生物基材料是支撑“双碳”目标落地、破解塑料污染困局、替代化石资源、发展循环经济、推动绿色转型的关键战略性新兴材料，其发展具备深刻的时代必要性与多元价值。

生物基材料在原料来源层面正实现代际式突破，整体呈现由粮食基向非粮、废弃物、一碳原料迭代发展的趋势。生物基材料领域多技术协同实现系统性突破，全链条实现迭代升级，有力推动生物基单体与高分子材料的产业化落地。生物基材料在不同品类上实现性能迭代，逐步缩小与石油基产品差距，覆盖工程塑料、可降解材料、聚酯、纤维等多个大类，并在众多领域实现落地应用。

目前，生物基材料产业化仍面临原料难以规模稳定低成本获取、落地层面配套政策存在明显短板、菌种知识产权保护压力突出、下游产线改造投入大等多重掣肘。

长远来看，生物基材料产业发展潜力巨大，但现阶段仍处于起步阶段，需多方突破瓶颈方能释放产业价值。

本文转化自国务院国资委2026年度“揭榜挂帅”研究课题，由中国石化经济技术研究院王丽敏、张鹏莉、吕晓东、杨晨提供。

生物基材料 多元战略价值

价值一 支撑“双碳”目标落地

生物基材料以可再生生物质为碳源，产品全生命周期碳排放显著低于石油基材料，部分品种可实现碳负排放，是工业领域降碳的重要抓手。国内外政策层面，欧盟《碳边境调节机制》、我国“双碳”战略及《“十四五”生物经济规划》均将生物基材料列为重点发展方向，生物制造是我国“十五五”期间重点发展的未来产业之一，政策红利持续释放。

价值二 破解塑料污染困局

传统石油塑料难降解造成的白色污染已成为全球性环境难题，PLA、PHA等可降解生物基材料可在堆肥环境中完全分解，是替代一次性塑料包装、餐具的核心方案，欧盟《一次性塑料指令》、我国“限塑令”升级，为生物可降解材料打开了刚性市场空间。

价值三 替代化石资源

在化石资源替代维度，全球地缘博弈加剧，原料多元化是生物基材料的发展契机。生物基材料以农林废弃物、藻类等可再生资源为原料，作为化石资源的补充，保障供应链安全。国际能源署及多国能源战略均将生物制造列为能源转型的重要路径，巴斯夫、杜邦等国际化工巨头纷纷布局生物基产品线。

价值四 发展循环经济

生物基材料可依托秸秆、餐厨残渣、工业有机废渣等废弃物原料实现“变废为宝”，打通农业-工业-废弃物资源化的循环链条，契合循环经济“减量化、再利用、资源化”原则，是构建废弃物闭环利用体系的重要节点。

价值五 推动绿色转型

生物制造技术推动传统化工向绿色低碳转型，带动农业、化工、材料等多产业融合升级，催生新的经济增长点。地方政府竞相打造生物制造产业集群，国内华恒生物等企业加速布局生物基材料产能，成为推动实体经济高质量发展的新引擎。

突破 生物基材料原料、工艺与应用持续进阶

原料：实现代际迭代，多元资源供给

生物基材料在原料来源层面正实现代际式突破，整体呈现由粮食基向非粮、废弃物、一碳原料迭代发展的趋势。

第一代粮食基淀粉、糖类、油脂原料，通过发酵工艺迭代、多酶协同催化等技术持续降本增效，保障现有PLA（聚乳酸）等产品工业化供给。

第二代木质纤维素原料成为技术攻关重点，针对秸秆、木屑等农林废弃物，预处理、酶解、催化转化技术不断取得进展，秸秆制烯烃、木质纤维素制备FDCA（2,5-呋喃二甲酸）等示范项目落地，推动非粮原料逐步向产业化迈进，缓解“与粮争地”的矛盾。废弃物生物质实现从低值处置向高值原料转变，造纸黑液木质素、餐厨残渣、甘蔗渣等有机废弃物通过生物‑化学耦合炼制，转化为生物基单体，打通废弃物资源化利用路径。

