【中国碳公司评选】 凯赛生物：立足“生物基”，从源头实现碳减排

一、公司简介

上海凯赛生物技术股份有限公司（以下简称“凯赛生物”，688065.SH）成立于2000年，是一家以合成生物学等学科为基础，利用生物制造技术，从事生物基新材料的研发、生产及销售的科创板上市公司。目前，总部和研发中心位于上海浦东张江高科技园区；3个生产基地分别位于金乡、乌苏和太原（建设中）。

凯赛生物目前业务主要聚焦聚酰胺产业链，其产品包括可用于生物基聚酰胺生产的单体原料——系列生物法长链二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚酰胺等相关产品。产品可广泛应用于纺织、医药、香料、汽车、电子电器、日用消费品等多个领域。

凯赛生物是全球生物法长链二元酸的主导供应商。2018年，凯赛生物的生物法长碳链二元酸被国家工业和信息化部、中国工业经济联合会评为制造业单项冠军产品。

凯赛生物自主研发生产的生物基戊二胺，广泛应用于环氧固化剂、热熔胶、异氰酸酯等相关领域。同时，戊二胺替代己二胺用于聚酰胺领域不仅可以解决国内聚酰胺行业发展的主要瓶颈，为市场、客户提供来源于可再生生物质原料的“生物制造”新材料，更可为下游生物基聚酰胺等产品提供源于奇数碳的优异性能。

基于自产生物基戊二胺及不同二元酸缩聚生产的生物基聚酰胺系列产品，具有阻燃、吸湿、易染色、低翘曲、高流动等特点，以及环保性、可持续性优势。基于自产的生物基聚酰胺系列产品，凯赛生物推出高性能纺织材料——“泰纶?”，可广泛运用于纺织服饰、地毯、工业丝等领域。此外，基于产品的高强度、高耐热性、尺寸稳定性好等优异性能，凯赛生物推出了工程材料——“ECOPENT?”，可广泛应用于汽车、电子电气、工业及消费品等领域，为社会的可持续发展提供解决方案。

凯赛生物专注于合成生物学及生物制造的产业化技术开发和实践20余年，在合成生物学、生物工程、生物化工、高分子材料与工程等学科积累了大量研究成果，已发展成为全球知名的生物制造理论技术及产业化研发、制造平台，是全球独家掌握从实验室到工业化大生产的完整技术体系、并成功实施多个关键产品商业化的高科技企业。

凯赛生物始终秉持研发驱动战略，注重研发与市场、研发与生产的有效结合，在生物制造的理论研究和产业化实践两大层面持续开拓。

目前，凯赛生物拥有‘以合成生物学手段，开发微生物代谢途径和构建高效工程菌’、‘微生物代谢调控和微生物高效转化技术’、‘生物转化/发酵体系的分离纯化技术’、‘聚合工艺及其下游应用开发技术’四大核心技术，研发团队涵盖合成生物学、细胞工程、生物化工、高分子材料与工程等学科，并在该领域已申请500多项专利，其中已授权专利百余项。

未来，凯赛生物将围绕四大核心技术持续推动生物基产品及技术的迭代和创新，以己之力为中国乃至全球合成生物学及生物制造产业的发展提供正向驱动的力量，引领技术和行业共同可持续发展。

二、立足“生物基”，从源头实现碳减排

当前，提及碳减排，大众的关注点往往聚焦于能源领域，通过清洁新能源对传统化石能源的替代，减少二氧化碳等温室气体的排放。然而我们往往忽视，石油消耗的15%~20%被用于生产化学品，其过程中的碳排放量同样十分巨大。根据“万有引力”、“能量守恒”、“物质不灭”三大定律，生物制造有可能是彻底实现碳中和的唯一路径。而合成生物学将助力生物制造从能源、制造工艺再到终端产品及应用的各个环节为碳减排乃至碳中和提供解决途径。

