绿色生物制造行业概述 - 绿色生物制造以生物质等可再生原料通过生物过程生产生物基材料、化学品、能源等，有助于改善传统化工行业对化石资源高依赖及高能耗、高排放问题 [3] - 脂肪族短链二元胺和醇是重要大宗化学品，可作为聚合单体应用于合成聚酯、聚氨酯、聚酰胺等高分子材料，在化妆品、制药等领域广泛应用 [3] - 全球精细化工产品种类已超10万种，我国明确将生物基材料替代传统化学原料列入发展目标，对化石原料替代已成为重要战略 [4] 生物合成技术优势与商业化进展 - 生物合成1,3-丙二醇和1,4-丁二醇技术已实现商业化，与石油工艺相比原料成本降低37%，减少30%能耗和63% CO2排放 [5] - 1,5-戊二胺生物合成工艺成本较石化工艺降低30%，宁夏伊品生物和上海凯赛生物已实现规模化生产 [5] - 生物合成具有原料可再生、反应条件温和、绿色环保等优势，但存在产率较低、工艺复杂等缺点 [7] 主要生物合成路线与技术突破 - 1,3-丙二胺通过C4和C5两条途径合成，大肠杆菌改造后产量达13g/L [20] - 1,4-丁二胺通过ODC、ADC和ARG三条途径合成，大肠杆菌优化后产量达42.3g/L [23] - 1,5-戊二胺通过赖氨酸脱羧途径合成，谷氨酸棒状杆菌改造后产量达125g/L [26] - 杜邦公司1,3-丙二醇商业化路线产量达135g/L，收率3.5g/g [22] - Genomatica公司1,4-丁二醇商业化路线产量125g/L，产能超10万吨/年 [24] 可再生原料利用进展 - 木质纤维素年产量约1800亿吨，其水解糖可用于合成二元胺和醇，大肠杆菌利用木糖合成1,4-丁二醇产量达12g/L [29][31] - 粗甘油是生物柴油副产品，克雷伯氏菌利用粗甘油生产1,3-丙二醇产量达102.06g/L [35] - CO2通过7条天然固定途径可利用，工程菌株利用CO2合成1,5-戊二胺产量达84.1g/L [40] - 甲烷氧化菌利用甲烷合成1,4-丁二胺产量98.08mg/L，甲基营养菌利用甲醇合成1,5-戊二胺产量6.5g/L [38] 行业发展挑战与展望 - 原料成本占比大(25%-50%)，需开发更廉价原料利用技术 [41] - 生产效率需提升，关键限速酶改造和新途径开发是重点 [41] - 合成过程还原力需求大，需优化氧化还原平衡和开发电发酵等新策略 [42] - 合成生物学、代谢工程等技术发展将推动高效生物合成工艺创新 [42]