工業(yè)生物技術(shù)_工業(yè)可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)――歐陽平凱院士訪

1、工業(yè)生物技術(shù) 工業(yè)可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù) 歐陽平凱院士訪談doi:10.3969/j.issn.1674-0319. 2010.01.007 請您簡單介紹一下目前工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。歐陽院士：工業(yè)生物技術(shù)是指在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)過程中運用微生物或酶為催化劑進(jìn)行物質(zhì)加工制造的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、食品、飼料、輕紡、礦產(chǎn)、材料和能源等工業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)生物技術(shù)是生物技術(shù)發(fā)展史上繼醫(yī)藥生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)之后的第三次浪潮，對于解決人類社會目前面臨的資源、能源與環(huán)境等諸多重要問題具有重要意義。當(dāng)前，CO 2排放問題已成為全球關(guān)注的熱點，并已從環(huán)境問題開始逐漸演化為政治問題，并有可能引發(fā)政治

2、危機(jī)。因此，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已成為歷史的必然選擇。隨著新一輪的經(jīng)濟(jì)衰退和氣候問題愈演愈烈，全世界紛紛把目標(biāo)聚焦到生物技術(shù)，并公認(rèn)它將有可能引發(fā)新一輪的技術(shù)革命，從而改變現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)體系。工業(yè)生物技術(shù)作為生物技術(shù)的一個重要方面，具有綠色、可持續(xù)的特點，是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，必將為未來人類低碳社會的構(gòu)建發(fā)揮關(guān)鍵作用。美國國家委員會預(yù)測，到2020年，將有50%的有機(jī)化學(xué)品和材料產(chǎn)自生物質(zhì)原料，而工業(yè)生物技術(shù)將起著核心作用。據(jù)OECD （經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）最新報告估計，到2030年，生物技術(shù)對OECD 成員國的GDP 貢獻(xiàn)將會達(dá)到2.7%，將有35%的化學(xué)品和其他工業(yè)產(chǎn)品可能涉及工業(yè)生物技術(shù)。同時

3、，工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品的銷售額將會占整個生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的39%，超過農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥，位居第一。 有人說工業(yè)可持續(xù)發(fā)展離不開工業(yè)生物技術(shù)，那么在解決目前人類所面臨的資源、能源與環(huán)境問題方面，工業(yè)生物技術(shù)將會發(fā)揮哪些重要作用？歐陽院士：世界各主要經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國都?xì)W陽平凱，南京工業(yè)大學(xué)校長，江蘇省科協(xié)主席，中國工程院院士，“973”項目首席科學(xué)家，我國生物化工工程研究和工程教育領(lǐng)域的先行者。工業(yè)生物技術(shù)是生物技術(shù)和工業(yè)工程技術(shù)的融合，目前主要應(yīng)用于各種發(fā)酵產(chǎn)品的制造，近年來在生物材料和生物能源方面也得到了快速發(fā)展。由于其具有環(huán)境友好的特點，因而在能源緊缺、環(huán)境污染加劇的當(dāng)今社會，更具有不可比擬的發(fā)展?jié)摿?。那么，工業(yè)

4、生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如何？其研究與應(yīng)用是如何推動工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的？有哪些因素會制約工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展，而我們又該如何解決這些問題？相信通過對歐陽院士的訪談，能使大家獲得對工業(yè)生物技術(shù)更為深入和系統(tǒng)的了解。69生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)2010.01 (1月把生物技術(shù)確定為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，把工業(yè)生物技術(shù)作為保障能源安全、環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。美國、歐盟、日本等都制定了雄心勃勃的戰(zhàn)略目標(biāo)與重大行動計劃，以加速發(fā)展清潔、高效和低碳的工業(yè)生物制造技術(shù)，促進(jìn)形成與環(huán)境協(xié)調(diào)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)體系。OECD 指出：“工業(yè)生物技術(shù)是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)”。工業(yè)生物技術(shù)過程一方面可以獲得與化學(xué)制造相同甚

5、至更好的產(chǎn)品，可以大幅減少原材料和能源消耗，減少廢棄物的產(chǎn)生與排放，大幅降低操作成本；另一方面，通過工業(yè)生物技術(shù)，可以實現(xiàn)原料路線的變更，實現(xiàn)從化石資源向可再生生物質(zhì)資源的轉(zhuǎn)變，從根本上改變對化石資源的依賴。目前，我國生物技術(shù)正在快速發(fā)展，并開始從醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域向化工、紡織、制革、采礦等領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，汽油、柴油、塑料、橡膠、合成纖維以及許多大宗的傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品，正在不斷地被來自可再生原料的工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品所替代，高溫高壓高污染的化學(xué)工業(yè)過程，正不斷向條件溫和、清潔環(huán)保的生物加工過程轉(zhuǎn)移。 據(jù)您了解，發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)目前需要重點解決哪些課題？目前工業(yè)生物技術(shù)的研究和技術(shù)平臺搭建情況如何？歐陽院士：

