生物制造各领域应用情况如何？

生物制造覆盖范围广阔，从应用领域来看，其所涉及的领域主要涵盖生物制药、生物化工、 生物材料、食品行业、酶制剂、生物燃料。

1.生物制药：万亿市场快速增长，关注天然产物异源合成

生物制药万亿市场持续快速增长。根据《2023 年中国生物制药行业报告》，新冠疫情带动疫 苗行业高速增长背景下，2021 年中国生物制药市场规模达到 4871 亿元，同比增长 25.9%，预 计未来随着居民可支付能力的提高、患者群体的增长以及医保覆盖范围的扩大，中国生物制 药市场规模将在 2026 年进一步扩大至 9577 亿元，年复合增长率为 14.5%。

生物制药的关键词是“创新”，细分领域皆有破局可能。从细分药物类型来看，生物制药包括 细胞与基因治疗、血液制品、重组蛋白、抗体药、疫苗、医药中间体/原料药、医药天然产物 等领域。而细胞与基因治疗、血液制品、重组蛋白、抗体药、疫苗等领域，由于产品附加值 高，因此成本敏感度较低，生物制造的意义更多是在技术层面创新“好产品”。然而低附加值 的部分小分子中间体、生物原料药、大健康原料等通常由于产能过剩因此对价格较为敏感， 这也是近年来医药中间体和原料药厂商业绩承压的原因之一，通过生物制造技术升级实现破 局或将是下一阶段这些企业的重要方向之一。天然产物领域通常有两个特点，一是企业可以 通过生产技术革新优化毛利，如抗生素、维生素、甾体激素等；二是部分品种由于价格昂贵， 需求端难以打开，生物制造带来的成本优势可让企业率先进入蓝海市场，这一特点下的创新 驱动通常与企业核心技术竞争力直接相关。

替代植物提取法，天然产物赛道值得期待。根据 2023 年 XYZ Research 发布的《全球及中国 植物提取物行业分析报告》中的数据，在 2021 年全球 300 亿美元以上的植物提取产品市场 中，药品领域需求量占整个植物提取物市场的比重 45%，其次为食品和饮料及化妆品领域占 比分别为 26%和 23%，其余细分领域占比 6%。我们认为在侧重替代植物提取法的天然产物方 面，尤其在生物医药领域，有望成为当前生物制造值得关注的细分赛道之一。

2.生物化工：替代传统化学法，工艺变革重塑细分行业格局

生物化工领域的发展逻辑为大宗化学品由传统化工工艺向生物制造演进，行业内更多聚焦成 熟品种的制造路径变革。这些品种多为低附加值的平台型化合物，具有需求量大、成本敏感 度高的特点，因此生物制造的成本及环保优势将更为明显。如目前在有机酸领域，平台化合 物丁二酸、苹果酸发酵水平达到 100 g/L 以上，丁二酸生物制造法与石化路线相比成本下降 20%，二氧化碳减排 90%；1，3-丙二醇的生物法路线相比石化路线能耗降低 40%，温室气体排 放减少 20%；1，4-丁二醇实现万吨级规模的生产，比石化路线减少 56%的温室气体排放。

氨基酸领域，大品种氨基酸 L-谷氨酸、L-赖氨酸、L-苏氨酸分别可达到 220、240、120 g/L 发酵水平，小品种/高附加值氨基酸在几十 g/L 水平不等，某些可达到 100g/L 发酵水平，部 分品种仍采用传统理化诱变、经典代谢工程的底盘细胞，通过系统代谢工程，再到合成生物 学构建底盘细胞有望进一步提升生物制造水平，此过程中行业竞争格局有望得到重塑。

3.生物材料：行业规模加速增长，“可降解”和“成本”是关键因子

生物基材料市场加速增长，2021 年行业规模接近 200 亿元。中国是化学纤维、塑料制品生产 和消费大国，根据《2023 年生物制造产业白皮书》，中国化学纤维产量占世界化纤总量的 70% 以上。近年来在低碳环保政策驱动下，我国生物材料产业已初步形成生物基纤维素纤维、生 物基合成纤维、海洋生物基纤维及生物蛋白复合纤维等生物基材料产业体系，市场规模快速 扩张，根据共研网数据，我国生物基材料市场规模由 2014 年的 96.9 亿元增长至 2021 年的 199.2 亿元，行业增速逐年提升，CAGR 达到 10.9%。预计在生物制造加速替代化工法的产业 驱动下，叠加合成生物技术驱动成本持续下降，生物基材料市场有望得到加速拓展。

生物材料领域重点关注“可降解”和“成本”两个因子。生物基材料是指生物质来源塑料(非石 化来源，可减碳或减少石油依赖)或生物可降解塑料(减少传统塑料的长期固废污染)，具有绿 色、环境友好、资源节约等特点，是生物材料产业发展的主要方向，产业特点为生物制造技 术驱动成本下降，促进下游大规模应用。根据《我国生物基材料产业发展对策与建议》，2020 年全球生物基材料总产能达到 211.1 万吨/年，约占全球塑料生产能力的 1%(2020 年约为 3．7 亿吨/年)，预计 2025 年全球生物基材料的生产能力将达到 287 万吨/年，其中，可降解材料 将以 8.0%的复合增速增长达到 180 万吨/年，产能占比达到 62.7%，为更具市场前景的赛道， 当前部分产能占比较低的创新材料（如 PHA）随着生物制造技术突破，成本持续下降，有望 替代广阔的不可降解材料市场。

