美国生物经济：为灵活和竞争性的未来规划路线

2022!8"15#$33%&$552% 美国生物经济：为灵活和竞争性的未来规划路线 !"#$%2022年4月，美国国家安全委员会人工智能和国防创新委员会主席、前Google首席执行官EricSchmidt发起的智库“施密特未来” （SCHMIDTFUTURES）发布《美国生物经济：为灵活和竞争性的未来规划路线》。报告论述了美国发展生物经济的必要性和紧迫性，并指出中国和印度将是未来争夺全球主导地位的主要竞争对手，建议以生物制造为核心，从政策体系、技术创新、成果转化、基础设施、人才培养等方面推进生物经济战略，以提高美国在生物领域的全球竞争力。赛迪智库消费品工业研究所对该报告进行了编译，期望能为相关部门提供帮助。 !&'(%生物经济生物制造路线图发展战略 随着生物技术的不断演进，世界将在未来二十年过渡到生物经济时代。美国是世界生物技术强国，生物经济对其GDP的贡献率超过5%，其中一半以上来自生物医学以外的领域，包括农业和工业生物技术领域。但是，分散的领导力、人才培养不足、对基础研究和基础设施投入不够、国际竞争日趋激烈等问题，可能导致美国在未来生物经济竞争中丢失世界领先地位。如果不采取有效措施应对上述问题，国家经济、国家安全、国民健康都将面临挑战，还可能错失净零碳排放转型所带来的经济和社会效益。 '()*+,-./0123452 （一）生物经济大有可为 作为对提高能源效率和开发生物质燃料的补充，可再生能源必然在实现净零碳排放方面发挥重要作用。但事实上，用可再生能源取代化石燃料仅能解决全国碳排放的55%，另外45%的排放量需要改变制造消费品和工业产品的方式，以及种植粮食作物的方式，这给生物经济提供了发挥重要作用的机会。与此同时，国家调降了交通运输业对于化石燃料的依赖，因此必须由占美国产品制造96%的化石燃料向其他原料过渡。这种转变正在发生，某些生物基化学品已在多个类别上超过了石化产品，每年至少产生1250亿美元的收入，如今占美国精细化学品收入的17%到25%。 （二）发展生物经济的紧迫性 国家现在之所以大力投资发展生物经济，除了它在实现“到2050年达到净零碳排放放”的目标方面必将发挥关键作用外，还有另一个极具说服力的理由：国家竞争力以及错失美国制造业振兴机遇的风险。 以生物制造为核心发展生物经济对强化美国供应链的作用 不容小觑。美国在过去数十年，一直遵循“国内创新，海外生产”的模式（例如，苹果手机在加州设计，在中国制造），这种模式 使美国在制造能力、就业机会和经济利益上蒙受损失，还造成了2020年的供应链混乱，进而导致2021和2022年通货膨胀率飙升，令美国经济损失数亿美元。目前，美国生物制造领域正面临重蹈覆辙的危险。虽然国家每年在工程生物学基础研究上耗费数亿美元，但在工艺开发研究、工艺工程、生物制造基础设施和劳动力培养方面却投入不足，导致一些生物制造创新者不得不依赖国外的试验平台和生物制造设施。因此，他们只能依靠其他国家的人才来开发规模化生物制造工艺，并凭借知识产权出口来制造产品。 国际竞争者已经明确了要在21世纪主导生物经济的目标， 并且都在大力投入，以实现相关的长期战略目标。以印度和中国为代表，两国均明确表达了利用生物技术成为全球主导者的意图， 并且精心制定了长期计划。欧盟及其成员国也已经制定了生物经 济战略，并且定期更新。为避免掉队以及失去我们目前在生物技术和分子生物学领域的优势，美国必须效仿竞争对手，以数十年的时间来谋划实施。政府的重点支持可以迅速产生解决方案，无论是在疫情期间推动疫苗开发，还是创造硅谷和信息技术革命。 （三）发展生物经济的制约因素 放眼21世纪及以后，虽然发展生物经济的好处显而易见且不容否认，但美国要走的路还很长，需要破除科学、技术、基础设施以及其他商业化方面的障碍，才能将潜力转化为现实。此外，在劳动力培养、政策，以及公众对生物技术的认知方面也存在一些问题，如果要使生物经济不仅在今天，而且在未来数十年蓬勃发展，国家就必须解决这些问题。 