6、工業(yè)生物技術(shù)經(jīng)過一段時間的研究和技術(shù)積累，已取得了一些驕人的成果。但作為一個相對新的領(lǐng)域，工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展還很不成熟，存在許多問題需要探究。盡管新酶及新微生物資源的發(fā)現(xiàn)數(shù)量急劇增加，但適合工業(yè)過程的不多。為了實現(xiàn)工業(yè)生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必須通過深入的基礎(chǔ)研究來奠定知識基礎(chǔ)，通過應(yīng)用研究來進(jìn)行產(chǎn)品和過程革新。當(dāng)前主要問題集中起來包括如下幾個方面。新生物催化劑的發(fā)現(xiàn)：從特有和極端環(huán)境中尋找新生物催化劑，通過分子生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建和篩選全新生物催化劑，拓展生物催化和生物轉(zhuǎn)化的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。代謝工程與菌種改造：以基因圖譜為基礎(chǔ)，通過基因工程、蛋白質(zhì)工程、代謝工程等手段，設(shè)計和改造適應(yīng)高效工業(yè)制造過程的菌

7、種。生物催化劑的功能優(yōu)化：通過蛋白質(zhì)工程、定向進(jìn)化等手段進(jìn)行生物催化劑適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的改造、修飾和優(yōu)化。酶功能的分子本質(zhì)的揭示：基于化學(xué)生物學(xué)和大分子結(jié)晶技術(shù)，進(jìn)行以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的酶的構(gòu)效關(guān)系研究，挖掘未知蛋白的新功能。與納米技術(shù)、材料科學(xué)的交叉：通過生物催化劑與無機(jī)材料的組合，構(gòu)建用于工業(yè)生物技術(shù)過程的高效新型生物催化劑。工業(yè)生物技術(shù)反應(yīng)體系設(shè)計：工業(yè)生物技術(shù)過程與傳統(tǒng)化學(xué)過程進(jìn)行集成整合，分析多相過程體系的流體力學(xué)和動力學(xué)，進(jìn)行過程建模、模擬和優(yōu)化。20世紀(jì)90年代以來，通過國家和地方的支持，我國相繼建設(shè)了國家生化工程技術(shù)研究中心、酶工程國家工程實驗室等幾個國家級和工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室

8、等一批省部級工業(yè)生物技術(shù)研究平臺，通過這些平臺的設(shè)立，極大的推動了我國工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化研究和開發(fā)，并取得了一批產(chǎn)業(yè)化成果。盡管如此，與發(fā)達(dá)國家相比，我國在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的平臺建設(shè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要國家大力支持。另一方面，我國的企業(yè)在這方面的投入還比較少，將來還需要大力推動。 在化工領(lǐng)域大規(guī)模采用微生物或酶為催化劑，大規(guī)模生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品，推動化工技術(shù)的革新，目前進(jìn)展情況如何？歐陽院士：目前，全球許多公司正投入大量資金用于工業(yè)生物技術(shù)的研發(fā)，試圖對化學(xué)品進(jìn)行廉價生產(chǎn)，并開發(fā)一些新的化學(xué)品生產(chǎn)路線。日本的三菱化纖、協(xié)和發(fā)酵和味之素等公司已開發(fā)了許多新篩選的菌種和酶用于工業(yè)生物技術(shù)過程

9、，使得工業(yè)生物技術(shù)成為一個獨特的研究熱點。歐洲的BASF 、DSM 、Lonza 、Degussa 和Roche 等大型跨國公司已紛紛轉(zhuǎn)向工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，并均已有產(chǎn)品投放市場。工業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模能源、材料、化學(xué)品生產(chǎn)已初見端倪。在能源領(lǐng)域，生物乙醇（燃料酒精）、生物柴油、生物甲烷等目前均已成規(guī)模。在生物基高分子材料領(lǐng)域，目前開發(fā)前景很好的生物材料為聚乳酸（PBS ）、PTT 纖維、聚丙烯酰胺、多糖、聚氨基酸等。在精細(xì)化學(xué)品領(lǐng)域，目前已見報道的工業(yè)化過程約有人物訪談70生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)2010.01 (1月 220多個，主要產(chǎn)品包括有機(jī)酸、氨基酸、食品添加劑、手性藥物中間體等。 在構(gòu)建中國生