以二氧化碳、甲醇为代表的一碳原料开辟全新技术路线，人工固碳合成淀粉、生物基单体等技术完成实验室及小中试验证，摆脱对传统生物质资源依赖。与此同时，微藻、大型海藻等藻类原料凭借不占用耕地、高效固碳的优势，在藻多糖、藻油制备材料领域开展中试探索。

整体来看，原料来源的不断拓展，既提升资源供给能力，又强化行业降碳效益，为生物基材料大规模替代石化原料筑牢基础。

工艺：多技术协同创新，全链条迭代升级

生物基材料领域发酵技术依托合成生物学、代谢工程，并结合人工智能技术，同时协同生物质化学转化技术实现系统性突破，从菌种创制、化学转化、底物利用、过程工艺到下游分离纯化全链条实现迭代升级，有力推动生物基单体与高分子材料的产业化落地。

在菌种改造层面，通过基因编辑、代谢重编程构建高性能细胞工厂，阻断副产物竞争路径，显著提升乳酸、丁二酸、戊二胺、PHA等关键单体的发酵效率、产物光学纯度与碳转化率。AI蛋白质设计、代谢网络预测模型可快速筛选酶突变位点与基因调控靶点，缩短菌株研发周期，部分工程菌株耐受高底物、高产物胁迫，破解产物抑制积累的痛点。

在化学转化路径上，生物质气化、热解、催化加氢等化学法技术取得关键进展，通过气化将秸秆、木屑等生物质转化为合成气，再经催化合成生物基平台化合物，热解耦合分子筛定向催化技术可直接制备烯烃、芳烃等大宗单体，弥补发酵技术在大分子烃类产物合成上的短板，与生物发酵形成工艺互补。

在底物适配技术上，统合生物加工工艺取得重要进展，改造获得可自产酶系的功能菌株，实现秸秆等木质纤维素原料糖化‑发酵一步完成，摆脱对外源纤维素酶的依赖。AI辅助解析多组学数据，拓展发酵底物，可利用农林废弃物、餐厨残渣、甘油等廉价碳源，部分工程菌实现以一碳化合物为碳源进行发酵合成，降低原料成本，缓解粮食原料供给压力。

发酵工艺装备方面，高固含量发酵、嗜盐菌开放式发酵、连续发酵等新工艺不断成熟；融合在线光谱感知与深度学习的AI智能控制系统，构建“实时监测‑智能预测‑自动调控”闭环，实现发酵过程参数动态优化，跨尺度AI模型有效解决实验室小试向工业罐放大的尺度效应难题，同时AI对生物质气化、催化反应工况开展仿真寻优，提升气化效率与目标产物选择性，以及设备利用率，降低能耗与运行成本。下游分离纯化技术同步迭代，集成膜分离、离子交换、绿色萃取等工艺，结合AI参数寻优，提升单体回收率与产品纯度，减少有机溶剂使用，降低后处理成本。

整体来看，生物发酵、化学转化与人工智能深度融合，持续缩小生物法与石化工艺的成本差距，为生物基材料大规模工业化替代筑牢核心技术基础。

应用：性能持续优化，场景不断拓展

生物基材料通过分子设计、共混改性、复合增强等技术手段，在不同材料品类上实现性能迭代，逐步缩小与石油基产品差距，覆盖工程塑料、可降解材料、聚酯、纤维等多个大类，并在众多领域实现落地应用。

一是生物基尼龙（工程塑料）。依托生物基戊二胺等关键单体产业化突破，生物基尼龙在拉伸强度、耐热、耐磨等核心性能上实现与石油基尼龙基本对标，部分牌号具备低吸湿、低碳排放优势。通过共聚、填充改性进一步优化加工性能，主要应用于汽车零部件、电子电器器件、工业配件及纺织面料，补齐生物基材料在高端工程制品领域的短板。