科学和技术方面的障碍。目前，联邦政府对传统化工产业的 补贴使得生物技术产品很难与之公平竞争，而不够完善的监管体系也阻碍了安全性合格的生物产品快速商业化。事实上，联邦政府在基础研究、开发和基础设施方面的支持对于克服科学和技术障碍非常重要。比如，分子生物学革命就归功于联邦对生物医学研究的资助。 基础设施方面的障碍。一方面，美国生物制造领域试验平台 和中等规模设施能力极为有限，影响了从实验室向大规模生产转化所必要的测试和验证步骤。另一方面，美国现有的设施和工艺 最初都不是以其产品为目的而建造，使得创新者必须在各种定制化设施和工艺之间东拼西凑。因此，建设综合性的新型试验平台设施网络，构建有关扩大生物基工艺的综合知识库，建立不同设施之间的数据和技术传输标准，以及开发自动化操作系统对于提高创新和产业化效率至关重要。 劳动力方面的障碍。一方面，美国的生物制造工程人才严重 短缺，越来越被迫依赖外国培训的人才，由此便提出了从社区大学到研究所开展各层级生物制造工程教育的要求。另一方面，美国还需要在高中、社区大学、四年制大学以及研究所层级建立培训和再培训计划，从而培养一支技术精湛且多样化的劳动力。 除此之外，从面临淘汰的石油经济过渡到可持续的生物经济，还涉及许多一次性成本，这些成本将主要由私营企业承担，包括：建设新的生产设施或对现有设施进行再利用、将现有的化学炼油 厂退役、重新培训化工产业劳动力以及开发替代工艺和材料。 （四）未来的考虑因素 一是坚持可持续发展。以可持续的方式开发化学品、聚合物和其他材料的生物质来源，避免对生态系统、粮食安全和公平的 经济发展产生负面影响。开展融合供应链分析、生命周期分析和系统建模的跨学科工作，进一步完善保障措施和监管政策，解决关于在自然生态系统中投放工程生物体的担忧。 二是制定合理的经济转型计划。充分考虑生物经济转型对传 统化工产业工人和社区造成的影响，制定计划让工人重获技能以及在受影响社区创造就业机会，从而避免过去在帮扶衰退产业的工人和社区时遭遇的失败。 三是创建一个朝气蓬勃的美国生物经济。公众对生物基产品 （比如化学品、食品和其他材料）的了解和接受度，对于向净零碳排放经济转型的成败至关重要。要积极向公众和政策制定者宣传生物基和生物使能产品的安全性与优势，加强劳动力培训和教育，在全国范围内提供优质的就业机会，鼓励民间团体与各级政府部门共同参与决策，以推动公平和可持续的生物经济发展，使全国各地经济和社会边缘化的群体都能受益。 6(789:;<+,-.=>/?@AB （一）应对基础科学和技术挑战 要实现国家投资的最大回报，需要美国政府加快基础生物工程和生物制造研究。目前，联邦给予的支持已经帮助研究人员开发出越来越多的工具，如CRISPR等。现在，为提高国家生物制造能力，研究工作应侧重于推动生物制造工艺创新，具体包括建设开源数据库、创新代谢路径、开发数据分析工具、计算机建模能力以及建模用的数据驱动方法、创建多分子生物合成平台、发 现新“底盘”的生物体等。 与上述工作同时进行的还有旨在扩展现有DNA生产方法论的研究，包括遗传工具的开发、对植物基因组进行高通量基因组操作的研究等。此外，将生物制造从试验平台扩展至商业规模并不容易，影响因素有很多，其中包括使用活体生物所导致的固有变异性。因此，还需要研究出处理这种变异性的方法。 （二）建设扩大生物产能的国家基础设施 目前，将实验室研究转化为商业生产的一个重要症结是缺少试验平台设施，借助试验平台，创新者可以与工艺及化学工程专家合作，开发规模化程序、革新制造技术，从而能够更快地以较低成本将产品推向市场。联邦政府可以通过建立一个区域试验平台设施网络来发挥催化作用，这些设施可以使用多种生物体来加工多种原料，并通过各种机制、在各种规模下生产各种产品，这将使创新者实现规模化生产工艺，并生成性能数据，为转向商业生产奠定基础。从而，打消目前资本市场上的观望情绪。 