10、物經(jīng)濟(jì)模式過程中，如何借勢發(fā)展中國生物質(zhì)原料戰(zhàn)略等新一代工業(yè)生物技術(shù)？歐陽院士：我國幅員遼闊，但人口數(shù)量龐大，人均資源和土地均很少，注定了中國不能像國外普遍使用糧食、油料作為化石資源的替代原料。盡管如此，我國農(nóng)林業(yè)產(chǎn)生的數(shù)量巨大的農(nóng)林廢棄物及居民生活消費糧食、食品產(chǎn)生了極其豐富的低劣生物質(zhì)，正在嚴(yán)重污染我國的水體和環(huán)境。通過利用生物技術(shù)，實現(xiàn)我國豐富的低劣生物質(zhì)的高效加工，既可解決我國的化石資源短缺問題（石油、天然氣），又可解決能源問題，還可解決環(huán)境問題（水體富營養(yǎng)、CO 2排放）。通過利用我國特有的豐富低劣生物質(zhì)資源為原料，構(gòu)建高效生物甲烷體系，進(jìn)而加工高質(zhì)量航空煤油，每年約可節(jié)約5億噸標(biāo)煤

11、，約減排18億噸CO 2。同時，以秸稈為原料高效生物制造生物液體燃料（如生物丁醇），替代汽柴油作為汽車燃料，可能比現(xiàn)有技術(shù)（如電動汽車）更優(yōu)（成本更低，投資更少、排放更少）。此外，我國作為高分子材料加工和應(yīng)用大國，用秸稈加工剩余物制造高性能工程塑料，大幅度替代現(xiàn)有石油化工材料，可大量節(jié)約石油資源，減少CO 2排放。通過立足中國國情，建立符合中國特色的工業(yè)生物技術(shù)體系，將是一次新的產(chǎn)業(yè)革命和科技革命。利用可再生生物質(zhì)資源取代化石資源，不僅可以生產(chǎn)能源、材料與化工產(chǎn)品，緩解能源緊張與工業(yè)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險形勢，并可從根本上減少CO 2的凈排放，提高我國產(chǎn)業(yè)效率、增強(qiáng)工業(yè)競爭力，從而構(gòu)建出一條通往生物經(jīng)濟(jì)時代

12、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化之路。 工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，目前產(chǎn)業(yè)化情況如何？如何應(yīng)用工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，培育新型工業(yè)體系？歐陽院士：目前，發(fā)達(dá)國家工業(yè)生物技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，并已在能源、材料、化學(xué)品、紡織、造紙等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了許多工業(yè)化過程，產(chǎn)值也節(jié)節(jié)攀升，在美國，工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)值已超過醫(yī)藥生物技術(shù)。在我國，通過大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)，可以構(gòu)建新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)體系，實現(xiàn)資源、環(huán)境和社會的可持續(xù)和諧發(fā)展。一方面，大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)可以建立生物能源、生物材料等新興產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)能源、材料的原料替代，大幅度節(jié)約資源，減少排放。另一方面，大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)可以革新我國的化工、造紙、紡織、冶金等傳統(tǒng)

13、產(chǎn)業(yè)，建立新型技術(shù)創(chuàng)新體系，提升產(chǎn)業(yè)競爭力，實現(xiàn)節(jié)能減排。此外，大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)還可以有效提高我國傳統(tǒng)大宗發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，提升我國傳統(tǒng)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的國際競爭能力，扭轉(zhuǎn)我國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)高產(chǎn)量、低效益的不利局面。 目前我國工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域立項情況如何？您對發(fā)展我國工業(yè)生物技術(shù)有哪些好的建議？歐陽院士：在“十五”期間，工業(yè)生物技術(shù)被寫入了國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。與此同時，我國在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的立項增長很快，相繼批準(zhǔn)了“生物催化和生物轉(zhuǎn)化中關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)研究”等多項國家“973”計劃項目。國家“863”計劃則增加了工業(yè)生物技術(shù)專題，國家支撐計劃也在該領(lǐng)域立項支持了一批項目。盡管自“十五”以來我國在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)費增長較快，但相比農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，建議國家應(yīng)繼續(xù)加大在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)費投資，如增設(shè)國家重大專項。另一方面，我國在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還比較弱，建議國家應(yīng)加