【西部策略&化工】策略对话化工：合成生物步入“1-n”新阶段，看好生物基材料_新浪财经

合成生物作为新质生产力的核心赛道，实现了“造物致用”。合成生物学采用工程学“自下而上”的理念，具备“建物致用”的工程能力，可以利用糖、淀粉、纤维素、甚至二氧化碳等可再生碳资源为原料，进行化学品、药品、食品、生物能源、生物材料等物质加工与合成，有望建立成本更低、更绿色的新生物技术路线，将有望引领产业技术变革。

化工是合成生物赛道的重点关注板块。根据《中国合成生物产业白皮书2024》，全球合成生物市场规模预计在2028年将达到近500亿美元，化学工业占据20%的份额，年均增长24%。合成生物在化工行业的主要应用前景包括新型聚合材料、高性能蛋白、传统化工替代，工艺效能提升等，符合新质生产力的特征。

本篇报告中，我们对话西部化工团队，梳理了合成生物学最关键的六个问题，探讨合成生物在化工板块的核心投资机遇。

Q1:如何理解合成生物这个概念？

A：合成生物学是以基因组学为基础，利用计算机设计等将细胞或生命体定向改造成高效的细胞系统，使其拥有满足人类需求的生物功能的学科，涉及基因工程、细胞筛选与培养的工序。近年来逐渐使用“生物制造”的提法替代“合成生物学”。

Q2:当前合成生物学所处发展阶段？

A：合成生物学正在进入“从1到n”新阶段。政策端，合成生物学已经成为大国博弈关键一环，我国正式发布《“十四五”生物经济发展规划》，明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向。资本端，国有资本不断加入。

Q3:合成生物的主要竞争点是什么？

做到稳定的低成本生产是第一道门槛。其次，专利壁垒是核心竞争力，先发优势重要性提升。选品能力则决定发展上限。

Q4:当前有哪些值得关注的行业发展趋势？

1）大企业入局，兼并收购盛行。2）我国生物制造产业集群化发展。3）人工智能技术赋能。

Q5:化工是合成生物重要应用领域，具体有哪些核心应用值得我们关注？

食品添加剂；氨基酸和替代蛋白领域；香精香料；生物基材料；新型碳源等。

Q6:当前化工团队看好哪些标的？

看好生物基材料的发展前景，推荐华恒生物、凯赛生物。

风险提示：技术进步不及预期、产业化落地效果不及预期、生物安全及伦理风险、产品推广难度。

策略观察：化工是合成生物核心投资领域

为什么我们关注合成生物？

1、合成生物/生物制造是颠覆性技术之一。

2、合成生物是新质生产力的核心赛道之一，和低空经济、商业航天齐肩（后者在资本市场中已有所表现）。

3、合成生物有远期商业价值，符合绿色发展、国家安全的战略背景，也能助力不同领域的企业降本增效。

4、各国都在加大投入生物技术，我们国家在合成生物领域有一定优势。

我国促进合成生物多领域发展，大力发展生物经济。中央经济工作会议&2024政府工作报告提出“以科技创新引领现代化产业体系建设”为首要任务，即发展新质生产力，其中重点提及了“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业，开辟量子、生命科学等未来产业新赛道”。《关于推动未来产业创新发展的实施意见》明确提出加快细胞和基因技术、合成生物、生物育种等前沿技术产业化。

化工是合成生物赛道的重点关注板块，满足“低碳”“新质生产力”等战略发展前景。根据《中国合成生物产业白皮书2024》分析，全球合成生物市场规模预计在2028年将达到近500亿美元，化学工业达到99亿美元，占据20%的份额，年均增长24%。化工领域中合成生物的战略意义既在于节能减碳，比如《中国合成生物产业白皮书2024》表示如酶制剂的生物制造产品相比石化路线能够实现平均节能减排30%-50%，未来潜力将达到50%-70%；此外也能赋能传统行业（新质生产力），例如大宗化学品可以通过合成生物学实现20-40%的降本，并从而快速占据市场份额。

