

基础研究与生产应用脱节，上中下游创新链条衔接不上。

这些不足之处都需要“产-学-研-用”的紧密合作和协同共进。

3

突破传统生物制造的原料瓶颈

传统生物制造的原料瓶颈的突破，有着一生二、二生三、三生万物的巨大意义。

从0到1的基础研究角度看，传统生物合成以糖基为原料，全球60%以上的重要化学品、燃料、天然产物及原材料等，都可以采取生物合成的方法得到。

从1到100的工程研究角度看，目前真正实现的生物合成制造只有不到6%。

存在的关键问题，表现在：

1. 原料的可持续性（国家粮食安全，不能与人争粮）；

2.缺乏生物多样性；

3.生产成本高（尤其是原料及产品分离）。

其中，绿色低碳技术至关重要。

根据国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》明确提出：

“十四五”期间，绿色低碳技术研发和推广应用取得新进展，绿色生产生活方式得到普遍推行，有利于绿色低碳循环发展的政策体系进一步完善。

因此，一碳（低碳）的生物转化目标：

以CO₂、一碳（副）产物等为原料，利用工业酶、微生物等进行生物合成与制造，构建绿色工业制造新模式，服务双碳目标。

4

超越自然及石化产业的生物合成：产业变革的西湖方案

为了突破传统生物制造的原料瓶颈，超越自然及石化产业的生物合成，曾院士放弃德国汉堡工业大学终身教授、生物过程与生物系统工程研究所所长的职务，加入西湖大学。

曾院士领衔组建了西湖大学合成生物学与生物智造中心（WE-SynBio）。

聚焦新一代生物药物、生物材料以及基于CO₂和太阳能的大规模绿色生物制造核心技术。

二氧化碳排放的典型例子——煤制甲醇。

我国是一个多煤、贫油、少气的国家，石油严重依赖海外进口。

我国从1993年起，已经成为石油净进口国，石油进口对外依存度已超过70%。

中国氮肥协会数据显示，我国甲醇产能超过9000万吨，产量超7000万吨，约占全球甲醇总产量的60%。

根据我国液体能源需求量预测，如果甲醇燃料应用规模达到3.5亿吨以上，可将我国原油对外依存度降到30%以下。

中国能源安全主要是指油气供应安全，如果能够通过甲醇跨越油气时代，中国的能源安全就会得以保障。

然而，在甲醇产能中，煤制甲醇占总产量的80%，该工艺排放大量CO₂，如何实现绿色低碳？

双碳固定能够解决传统甲醇生产的一大痛点，例如曾院士团队从原理突破实现工程技术开发：从气相CO₂合成氨基酸和丙酮酸。

甲醇生物经济可以应用在化工、能源、材料、农业、食品、医药等广泛领域。

在奥拉等人的著作《跨越油气时代：甲醇经济》中，提出：甲醇经济是超越石化时代的化学碳中和最佳方案。

我国发展甲醇经济，就有机会把能源主动权掌握在自己手里。

在此基础上，曾院士提出了产业变革的西湖方案——通过合成生物方法超越自然、超越石化。

大自然给了人类一切，二氧化碳通过光合作用实现碳固定。

通过上亿年地质作用，形成人类经济发展所需的石油、煤炭和化石资源。

通过农业生产，形成人类生存所需要的糖类生物质。

而超越石化的合成生物路径是：让二氧化碳、甲醇等碳一（C1）作为未来的通用碳源，凭空（气）合成通用中间体。

再通过重新组合TCA循环和糖酵解途径，中间物产品可以应用在能源、化工、材料、医药、农业、食品等领域，创造30万亿美金的庞大市场。

因涉及到不宜公开的技术细节，曾老师关于软物质合成生物学的应用以及能量代谢缺陷及线粒体相关疾病研究的内容，在此不做展开。

感谢曾院士为我们分享的精彩内容，以及为合成生物领域做出的重要贡献。

由曾院士组织的“首届西湖未来峰会之合成生物论坛”（7月25-27日在杭州举办），主题为“合成生物改变未来”。

论坛请到合成生物领域多位院士、企业家出席并做报告，内容包括合成生物学基础、生命健康、低碳生物制造等领域的最前沿成果及前瞻性产业洞见。

我们诚挚地邀请您参会。（报名请点击左下方的原文链接，或扫描文末的二维码）

会议议程如下：

重要嘉宾如下：

请扫描下方二维码，或点击左下方原文链接报名。

报名如遇问题，可联系我的微信号fangxin_1018。

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