二是生物可降解材料，重点发展海洋可降解品类。PLA、PBAT（聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯）、PHA等主流材料堆肥降解性能已经成熟，可满足一次性包装、餐具替代需求。针对海洋低温高盐、微生物稀少的苛刻环境，PHA成为海洋可降解核心品种，可在海水环境中被微生物分解；海藻基、甲壳素基材料也实现海水环境快速降解，广泛应用于餐饮包装、农用地膜、渔业网具、海洋一次性耗材。通过分子结构调控，实现降解速率可定制，兼顾制品使用周期与废弃后降解要求。

三是生物基聚酯。以PEF、生物基PET为代表，PEF的氧气、水汽阻隔性能显著优于传统PET，耐热性能得到提升，适合高阻隔食品包装；结构等同型生物基PET化学结构与石油基产品完全一致，可直接复用现有加工设备。通过共聚改性提升加工韧性，应用于食品饮料包装、薄膜、容器等领域。

四是生物基纤维。以纤维素基纤维、生物基尼龙纤维为代表，莱赛尔等纤维素纤维优化溶剂回收工艺，提升强度与尺寸稳定性；生物基尼龙纤维兼具柔软耐磨特性，用于纺织服饰。木质素、海藻多糖改性纤维进一步赋予抗菌、吸附等附加功能，主要用于服装家纺、医疗卫生材料、过滤吸附材料，推动绿色替代。

同时，AI辅助模拟、配方筛选加速各类材料的配方迭代与性能优化，改性工艺持续提升材料抗紫外、抗水解等耐候能力。整体来看，各类生物基材料由低端一次性制品，逐步向工程部件、高端包装、绿色纺织领域拓展，为替代石化材料提供有力支撑。

掣肘 生物基材料产业化面临多重制约

原料受制于供应链体系

生物质原料获取的核心难题是资源量大但难以实现低成本、稳定、标准化的工业化供应，整体供应链制约远大于资源储量限制。首先是收集与时空供应难题，农林生物质多分散于农田、林地，单点存量低、分布零散，需大量人工与机械作业，收集难度大。其次，原料具有极强季节性，收割窗口期集中，全年供应不均衡，企业需配套大规模仓储设施，大幅增加了场地与资金成本，且原料有效可收集量还受秸秆还田政策制约。

储运成本高、风险大，生物质原料堆密度低、体积大，运输效率极低，经济运输半径仅50~100公里，须严格限制工厂选址与产能规模。原料堆放易受潮霉变、发热自燃，易腐类有机废弃物还会腐败变质，仓储损耗与安全管控压力突出，收储运成本占原料总成本一半以上。

原料品质与供应链体系不完善。不同产地、时节的原料组分、含水率、灰分差异较大，且混杂泥沙、杂质，易造成工艺不稳定、催化剂中毒。同时，行业缺乏统一质量分级标准，定价与质控难度大，加之原料权属分散、农户供货意愿不稳定，专业化收储运服务商缺失，难以形成稳定规模化供应链，严重制约生物质产业工业化发展。

配套政策仍存短板

我国《“十四五”生物经济发展规划》《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》等文件，明确支持非粮生物质原料开发生物基材料，推动石油基产品替代与碳减排，为产业确定发展方向。但落地层面配套政策仍存在明显短板，制约原料稳定获取与产业规模化推进。

政策呈现碎片化特征，跨部门协同不足。农业部门鼓励秸秆还田以保护耕地，与生物制造企业秸秆原料需求存在矛盾；收储、环保、土地、碳核算分属不同部门主管，缺少一体化实施细则，企业项目协调成本较高。现有激励政策多聚焦后端生产示范，针对生物质原料收储运的专项扶持偏少，补贴持续性不足，区域差异大，生物基材料的低碳价值难以转化为市场收益。