商业化、产业化路径清晰，龙头培育新质生产力，进而实现国际竞争力。我们在《合成生物：造物致用，赋能未来》指出关注具备成本领先或产品高附加值/产业化实力强的细分方向。从商业化发展的路径来看，合成生物近期（5年）的应用成果更多为化学品、食品（替代蛋白）、创新细胞基因疗法/原料药合成，以及重组胶原蛋白等。合成生物在化工行业的主要应用前景包括新型聚合材料、高性能蛋白、传统化工替代，工艺效能提升等，符合新质生产力的特征。一些龙头公司也在合成生物领域实现了技术突破和国际市场扩张，比如Amyris垄断了全球法尼烯，国内方面比如华恒生物是全球首家实现发酵法生产丙氨酸，打破了传统路线对石油基原料的依赖，全球市场占有率超过50%。凯赛生物以生物法生产长链二元酸全面替代化石基尼龙材料，长链二元酸的全球供给超过80%。

西部化工团队在2022年《技术开拓资本赋能，合成生物学未来可期》报告就提出了合成生物已经实现了0-1的积累，并进入到1-n的新阶段。本篇报告中，我们对话西部化工团队，梳理了合成生物学最关键的六个问题，探讨合成生物在化工板块的核心投资机遇。

Q1:如何理解合成生物这个概念？

合成生物学是近年来发展迅猛的新兴前沿交叉学科。所谓合成生物学，是以基因组学为基础，利用计算机设计等将细胞或生命体定向改造成高效的细胞系统，使其拥有满足人类需求的生物功能的学科，涉及基因工程、细胞筛选与培养的工序。与传统的发酵工程不同，合成生物学细胞需要人为构建，产物需要具有可预测和可控制的特性。

近年来逐渐使用“生物制造”的提法替代“合成生物学”。其定义为利用生物组织或生物体（酶、微生物细胞等）进行物质加工，生产相关产品的先进工业模式，这种表述与传统的“合成生物学”侧重点有所不同，强调其具备高科技、高效能、高质量特征，符合新发展理念的新质生产力属性。

Q2:当前合成生物学所处发展阶段？

合成生物学处于创新成长期，已经实现“由0到1”的积累。

1）合成生物学底层理论技术已打通。基因测序、基因编辑与微生物培养效率大幅提高，使得合成生物学有望绕开理性设计技术瓶颈，全基因组范围搜索基因型。

2）合成生物学在化工领域已有应用。当前合成生物学已经在乙醇、乳酸等产品上有所应用，并成功对石化产品进行替代，如生物基乳酸市占率达到100%。以生产效率与知识产权为核心优势的竞争格局也已初步形成。

政策与资本双轮驱动下，合成生物学正在进入“从1到n”新阶段。

政策端，合成生物学已经成为大国博弈关键一环，战略意义凸显。美国发布《美国生物技术和生物制造的明确目标》，提出在20年内，通过可持续和具有经济效益的生物制造途径，满足美国至少30%的化学品需求。我国也出台多种政策推动合成生物学发展，2022年5月，我国正式发布《“十四五”生物经济发展规划》，明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向，助力我国加快构建绿色低碳循环经济体系，推动生物经济实现高质量发展。

资本端，国有资本不断加入。生物制造作为国家纲领性产业，政府对国央企的布局有一定要求，如招商局集团以定增形式入局凯赛生物，国家开发投资集团有限公司投资多个合成生物技术企业、生物制造企业等，国有资本的加入将为行业发展提供有力的资金基础。

多重促进下，我国合成生物学产业规模预计将不断增长。根据《中国合成生物产业白皮书2024》，全球合成生物市场规模从2018年的53亿美元增长至2023年的170亿美元，预计在2028年将达到近500亿美元（年均增长24%）。化学工业领域2028年市场规模预计达到99亿美元，预计23-28年年均增长24%，占比约19.9%。

Q3:合成生物的主要竞争点是什么？

技术是第一道门槛。生物基产品的产业化需要解决一系列工艺难题，如目标产率不稳定、噬菌体污染、裂解纯化步骤繁琐及各个环节的成本不可控等问题，对企业技术考验很大。能做到稳定的低成本生产是第一道门槛。

专利壁垒是核心竞争力。由于合成生物学是用理性设计叠加自然突变，具备一定可控性，因此用专利去保护较为容易，目前主要是在基因编辑时加入一段特殊的序列作为“防伪标识”。对于具备自研能力的合成生物学企业而言，其可以通过积极申请专利来延长生物法高盈利的时间窗口。如凯赛生物的长链二元酸，持续多年为其贡献高利润，主要就是依赖严密的专利保护，其与侵权公司进行了长达十余年的知识产权官司，最终在2016年获得国家知识产权局长链二元酸的专利权属授权。