如下图最左侧图所示，如果光是人类所需的能源，化工产品都是来自埋藏在地下的化石原料，煤炭、石油、天然气，二氧化碳是增加的。而中间这张图显示的状态是自然界，如果没有人类活动，自然界是可以实现碳中和的，光合作用吸收二氧化碳以后变成植物，植物到土壤里面经过微生物作用腐烂又变成二氧化碳回到空气当中。对于碳中和的各种举措，从根本上看，单纯的植树造林虽有用但不能绝对解决一切二氧化碳的问题，因为植物被微生物代谢后，二氧化碳还会回到空气中。自古以来没有人类活动的时候二氧化碳既不会增加也不会减少，只是人类活动使用了埋在地下的碳，使之变成了二氧化碳被释放出来。要解决二氧化碳的问题只能采取最右侧图的方式——通过生物制造实现碳中和，即人类用一部分光合作用产生的植物，通过生物过程把它转化为人类活动所需要的能源、需要的材料、需要的各种化学品，通过不动用地下埋藏的碳来实现二氧化碳平衡。

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生物质是可再生资源，是生物制造的原料，是替代石化资源的重要选项，具有数量巨大、价格低廉、可实现碳循环等特点。其作为原材料，可以为社会提供生物基的工业商品（如生物基新材料产品），替代以石油基原料生产的产品，可极大减少石油用于石化产品的消耗、减少碳排放。

生物基材料可以通过“生物质—生物基产品—循环利用或燃烧—CO2—生物质” 可以形成一个完整的闭环而减少温室气体排放，有望做到零碳甚至负碳，对于降低碳排放、解决化石资源依赖和可持续发展问题具有重要意义。生物基产业是低碳经济的重要环节。

凯赛生物的生物基戊二胺、生物基聚酰胺系列产品均使用可再生生物质为原材料，其生物基含量已由第三方实验室使用ASTM 6866方法分别进行了分析验证。生物基戊二胺的可再生碳含量为100%，生物基聚酰胺的可再生碳含量高达45%~100%。这有效地减少了化石原料（如石油）的使用，从而减少了碳排放。

此外，凯赛还将“生物废弃物的综合利用”设为战略之一，规划突破纤维生物质产业化技术，加大对生物质废弃物的研发和产业化利用。秸秆就是其中一种重要的生物质。

地球上有充足的生物质，仅中国每年就有8亿到10亿吨的农业废弃物，如秸秆。秸秆的处理及高附加值利用问题全世界都在关注，有成功技术，但商业化没有成功，原因在于成本问题。

凯赛生物用了十几年时间，利用合成生物学的方法，让秸秆从收储变成可用状态以及整个转化，都变成非常简单的过程。这个过程做完以后，我们有信心用

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秸秆来做大规模生物制造的原材料。除了秸秆乳酸，实验室还用秸秆做出了一系列其他产品，如氨基酸、蛋白等。将秸秆进行生物处理综合利用，所有的氮磷钾肥料在秸秆里面可以完全回收，另外秸秆里面不能用的问题现在也找到了，过去是废弃物在里面很难分出来，我们现在把糖，木质素自然出来，所以无机化肥可以全部回收，木质素可以做高附加值的东西，中间的碳水化合物通过生物转化可以解决现在所有的化学制品问题。

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未来，凯赛生物将继续立足“生物基”，持续挖掘更多生物质作为规模化生物制造原材料的可能性，从源头控制碳排放量。

三、以“研发”立本，生物制造从工艺促减排

生物制造反应过程温和，三废排放少，可通过生物转化，将生物质形成时通过吸收空气中的二氧化碳经光合作用转化而成的淀粉等有机碳，用于生物基产品生产。生物发酵过程不会产生硫化物，可减少污染物排放。

仅以己二酸为例，研究表明生物法的生产过程比化学法减少了85%的温室气体排放。凯赛生物的生物法长链二元酸均使用生物法生产，极大降低了温室气体的排放量。而生物基戊二胺不仅使用可再生生物质为原材料，同样也是用生物发酵法生产，进一步从原材料、工艺两个角度都极大降低了碳排放量。

凯赛生物注重研发，成立二十年来一直持续提升技术体系各环节的效率，通过工艺的完善和提升减少生产过程中的污染和碳排放量，以高精尖的技术实现碳减排。比如：

? 利用合成生物学手段，开发微生物代谢途径和构建高效工程菌

提高工程菌种的发酵转化率、产酸水平和节能减耗水平，提升工程菌工作效率及强度，从而通过高效工程菌的应用来减少无机酸/碱或其他化学添加剂用量、减少无机盐等产物对污水处理的负担。