4.食品行业：生物制造颠覆传统方式，替代蛋白或将迎来催化

生物制造创造新的食品原料可颠覆传统的食品供给格局。据联合国预测，2050 年全球人口将 增长到 100 亿左右，届时地球将无法为人类提供足够的食物，从 1961 年到 2007 年，世界人 均肉类消耗量已经翻了一番，预计 2050 年还会再翻一番。生物制造通过细胞工厂生产淀粉、 蛋白、油脂以及其他营养功能因子，将颠覆现有食品的生产与加工方式，摆脱人类所需营养 素及天然化合物对资源依赖和以环境破坏为代价的发展。根据 BCG 预测，预计 2026 年合成 生物技术影响食品饮料的行业规模将达到 57 亿美元，2021-2026 年复合增长率超过 50%。从 细分领域来看，替代蛋白、食品添加剂、新食品原料、功能食品原料为主要赛道，而麦肯锡 预计随着合成生物技术突破，2023-2030 年之间替代蛋白领域将迎来催化，2030-2040 年之间 功能性营养组分、细胞培养肉等领域将蓬勃发展。

5.酶制剂：创新驱动国产酶制剂向高端领域迈进

全球市场持续增长，海外巨头占据大部分市场份额。根据 IMARC Group 数据， 2022 年全球 酶制剂市场规模达到 125 亿美元，预计 2028 年将达到 181 亿美元，2023-2028 年期间的 CAGR 为 6.06%。从企业层面来看，根据华经产业研究院数据，2021 年诺维信占据全球市 场约 40%的份额，杰能科占比 25%，整体呈现海外龙头集中度高的特点。

生物制造在酶制剂领域的意义更多在于对酶蛋白进行分子设计和改造，创造高性能工业酶、 降低生产成本、提升产业竞争力。酶不仅参与生物制造过程，本身也是生物制造的重要产品， 酶制剂本身是采用简单原料，通过细胞发酵得到产品，其下游应用领域遍布食品、纺织、饲 料、洗剂剂、造纸、皮革、医药等方面。根据《我国微生物制造产业的发展现状与展望》，中 国饲用酶制剂占全球饲用酶制剂市场 14%，但在工业酶制剂领域落后国际领先企业，未来立 足于创新驱动，向高端酶制剂领域迈进或将是国内酶制剂企业破局的关键。

6.生物燃料：千亿市场持续增长，关注“原料”和“品种”进展

生物燃料是将秸秆等植物原料利用微生物发酵制造成沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇 等形式的能源。根据原料和生产方式的不同，可分为固体成型燃料、液体燃料（燃料乙醇、 生物柴油、生物丁醇、生物脂肪烃等）、气体燃料（生物氢气、生物甲烷、生物质合成气等） 和生物电等不同产品类型，其中受到最多关注的是生物液体燃料。生物燃料以替代化石燃料 为发展逻辑，因此成本敏感度高，生产原料是重要一环，随着生物制造技术促进底盘细胞驯 化，生产原料逐渐由第一代的淀粉和油脂原料向第二代非粮生物质原料（木质纤维素等）转 变，产品也由传统的燃料乙醇、生物柴油扩展至生物高级醇、生物脂肪烃等品种。

全球千亿美元生物燃料市场持续增长，2022-2030 年 CAGR 为 7.0%。根据 Energen Research 数据,2021 年包括生物乙醇、生物柴油等在内的全球生物燃料市场规模达到 1547.6 亿美元， 在生物燃料成本持续降低，叠加全球政策驱动下，生物燃料将持续替代化石燃料，预计 2030 年市场规模将进一步扩张至 2843.5 亿美元，2022-2030 年 CAGR 为 7.0%。其中，生物乙醇是 目前世界上应用最广泛的可再生能源，可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油用作汽车燃料， 最高混合含量达 85%。根据美国可再生能源协会（RFA）的数据，2019 年全球燃料乙醇年产量约为 291 亿吨，其中，美国和巴西分别占全球产量的 54%和 30%，中国成为第三大乙醇生产 国，约占 4%。

原料端，木质素及一碳气体原料利用；产品端，高级醇等开发是目前及下一阶段生物燃料市 场的重点所在。以美国、巴西为代表的生物乙醇供应分别以玉米、甘蔗等粮食与经济作物为 原料，存在“与人争粮，与粮争地”的问题，行业正逐步转向以木质纤维素等可再生非粮生物 质为原料的第二代生物乙醇的生产。此外，相比于汽油，乙醇的能量密度低、吸湿性高，且 具有腐蚀性，不利于长期储存和大量添加，而碳原子数大于 2 的高级醇，特别是丁醇、戊醇 等长链高级醇具有与汽油接近的能量密度，同时兼备不吸湿与腐蚀性低的特性，可以与汽油 以任意比例混合甚至完全取代汽油，因而被认为是最具前景的燃油替代品。我们认为木质纤 维素、二氧化碳等廉价原料开发后的大规模应用进一步降低成本以及高级醇等生物燃料品种 的突破或将是下一阶段生物燃料市场持续快速增长的重要驱动力。