尽管国内有一部分前期联邦投资的生物制造设施，但由于费用过高、承载力不足、信息不对称等问题，仍有许多企业不得不去比利时、加拿大、中国等地租用必要的基础设施。为提高国家竞争力，美国必须立即着手建设更多的生物制造设施，在这方面各国早已开始布局。例如，英国成立了国家生物制品制造中心、 工艺创新中心和工业生物技术创新中心，致力于扶持本国新兴的生物制造产业。 （三）培养训练有素的劳动力 1、培训现有的劳动力 随着生物经济的发展，对生物制造人才和劳动力的需求日益扩大。联邦政府可以制定一项拨款计划，针对生物经济设立特定的认证证书和资格证书，类似于职业安全与健康管理局（OSHA）的认证或生物技术员助理资格考试证书。这样的计划有望降低弱势群体和边缘社区的个人在生物经济方面的进入成本，以及那些渴望转换职业但却没有财力、时间或意愿去拿学士学位的打工人。 增加生物专业在校学生的社会实践机会、扩大生物制造与其他相关领域的合作计划等也可以作为提高对生物经济就业机会认识的途径，增加生物经济劳动力的多样性。此外，实行签证改革，允许美国企业雇用具有高等科学、技术、工程和数学（STEM）学位的外国技术工人，既可以填补短期的劳动力短缺，也可以促进新技术的商业化。例如，《美国竞争法案》建议降低理工科专业博士的绿卡申请门槛，这不仅会增强美国的研发能力，还将鼓励外国科学家和工程师在美国的生物经济领域创业。 2、为未来的生物经济就业机会做准备 首先，要改进全国教育系统的生物学教学方法，从死记硬背 枯燥的事实转向更注重实践和体验的方法。有些机构正在努力推动这一转变，但还需要再接再厉。特别是，鉴于创建多样化、公平和包容的生物经济的重要性，必须确保每一项教育计划都能惠及所有学生。 其次，鼓励地方政府与当地的社区大学、四年制大学和产业界合作制定教育计划。与此同时，社区大学需要把学前及中小学教职员工当成全面合作伙伴。特别是四年制院校，许多计划的补助资金都通过其发放，需要做出政策调整，以确保将这些资金用于计划发展，而不是自身开销。 再次，为更广泛和更多样化的学生群体扩大生物经济职业教育机会。鉴于未来的劳动力人口中有色人种和女性的比例将会提高，当务之急是以公平和包容的方式，让任何受教育程度的人都能参加培训计划。 最后，要以公平和包容的方式增加生物经济劳动力的多样性，就需要制定满足不同学生实际需求的计划，包括儿童保育和交通需求等，以及提供其他形式的援助。与此同时，雇主必须确保工作环境的包容度和公平性，从而留住更多优秀的劳动力。 （四）鼓励和支持循环生物经济的政策环境 1、监管政策的创新方法 生物技术产品的监管生态系统复杂且分散，但对公众信心和 安全却极为重要。目前，监管工作主要由环保局、食品药品监督管理局、动植物卫生检验局三个机构负责，鱼类及野生动植物管理局、鱼类及野生动植物管理局、职业安全与健康管理局也参与负责部分工作。由于财政紧张、人员离职和劳动力老化等原因，各监管机构普遍人手不足，无法维持日常的监管职能。产业界应共同支持要求国会增加拨款的呼声，为监管机构提供充足的资源，建立一个公开、透明、人手充足、为未来做好准备的监管体系，该体系将在消除各相关方的担忧和成见方面发挥巨大作用。 2、推动美国生物经济发展的财政政策 据经合组织分析，与生物经济相关的政策主要集中在供给侧或技术推动措施上，比如支持研发示范项目。因此，联邦政府一方面可以通过鼓励共享现有大规模基础设施来扩大生物制造能力，另一方面也可以通过实施税收减免、补贴、贷款担保计划和其他财政激励措施，进一步投资兴建生物制造基础设施，并改造现有设施以获得更多生物制造机会。此外，经合组织还强调了政府采购在帮助建立生物基产品市场方面的重要性。另一个扩大市场规模的做法是建立战略化学品储备，并在其中要求一定比例的利用可再生生物质和生物制造工艺生产的化学品。还有一种相关的做法是，联邦政府与商业生物制造设施签订合同并提供津贴，作为交换，联邦政府有权在需要时将生产转向关键化学品。 3、数