? 微生物代谢调控和微生物高效转化

单个发酵体积的增大直接影响到生产效率、生产成本和产品质量稳定性。凯赛生物实现在反应器扩大同时仍保持高转化率。以DC12为例，800m3发酵罐转化率达95%。凯赛生物开发的连续发酵工艺，使二元酸产品尤其十二碳二元酸的发酵效率在传统分批发酵工艺的基础上提高了20%，降低了生产成本，提高了发酵产能。

改造了赖氨酸脱羧酶，使其在高pH环境下具有稳定性。其在PH~8.0时的活性相对中性PH的维持率超过95%（公开市场报道一般为50-60%），从而简化戊二胺生产工艺并降低了无机酸、碱消耗。

? 聚合工艺及其下游应用开发

针对聚合工艺及其下游应用开发出新型生物基材料，从应用材料端通过对石油基化工材料的替代实现碳减排。如凯赛生物开发的热塑型耐高温生物基聚酰胺，熔点可在290~310℃范围调节控制，解决了传统工艺制备高温尼龙出料难、易分解黄变等技术难题，具有低成本、高竞争力的明显优势；且其产品耐热性优异、强度高、耐化学性好、尺寸稳定性佳、易加工成型等特点，阻燃性更好、耐温性能优于尼龙66，可广泛应用于电子电器接插件、汽车发动机周边等相关应用

四、以点带面，研新品拓应用，从终端推动碳减排

传统石化产品，如化纤、塑料等与生活息息相关的众多材料，均是在石油、天然气等化石能源提纯制造基本化工原料的基础上化学合成而得，全生产过程带来大量的碳排放。生物基高分子材料来源于可再生生物质原料，可极大减少石油等化石原材料的使用、减少碳排放。基于生物基高分子材料生产而成的生物基产品，可用于纺织材料、工程材料、生物燃料等，且性能优异，甚或个别性能远远优于传统石化产品，是传统石化产品的有效替代。

欧盟市场生物基化学品及下游渗透率仅3%，未来市场增长空间达4倍，全球市场规模有望破千亿。据JRC数据，2018年欧盟相应子行业化学品总产量近1.6亿吨/年，生物基占比仅为3%，尤其是大宗化学品及塑料行业，总产量占比77%，生物基替代率仅有0.7%。我们按照欧盟《工业生物技术远景规划》大宗化学品、塑料制品6%，精细化学品30%替代率最低目标进行测算，到2030年生物基产品产值将达到370亿欧元/年，对比2018年92亿欧元产值，增长空间达到4倍。

应用是生物基材料替代传统石化产品的最后一公里。不同应用场景对材料有不同的性能要求和指标，生物基材料替代成熟的传统石化产品必须在碳中和大前提下，同时满足性能、质量、成本、绿色等全方位的挑战。在突破生物基戊二胺和生物基聚酰胺的产业化技术后，凯赛生物着力研发民用、工业用等新型生物基纤维材料及高温聚酰胺、聚酰胺弹性体等新型生物基工程材料，及其对应的应用场景开发。以应用需求痛点切入，研新品拓应用，全力以性能优、质量硬的“生物基”、“生物制造”产品回馈社会，推动传统石化产品的替代进程。

在轻量化、耐高温等领域，凯赛生物推出热塑型耐高温生物基聚酰胺产品，以替代热固性材料。如用热固性材料制造的风电叶片，不可回收，埋在地下500年都不会腐烂，会对环境造成大量的二次污染。目前欧洲已提出措施要禁止热固性材料的使用。

凯赛生物的热塑性耐高温生物基聚酰胺产品在高强度、耐酸碱、耐磨、耐疲劳、阻燃性好等优异特点的基础上，还具有比重轻、可回收、低碳排放、成本低等特有竞争力优势，有望成为中科院第32项环氧树脂“卡脖子”问题的解决方案。