先发优势重要性提升。近年来我国合成生物学菌种主要来自高校及研究所，存在一定趋同，各企业的生物法产品无法产生较大差异，因此先发优势较为重要。先生产的企业能够有1-3年的市场窗口期，在此期间企业仍需要不断研发去优化菌种性能、提高生产效率、丰富产品线，才能在市场中保持竞争力。

选品能力决定发展上限。对于具备工业级量产能力的企业，其选品能力将决定其发展上限。参考在丙氨酸、缬氨酸等单品上成功的华恒生物，其有一套成熟的选品策略，我们认为符合合成生物学依赖成本优势替代化学法的路径：

1）相关产品已经过市场化验证，在市场中已具有一定规模，下游市场空间广阔，具有良好的市场前景和广阔的发展空间。

2）相关产品在行业内主要采用传统的成本较高的化学法工艺，公司能够通过发酵法生产技术实现绿色、更低成本的替代。

3）具有一定的盈利能力，产品所属行业不属于产能过剩、竞争激烈的周期性行业。

Q4:当前有哪些值得关注的行业发展趋势？

我们认为有几点值得关注：

1）大企业入局，兼并收购盛行。传统化工巨头、上市企业均在通过兼并收购等方法积极寻求生物制造转型。如帝斯曼自2020年以来接连收购母乳低聚糖（HMO）供应商Glycom、合成生物学企业Amyris的香精和香水业务，并和国际香精香料生产巨头瑞士芬美意合并；巴斯夫已经生产了3000多种与生物技术相关或可生物降解的产品，如其使用华恒生物生产的L-丙氨酸制造绿色螯合剂，并对恩和生物等公司进行投资。此外，英国石油公司（BP）、壳牌（Shell）、杜邦（Dupont）、陶氏（Dow）、韩国希杰集团（CJ）等均在生物制造领域有所布局，并有望通过与现有业务实现协同，快速提升市场份额。

2）集群化的发展模式。我国政府积极推动生物制造领域发展，各地掀起招商引资热潮，为企业提供良好的营商环境，形成了多个合成生物学产业集群。各地政府结合当地特色优势，从生物制造原料、销售渠道、生产型人才等给予企业多方面协助，目前在长三角、珠三角、北京、新疆等地布局了较多合成生物学企业，整体聚集度较高。

3）人工智能技术提升全流程效率。由于合成生物学的理论基础尚不完善，目前无论是实验室的菌种开发，还是工艺端经实验室10L发酵罐-中试吨级发酵罐-产业百吨级发酵罐的产业化放大流程，主要依靠“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环，在“黑箱”中进行试验。而在AI加持下，高质量、多维度数据库和样本库的积累逐渐成为产业竞争的关键，在底盘细胞构造端，AI能提高基因编辑的精度与效率、指导蛋白质设计、优化代谢途径与生物生产过程，有望大幅提升合成生物学定向改造菌种的能力，在应用端，AI能协助进行进程控制与数据管理。

Q5:化工是合成生物重要应用领域，具体有哪些核心应用值得我们关注？

2020年以前，生物基产品在部分领域实现了对化学法的替代，如乳酸、法尼烯、乙醇、丁二酸、长链二元酸、L-丙氨酸等，但整体数量较少。2020年后各企业加大对合成生物学投资，在多个新兴的应用领域有所进展。

1）食品添加剂领域

我国逐渐放开对合成生物产品进入食品领域的限制。在食品添加剂领域，2024年3月13日，国家卫生健康委员会发布公告，批准了多款食品添加剂，其中，弈柯莱生物自主研发的甜菊糖苷（酶转化法）成功通过审批，成为国内首家。阿洛酮糖和甜菊糖苷的审批也有一定进展，如2023年5月和2024年4月，两个不同供体的D-阿洛酮糖-3-差向异构酶获批成为食品加工用酶制剂。使用合成生物学方法生产的阿洛酮糖解决了传统酶转化法的转化率偏低、分离提纯困难等问题，大幅降低成本，金禾实业等企业布局千吨级阿洛酮糖生产线。

