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二氧化碳生物转化技术发展现状与趋势分析

摘要

二氧化碳作为下一代生物制造原料，其高效转化和利用对于实现低碳、绿色和可持续发展具有重要意义。发展二氧化碳生物转化技术有助于减少温室气体排放，促进碳中和目标的实现，推动经济增长和产业变革，并将在构建可持续未来中发挥关键作用。通过系统性调研二氧化碳生物转化技术的全球政策布局、科学研究进展和产业化现状，力求呈现二氧化碳生物转化技术的当前发展态势与研发活动特点。研究发现，美国、欧盟、英国、日本等主要经济体都纷纷出台负碳生物制造战略，菌种挖掘、代谢改造、产品创新、产能放大和工艺改进是当前研究重点，产业化面临产品品类少、生产成本高等瓶颈问题。对此，建议政府和产业界采取激励措施，提供更加有利于技术创新和产业转化的环境。

关键词：生物转化；温室气体；二氧化碳；生物制造

二氧化碳生物转化是指利用生物过程或者生物方法将二氧化碳通过代谢途径转化成有机物等其他碳储存形式。以二氧化碳为原料的生物制造，可以形成高效“碳中性”的新型物质合成路线，为促进工业经济可持续增长提供新途径。迄今为止，科研人员已经利用二氧化碳生物转化技术生产出了几十种化学品。二氧化碳生物转化技术可以利用多种能量直接高效地将二氧化碳转化为燃料，补充完善以生物质为基础的生物制造体系。利用二氧化碳合成聚合材料单体将颠覆传统化工材料的原料生产路线。二氧化碳生物转化产物的丰富性和可持续性必将推进二氧化碳生物转化技术走向更加广阔的发展空间。随着光合作用系统工作机理研究逐步深入，人工设计操纵生物体的能力进一步增强，生物催化与生物转化利用能力持续提升，工业生物过程工艺与系统集成手段进步，生物、化学、信息、物理交叉研究发展迅速，持续研发突破为二氧化碳创新生物转化提供新的可能。

二氧化碳生物转化技术在全球范围内正日益受到关注，其在减少温室气体排放和实现可持续发展方面具有巨大潜力。综述全球二氧化碳生物转化技术发展现状，分析全球研究进展和产业化情况，揭示二氧化碳生物转化技术当前研究热点和未来发展挑战，并提出加大政策支持力度和加快技术商业化的发展建议。

1世界主要国家和地区的政策布局

1.1美国

美国重视生物制造和生物技术在解决气候问题的重要作用，并加强相关部署。为推动实现碳中和，美国能源部、农业部、国防部、环保署、科学基金会等纷纷加强对生物相关技术部署，如生物燃料、生物质利用与生物基产品精炼等。2021年6月，美国信息技术与创新基金会(InformationTechnologyandInnovationFoundation，ITIF)等发布的国家战略报告《清洁与竞争：美国制造业在全球低碳经济中的领导地位》(CleanandCompetitive：OpportunitiesforUSManufacturingLeadershipintheGlobalLow-CarbonEconomy)明确指出，发展工业生物技术是转变制造业模式的关键，为实现清洁化工制造，将需要在循环利用和生物生产方面进行创新。2022年12月，美国总统科学技术顾问委员会发布报告《加强推进生物经济的生物制造》(StrengtheningBiomanufacturingtoAdvancetheBioeconomy)，强调生物制造是将生物经济创新产品推向市场的重要引擎，是解决资源利用、气候变化、经济稳定等全球性议题的重要组成部分。2023年3月，美国白宫科技政策办公室(OfficeofScienceandTechnologyPolicy，OSTP)发布报告《美国生物技术和生物制造的宏大目标》(BoldGoalsforU.S.BiotechnologyandBiomanufacturing)，强调生物技术和生物制造能够在减少温室气体排放、增加碳封存能力方面发挥卓越贡献，提出生物技术与生物制造研发要扩大可再生原料的可用性、生产更具可持续性的航空燃料和开发其他战略燃料；开发低碳密度的产品路径和促进原料的循环经济，寻求化学品和材料生产的可替代工艺；通过景观规模的碳封存和管理技术来提升大气中的整体二氧化碳去除率。

1.2欧盟

欧盟强调生物固碳生产高值化学品，促进循环生物经济增长。2019年4月，欧盟《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》(RoadmapfortheChemicalIndustryinEuropeTowardsaBioeconomy，RoadToBio)提出，到2030年将生物基产品或可再生原料替代份额增加到25%，将生物经济作为欧盟促进就业、增长和投资的重大举措，并将二氧化碳生物转化利用列为前景技术。2019年12月，欧委会公布应对气候变化、推动可持续发展的“欧洲绿色协议”(EuropeanGreenDeal)，为实现