? 比重轻：比重只有1.15，远低于钢铁的7.83和铝合金的2.7。

? 可回收：热塑型纤维复合材料，可以很方便地全部回收复合树脂和纤维。而热固型的环氧树脂的回收始终是个问题无法解决。

? 碳排放低：部分原料来源于生物质，属于可再生原料，其中的生物基戊二胺碳排放只有化学法己二胺的25%。

? 成本具有竞争力：制造成本远低于国际上化学法高温尼龙，甚至低于环氧树脂。

– 可以通过玻纤增强，满足大部分应用场景需求，且玻纤的成本只是碳纤维的3%。

– 纤维复合材料注塑需要的模具投资只要金属的10%左右，用于新部件开发的周期、能源消耗、维护费用都大幅度低于金属材料。

该项技术已经产业化验证，目前正在开发以汽车轻量化、风电叶片轻量化等行业应用为首、针对汽车、航空军工、轨道交通、消费电子、3D打印等多领域的轻量化相关应用。

凯赛生物的生物基戊二胺及生物基聚酰胺56均由可再生植物原料制成，其生物基含量已由第三方实验室使用ASTM 6866方法进行了分析验证，可再生碳含量分别为100%、45%，且已获得BETA认证及DIN认证。生物基戊二胺的CO2排放量分别是尼龙6、尼龙66的13.72%、15.65%；生物基聚酰胺56则分别是44.2%、50.4%，比尼龙66减排一半。

各类生物基产品及其大型应用场景的开发将进一步减少化石类原材料的使用，从产品和应用端为碳减排提供解决方案。同时，也将带来一场底层材料革新，或将重塑整个工业体系与下游产业链，也可能为工业部门的钢铁、水泥等生产提供新的脱碳路径。凯赛生物也将协助或联合客户共同拓展生物基产品更多的应用场景，以替代更多化石能源基产品应用，从应用端实现碳减排。

五、三大战略立足长远，以生物制造助力“碳中和”

未来，凯赛生物将从生物材料应用、生物制造原料资源、合成生物学全产业链的研发与生产三个战略角度出发，立足长远，以生物制造助力“碳中和”。

1、开拓生物材料大型应用场景，使生物制造产品能够大规模取代石化产品

公司将持续开发生物新材料及其市场应用技术，特别关注对碳中和有实质意义的大型应用场景，例如：

（1）热塑性纤维增强生物基复合材料

公司开发的生物基聚酰胺属于热塑性材料，以玻璃纤维或碳纤维增强的耐高温生物基聚酰胺具有轻量化、高强度、耐高温、高耐磨、耐腐蚀等特点，而且原料可再生、产品可回收。公司开发的耐高温生物基聚酰胺一步法聚合工艺比传统化工同类产品的二步法聚合工艺具有显著的成本优势，使生物基聚酰胺相对于传统化工产品具有“原料可再生、产品可回收、成本可竞争”的优势。公司将开发耐高温聚酰胺“以塑代钢”应用场景，推广在车辆、风电、航空、建筑等需要轻量化领域实施大规模应用。

（2）生物质可降解材料

随着社会和市场对生物可降解材料的需求越来越高，海南省等地方政府出台禁塑令助推生物可降解材料的发展。公司将利用过去20年积累的生物基材料产业化经验，从两方面进入乳酸/聚乳酸等生物可降解材料领域：一是利用农业废弃物为原料，开发高效的生物质纤维的预处理、纤维素糖化、非葡萄糖的杂糖生物转化等综合技术，目标是将秸秆等农业废弃物作为生物制造原料，并达到或超过粮食的经济效率；二是开发聚乳酸的应用技术、特别是和其他生物基可降解材料的改性技术。

2、生物废弃物的高效利用，为生物制造所需的大宗原料开辟资源

根据物质不灭定律，碳中和意味着化石资源不再使用。生物制造将不可避免地替代化石产业。目前的生物制造几乎全部基于C6糖，即淀粉葡萄糖或蔗糖作为原料。考虑到大规模生物制造须做到“不与人争粮、不与粮争地”，研究利用取之不尽的植物原料、农业废弃物等作为生物制造的原料具有非常重要的社会意义和商业价值。

（1）突破纤维生物质纤维产业化利用技术

由于大气污染管控，中国各地政府严禁焚烧秸秆。目前市场上罕见成熟的、有经济效益的秸秆深加工产业化技术。秸秆因季节性、分散性等特点造成收集困难，因密度低造成运输成本高，因易发酵造成难以储存，因预处理耗能、体积大造成投资和运行成本高，因预处理产生有毒物质造成生物利用效率低，因纤维素酶活性低造成糖化成本高，因C5等杂糖通常不被利用造成效率低，因废水量大且难以处理造成环保困扰，这就是为什么世界上很多政府和企业多次尝试包括秸秆、木屑等生物废弃物的利用鲜有成功案例。秸秆处理成为农民和各地政府的负