随着监管政策的进一步放开和消费者认知的提升，合成生物有望打开在食品领域应用空间。①功能性食品领域：合成生物技术已广泛应用于类胡萝卜素（如番茄红素、β-胡萝卜素和虾青素）、甲萘醌-7（维生素K2）、叶黄素和母乳低聚糖（HMO）等功能性食品的生物合成。②低热量食品添加剂：合成生物技术也拓展到香料、甜味蛋白和甜味剂，用细胞工厂生产甜菊糖苷、阿洛酮糖等天然甜味剂对比传统的生产方式展现出了显著优势，具备甜味的同时几乎没有热量。

2022年，我国食品添加剂主要品种销售额达到1441亿元，其中生物法占比约为5%，销售额约86亿元。

2）氨基酸和替代蛋白领域

替代蛋白具备绿色、低成本优势，当前仍处于发展初期。全球人口的增长推动蛋白质需求提升，而传统养殖业受到土地和气候的限制，蛋白质供应有所限制。微生物蛋白较传统养殖业生产的蛋白具有生长参数稳定、培养基物质高效利用、不需要杀虫剂或抗生素等优势，有望填平该供给缺口。目前规模化产品大多以真菌蛋白为主，尚处于发展初期，截至2020年替代蛋白市场仅占全球蛋白质零售市场的2%，据波士顿咨询数据，预计2035年该数据将提升至11%-22%。

多种发酵法氨基酸有所突破。氨基酸是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，较食品行业的蛋白替代发展更成熟。华恒生物、梅花生物等近年在氨基酸领域加大布局。L-丙氨酸是新型绿色螯合剂MGDA的主要原材料之一，2019年度的总体需求量约为3.8万吨至4.2万吨，目前华恒生物发酵法L-丙氨酸全球市占率已突破50%。华恒生物继续拓展发酵法缬氨酸、精氨酸等应用，23年缬氨酸全球需求量达到7.68万吨，据QY research数据，22年全球L-精氨酸规模约为43亿元。

3）香精香料领域

香精香料市场稳定增长。香料是从带香物质中提取或以人工合成方法得到的香味物质。香料经过调制后可应用于食品饮料、日化用品以及烟草等行业。随着人们对食品饮料、日化用品品质要求的提升，香精香料行业保持了持续的增长。15-22年全球香料香精市场规模由223亿欧元增长到390亿欧元，增速来看18-22年CAGR为6.5%。根据Mordor Intelligence数据，预计23-28年全球香料香精市场将以年均4.87%的速度增长。亚洲为增速最快、市场规模最大的市场，2021年市场份额占比达到40%。

香料按照制法或原料可分为“天然香料”和“合成香料”两大类，“合成香料”又有化学法和生物法两种制法。合成香料是指运用不同的原料，通过化学（或生物）合成的途径制备出来的“单一体”的香料品种。目前香精香料生产的主要方式是香料植物的天然提取或化工产品的化学合成，但是香料植物容易受自然界气候影响，年产出不均衡，造成原材料供应量和价格不稳定，而化工产品的原材料价格直接受到国际石油价格波动的影响。

生物法生产具备高效、稳定、绿色的优势，有望对化学香料形成替代。生物法通过研究天然的生化反应，确定途径中所需酶的遗传密码，将其整合进特定微生物的底盘细胞，通过发酵罐生产，利用微生物将糖转化为目标分子制作香精香料。使用发酵罐制造香料大量节省农业用地、简化生产工艺、稳定生产，不使用无机催化剂和有机溶剂，避免了金属离子和有机溶剂对食品及环境的污染。同时生物法模仿了自然环境的生化过程，能生产许多化学法无法合成的分子。

4）生物基材料

能源紧缺，生物基材料生逢其时。传统化工方法所生产的材料创新基本停滞，既无法实现产业存量的可持续发展，也难以带来新的产业增量，从而形成了生物基材料发展的“推力”。合成生物技术通过以可再生的生物质材料为原料，对石油、煤炭、天然气等不可再生资源，生物分子比石油基分子更具化学多样性。同时，“细胞工厂”、酶催化、生物反应器等生物底层技术的成熟形成了生物基材料的产业发展“拉力”。

