会议与奖项 - 第二届国际绿碳科学大会（ICGC 2025）于9月14日在青岛开幕，并颁发了首届“绿碳杰出成就奖”[2] - 何鸣元、谭天伟、米夏埃尔·格雷策尔三位科学家获得首届“绿碳杰出成就奖”[2] - 谭天伟院士是中国生物化工领域领军者，系统推动中国绿色生物制造体系建设与发展[2] 生物制造行业前景与定义 - 生物制造是可持续发展的前瞻领域，据预测本世纪末生物制造产品可覆盖70%化学制造产品[4] - 到2050年，生物制造将占全球制造业的1/3，有望创造30万亿美元经济价值，但目前产业规模还不到8万亿美元[4] - 以二氧化碳为原料的未来生物制造被称为第三代生物制造，其技术普及应用将极大推动解决“碳中和”问题[4] 中国绿色生物制造的核心价值与突破点 - 绿色生物制造为实现“双碳”目标提供了“不减增长、只减排放”的发展新路径[5] - 未来十年关键突破点包括人工智能驱动的菌种智造、二氧化碳到长链化学品的生物转化、生物-化学耦合过程的集成与强化[5] - 第三代生物制造从实验室走向产业化的最大科学挑战是高效捕获和活化惰性二氧化碳分子，最大工程挑战是生物系统的工程放大[5] 跨学科合作与教育改革 - 实现跨学科深度融合需构建项目共同体、平台共同体和人才共同体[6] - 培养引领产业革命的生物技术人才需改革课程体系、改变评价方式、重塑师生“格局观”[6] - 北京化工大学近十年积极推进跨学科教育改革，已见成效[6] 中国在全球绿色科技竞赛中的定位与国际合作 - 中国在全球绿色科技竞赛中处于从“并跑”向“领跑”转变的关键阶段，在应用研究、产业化和市场规模上具备优势[7] - 倡导的国际合作模式是“基于规则的开放”，在基础研究领域广泛开放，在关键技术领域推行“创新联盟”模式[7] 相关行业论坛信息 - 第五届非粮生物质高值化利用论坛设有主题论坛一“非粮生物基化学品和材料”及主题论坛二“非粮生物质能源”[9][10] - 论坛专场包括生物质甲醇、燃料乙醇、生物沼气、可持续航空燃料(SAF)等[10] - 论坛将于11月27-29日在浙江杭州举行，包含100+科技成果展示与对接活动[10][12]

第三代生物炼制技术概述 - 利用CO2、CO、甲烷等一碳气体作为原料进行生物转化，是实现碳资源捕捉利用和绿色制造的重要途径[1] - 相比传统生物炼制技术（玉米/木质纤维素为原料），第三代技术具有原料广泛、成本低、环境友好等优势[3][8] - 全球已有商业化案例：首钢京唐4.5万吨/年钢铁尾气制乙醇项目年减排17万吨CO2，宁夏铁合金尾气项目年产4.5万吨乙醇并减排18万吨CO2[4] 技术发展历程 - 第一代生物炼制（1970s起）：以玉米/油料作物为原料，存在与粮争地问题[7][8] - 第二代生物炼制：转向木质纤维素原料，但面临结构复杂、高能耗等技术瓶颈[8] - 第三代生物炼制（21世纪）：直接利用CO2和可再生能源，微藻培养效率提升20-30倍，工程菌株脂肪酸乙酯产量达50-70g/L[9][10] 固碳代谢途径 - 已发现7种天然固碳途径：包括卡尔文循环（光能驱动）、伍德-永达尔途径（厌氧）、还原性甘氨酸途径（低ATP需求）等[11][12] - 人工设计途径进展：ASAP途径实现无细胞淀粉合成，CETCH循环能量消耗比CBB循环低40%，ICE-CAP途径创生物固碳速率纪录[35] - 关键酶突破：改造RuBisCO减少光呼吸损耗，优化4-羟基丁酰CoA脱水酶提升3HP/4HB循环效率[13][25] 微生物工程化进展 自养微生物改造 - 食气梭菌：通过电极辅助发酵将乙酸产量提至50g/L，Lanza Tech已实现工业废气制乙醇商业化[38][40] - 蓝细菌：引入蜡酯合成酶实现脂肪酸乙酯合成，改造Rubisco酶使CO2固定速率提升30%[43][44] - 微藻：生产1吨生物质可固定1.8吨CO2，美国Green Fuel公司建成1040MW级微藻固碳系统[45] 异养微生物改造 - 能量供给创新：半导体纳米捕光系统使大肠杆菌苹果酸产量达1.48mol/mol葡萄糖[48] - 途径强化：大肠杆菌过表达CO2转运蛋白sbtA使琥珀酸产量增加10%，构建羧酶体提升固定效率[49] - 异源途径引入：毕赤酵母导入CBB循环实现自养生长，工程酿酒酵母乙醇得率提高10%[47][50] 产业化应用方向 - 燃料领域：乙醇、生物柴油（微藻脂质转化）商业化生产规模已达万吨级[4][45] - 化学品合成：Evonik-西门子合作年产2万吨丙酸/丁酸，首钢朗泽项目年产值1.2亿元[40] - 高附加值产品：微藻合成PUFAs替代鱼油，蓝细菌生产异戊二烯等生物基材料[46][43] 未来技术挑战 - 酶催化效率：天然RuBisCO固碳速率仅20-30个/秒，需进一步定向进化[13][35] - 能量供给优化：自养微生物ATP产率低限制生长速率，需开发电子传递新机制[36][37] - 规模化瓶颈：多数固碳途径处于概念验证阶段，需降低培养成本（如微藻抗盐改造）[44][51]