担。公司拟将系统开发秸秆等农业废弃物的收储技术、预处理技术以及半纤维素和纤维素的水解糖化平台技术作为发展战略的一部分。

（2）综合利用生物废弃物

公司将研发利用从农、林、湖泊等来源的生物废弃物经加工得到的C5糖和C6糖，经生物转化成各种产品，其中可能包括乳酸（用于做生物可降解的聚乳酸材料）、戊二胺（用于生产生物基聚酰胺）、乙醇/丁醇（生物燃料）、氨基酸（如谷氨酸、赖氨酸）和蛋白质（营养）等。研发的目标是使之能在商业上比粮食更有经济性。公司还将研发秸秆中木质素和磷、钾、微量元素等营养物质的回收和综合利用技术。

3、建立合成生物学全产业链的研发和生产设施，保持行业竞争力

（1）山西合成生物材料产业基地

2020年10月，公司出资40.1亿元与山西综改区合作共建总投资额为250亿元的“山西合成生物产业生态园区”，公司投资项目包括 240 万吨玉米深加工项目（拟利用综合保税区进口无关税的玉米作为工业原料）、年产50 万吨生物基戊二胺项目、年产 90 万吨生物基聚酰胺项目和年产 8 万吨生物法长链二元酸项目（其中包括年产4万吨生物法癸二酸项目）。按照规划，“山西合成生物产业生态园区”将在一定范围实现“零碳”。

公司将努力与山西综改区合作，打造合成生物材料产业园。其一，这是全球最大的合成生物产业化项目，项目将继续采用数字化和智能化系统，建成公司生物制造的重要基地；其二，山西省及综改区等各级政府为项目建设提供良好的经营环境、建设完善的基础设施、构造合成生物材料产业集群，有利于项目的顺利推进以及企业的成本控制和产品销售；其三，公司正在建设研发和中试设施，用于新产品的研发。

（2）高通量研发设施，突破合成生物学重大产业化技术瓶颈

公司以持续的技术创新作为企业发展的动力，进一步升级技术研发体系。公司将在上海和山西增加合成生物学全产业链高通量研发设施，例如：合成生物学DBTL高通量设施、微生物高通量筛选和评价设施、高通量生物单体提取纯化研究体系、高通量生物高分子材料聚合以及纤维增强、纺丝、发泡、拉膜、改性等研究系统、高通量在线检测体系、生物发酵智能化SiPAT研究系统。公司选择有系统性、有相对竞争力、有前瞻性、有社会意义和商业价值的项目进行重点研发。

公司将利用高通量研发设施突破重大产业化技术瓶颈。例如，纤维增强生物基聚酰胺复合材料的轻量化应用技术，生物废弃物利用技术，生物发酵智能化技术。

（3）持续开发生物基聚酰胺及其单体的产品链和产业链

公司产品覆盖聚酰胺全产业链，包括生物基聚酰胺及其单体生物法长链二元酸系列和生物基戊二胺：

生物基单体长链二元酸系列产品和生物基戊二胺：充分利用公司在长链二元酸和戊二胺的技术和市场地位，进一步优化公司的产品布局，扩充生物法长链二元酸品种，在当前产品基础上，陆续开发包括九碳、十碳、十六碳、十八碳二元酸产品。公司发挥研发和生产管理优势，不断进行包括节能降耗在内的精益化成本管理，使产品持续保持成本竞争优势。公司与山西综改区密切合作，在合成生物材料产业园内引进与公司有关联的上下游产业化项目，利用有竞争力的基础设施、公司市场地位和产品布局与客户形成长期互惠的合作关系，打造密切关联的产业化集群。

生物基聚酰胺系列产品：结合公司自有二元酸与二元胺单体，通过有机组合可以合成一系列生物基聚酰胺5X产品，根据不同品牌的特点开发不同的应用市场。例如，聚酰胺56产品性能接近通用型聚酰胺66，戊二胺与长链二元酸（十六碳以上）聚合得到的长链聚酰胺产品具有接近聚酰胺11、12的低温柔韧性能，聚酰胺5T性能接近聚酰胺6T。

生物基聚酰胺竞争聚酰胺66的应用市场集中在工业丝、电子电器、汽车等领域。生物基聚酰胺新开发的应用市场是纤维增强复合材料、生物基尼龙弹性体等领域。

责任编辑：谢佳涵