生物基材料替代空间广阔。据共研网数据，我国生物基材料市场规模持续扩张，由2014年的96.9亿元增长至2021年的199.2亿元，CAGR为10.8%。根据全球经济合作与发展组织（OECD）发布的《面向2030生物经济施政纲领》战略报告预测，2030年全球将有大约5％的化学品和其他工业产品来自生物制造，其中20%的石化产品（约8,000亿美元）可由生物基产品替代，目前替代率不到5%，生物基材料市场提升空间近6,000亿美元。

5）新型碳源

目前合成生物学主要使用玉米、葡萄糖为原材料，有“与民争粮”的争论。产业积极寻找新型碳源作为替代，以提供环保、可持续发展的化工产品制造方法。目前考虑的主要有秸秆、玉米芯等，但其除杂、提纯较为困难，整体进展较慢。

Q6:当前化工团队看好哪些标的？

我们看好生物基材料的发展前景，与其他应用领域相比，生物基材料市场空间较大，应用领域广阔，替代的是能耗较高的化学品，更符合国家双碳政策的倡导方向。我们推荐华恒生物、凯赛生物。

华恒生物打通技术链，产业化模式成熟。1）技术端：掌控合成生物学核心技术，与高校及研究所紧密合作。公司打通“发酵法、酶法”两大生产工艺，同时与中科院天工所、微生物研究所等科研机构建立了长期合作关系，打造多个产学研合作范例，不断合作研发新品。2）工艺端：产业放大工艺成熟。公司有着多年的发酵生产经验，实现了L-丙氨酸、L-缬氨酸的万吨级生产，发酵法产品工艺协同性强，公司可将之前的经验迁移复制，加快新产品落地。3）应用端：选品策略优良，客户资源优质。选取经过市场验证、成本较低、具备盈利能力的生物法产品，推广难度较低。公司与巴斯夫、味之素、DSM、赢创等客户长期合作，有助于新产品导入。

突破多个新品，成本优势显著。公司已有L-丙氨酸、缬氨酸两个成功单品，布局苹果酸、丁二酸、1,3-PDO、精氨酸等新品，截至23年6月，公司共有产能5.8万吨，规划项目落地后总产能将达33.2万吨。凭借成熟的发酵法工艺，公司新品均具备成本优势，有望快速推广，据我们测算，1）L-缬氨酸理论成本低至0.97万元/吨，较其他企业发酵法低35%；2）公司发酵法丁二酸理论成本低至0.69万元/吨，较顺酐加氢法低0.4万元/吨，较其他企业发酵法低0.56万元/吨；3）公司糖法PDO理论成本约为0.95万元/吨，较甘油法低0.99万元/吨。符合生物法对化学法替代的路径。

凯赛生物生物基聚酰胺产能增长，应用端整装待发。公司为长链二元酸全球龙头，生物法长链二元酸纯度等指标优于市场同类产品。2021年开始推广新品生物基聚酰胺，乌苏10万吨/年生物基聚酰胺项目2021年年中投产运行。“年产3万吨长链二元酸和2万吨长链聚酰胺项目”于23年建成，山西产业园生物基聚酰胺项目计划于2024年底先行建成部分产能，其中年产5000吨高温尼龙示范线已于2023年年底建成。应用方面，生物基聚酰胺与连续玻纤/碳纤维制成的复材正在多个领域进行应用开发和测试，即将加速进入商业化过程，公司联合招商局集团与各地合作方洽谈的复材落地方案也进入了实质推动阶段。

新品研发进展顺利，AI有望赋能。公司有望于近期推出生物基长链二元酸产品；新产品生物基哌啶已经完成中试并着手进行万吨级产业化。未来公司研发将与AI协同，公司于23年完成了对AI蛋白质设计平台公司—分子之心的战略投资，双方正就提升关键酶的催化等项目进行合作，后续将深度协同，积极探索合成生物研发新范式，开拓新品空间。

技术进步不及预期、产业化落地效果不及预期、生物安全及伦理风险、产品推广难度。

证券研究报告：《策略对话化工：合成生物步入“1-n”新阶段，看好生物基材料》

对外发布日期：2024年6月11日报告发布机构：西部证券研究发展中心

黄侃（S0800522070001）huangkan@research.xbmail.com.cn

慈薇薇（S0800523050004）ciweiwei@research.xbmail.com.cn

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