同时，行业标准体系滞后，多沿用石油基材料评价体系，缺少原料分级、碳足迹核算、生物基含量认证等统一规范，原料定价与质控困难。需求侧拉动机制偏弱，绿色采购政策力度有限，生物基材料成本劣势难以抵消，市场替代动力不足，挫伤企业建设长期原料供应链的积极性。

知识产权保护压力突出

生物制造核心菌种更新迭代频繁，为持续提升转化效率、降低生产成本，企业需要不断开展诱变、筛选与基因改造工作，研发投入较高。在工业放大环节，知识产权保护存在明显短板。菌种属于活体生物资源，相关技术具有易于保藏、复制、泄露的特点，保密难度大。现有专利体系对菌株保护存在局限，菌种专利举证困难，一旦菌种技术外流，侵权取证、维权周期长，成本高。此外，在产学研合作、代工中，菌种相关技术泄露风险突出。部分下游放大工艺、发酵配套know-how难以通过专利有效保护，多依赖技术秘密。知识产权保护不足降低企业菌种研发投入意愿，抑制企业在工业放大阶段的技术创新，制约生物基材料产业化进程。

下游产线改造投入大

生物基新材料的应用领域拓展难度大。一方面产品综合成本普遍高于传统石油基材料成本；另一方面，下游企业更换原料的意愿不足。对于纤维、工程塑料、橡胶等材料，下游企业现有生产线、配方体系、产品标准均长期适配石油基原料。切换材料需要重新开展配方调试、试样验证、长期性能测试与产品认证，周期长、试验投入高，还存在成品性能波动的风险。下游企业出于产品稳定性、供应链风险考量，不愿轻易替换成熟原料。同时，终端市场缺少绿色材料优先采购的强制引导，客户没有足够动力接纳新材料，导致生物基纤维、工程塑料、橡胶等产品市场导入缓慢，限制产业规模化发展。

●什么是生物基材料？

生物基材料是以各类生物质为原料，经生物合成或化学转化制备而成。

合成工艺路径有一般直接提取、发酵-化学聚合、微生物直接合成、热化学转化四类。

●生物技术发展到什么程度了？

以原料迭代可分为三代技术。第一代技术原料为粮食基的淀粉、糖类、油脂。第二代技术原料为非粮木质纤维素类的秸秆、木屑等农林废弃物，通过物理、简单化学改性，直接得到淀粉、纤维素、木质素基材料。二氧化碳利用、藻类生物合成属于第三代生物技术路线，利用微藻与大型海藻合成多糖、藻油等原料，具备固碳、不占用耕地的优势。

●生物基材料有几类？

从替代类型划分，生物基材料可分为四类：一是结构等同全替代，化学结构与石油基材料完全一致，不可生物降解，如生物基PE（聚乙烯）、生物基PET，直接对等替换石化制品，实现降碳；二是功能等效可降解替代，以PLA（聚乳酸）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）为代表，可生物降解，主要替代一次性石油塑料；三是部分替代，通过共混共聚引入生物基组分，生物基含量低于100%，减少化石原料消耗；四是全新功能替代，开发PEF、纤维素基等新型材料，不直接对标传统石化产品，依靠特有性能开拓应用场景。

生物基材料 产业未来展望

面向长远，随着生物技术持续迭代、产业链不断规模化体系化构建，生物基材料产业拥有广阔发展空间。当前产业仍处在发展初期，原料供给、成本控制、知识产权、下游应用等多重瓶颈尚待破解。

展望未来，依托合成生物学、AI生物制造、一碳转化等前沿技术突破，多元生物质资源将得到高效利用，持续降低全链条生产成本。配套政策、行业标准与市场激励机制逐步完善，将打通从原料收储、生物合成到终端产品应用的完整链条。伴随下游产线改造、绿色采购需求释放，生物基材料有望加速替代石化材料，在实现“双碳”目标、塑料污染治理、循环经济领域释放更大价值，成长为绿色实体经济的重要支柱。