概念及分類

生物基材料是指利用生物質為原料或(和)經由生物制造得到的材料，包括以生物質為原料或(和)經由生物合成、生物加工、生物煉制過程制備得到的生物醇、有機酸、烷烴、烯烴等基礎生物基化學品和糖工程產品，也包括生物基聚合物、生物基塑料、生物基化學纖維、生物基橡膠、生物基涂料、生物基材料助劑、生物基復合材料，及各類生物基材料制得的制品。

圖|常見的生物基材料全生命周期

生物基材料原料主要為木質素、纖維素、淀粉、多糖和植物油等物質，通過生物合成等方法轉化成生物基單體，進一步加工得到生物基材料產品。某些重要的單體，如乳酸、丁二酸(琥珀酸)、糠醛、賴氨酸等，兼具產品和原料兩種功能，也稱為平臺化合物。

圖|生物基材料原料及構建片段

在IEA BioEnergy發布的“Bio-Based Chemicals,A 2020 Update”研究中提供了一份生物基大宗化學品和聚合物清單，按照C1至C12化合物分類并排序，極大程度地覆蓋了目前在研和已投入商業化的產品類型。

圖|生物基大宗化學品和聚合物清單(C1-C12)

按產品屬性分類，生物基材料可分為生物基聚合物、生物基塑料、生物基化學纖維、生物基橡膠、生物基涂料、生物基材料助劑、生物基復合材料及各類生物基材料制得的制品等。生物基纖維廣泛應用于時裝、家居、戶外及工業領域，正逐步走向工業規模化實際應用和產業化階段，生物基塑料產品在包裝材料、一次性餐具及購物袋、嬰兒紙尿褲、農地膜、紡織材料等領域獲得較好應用。

按常見產品形式，生物基材料可分為五大類，生物基平臺化合物、生物基塑料、多糖類生物基材料、氨基酸類生物基材料，和木塑復合材料。生物基平臺化合物即聚合成原材料高分子的化學單體，如乳酸，1,3-丙二醇等，生物基塑料目前應用最廣泛、研究較深入，代表產品有聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯等。

圖|生物基材料分類及各類產品形式

生物基材料分類四象限

各國鼓勵生物基材料的使用和推廣。美國2012年提出“國家生物經濟藍圖”，將發展生物基產品作為發展生物經濟的主要內容之一。歐盟實施“地平線2020”計劃，“可持續工業”計劃，“生物基產業聯合企業”計劃，通過這三大計劃，歐盟生物基產業進入全新發展階段。到2030年，歐盟將有30%的石化衍生化學品被生物基和可生物降解替代品取代。

基于糧食原料發展生物基材料難以為繼，因此選擇將非糧生物質如大宗農作物秸稈及剩余物等作為發展生物基材料的原料。2023年1月，工信部等六部門聯合發布《加快非糧生物基材料創新發展三年行動方案》，提出到2025年，非糧生物基材料產業基本形成自主創新能力強、產品體系不斷豐富、綠色循環低碳的創新發展生態，非糧生物質原料利用和應用技術基本成熟，部分非糧生物基產品競爭力與化石基產品相當，高質量、可持續的供給和消費體系初步建立。

以石油為原料的現代化工生產了聚合物、溶劑、表面活性劑等大量基礎材料，進一步生產出包裝材料、化學纖維、合成橡膠、粘合劑、日用化學品、潤滑劑等基礎化工品，從而支撐起現代材料需求。但長久以來，面對各行業對新材料的迫切需求，傳統化工方法所生產的材料創新基本停滯，而生物分子比石油基分子更具化學多樣性，超過300萬種新的分子材料尚待發掘應用，是新材料創新發展有效途徑，同時細胞工廠、酶催化、生物反應器等生物底層技術的成熟拉動了生物基材料的產業發展。

圖|全球新材料創新基本停滯

圖|生物分子多樣性帶來規模化產品創新機會