合成生物学（工程生物学）是生命科学领域的一门新兴交叉科学，被认为是理解生命的新钥匙（造物致知）和未来的颠覆性技术之一（造物致用）。
为进一步加强国内外合成生物学领域的交流合作，提高我国在合成生物学领域的国际地位，推动国内生物产业蓬勃发展， 2023 年 4 月 27-28 日第四届工程生物创新大会、第二届中国合成生物学学术年会、首届亚洲合成生物创新大会将在深圳光明科学城启幕，为推动中国与亚洲合成生物科学与产业发展提供交流平台，为加速深圳合成生物产业发展集聚贡献力量。
以下是在第四届工程生物创新大会上圆桌对话 I：合成生物X碳中和/碳达峰/生物制造环节的精彩内容，由云现场整理。
魏平：尊敬的各位来宾，大家上午好！昨天的会议密度很大，今天迎来圆桌对话的环节，我是本场活动的主持人魏平，来自先进院合成生物研究所。从昨天的对话发现，合成生物学发展迅速，正逐步引领一系列的新话题、新潮流，合成生物学正在诸如能源、环境、健康等人类社会生活的方方面面8，发挥着重要作用，迅速推动社会与产业的全方位革新。
今天，我们以圆桌对话的形式，围绕合成生物学与社会生活、科技、产业发展等方面，特别设置了四个环节的对话。首先开始的是，第一个环节的圆桌对话，主题是"合成生物新世界-合成生物X碳中和/碳达峰/生物制造"，下面有请来自浙江大学求是特聘教授，浙江大学杭州国际科创中心生物与分子智造研究院首席科学家杨立荣教授，掌声欢迎！
杨立荣：各位来宾，各位同行，大家上午好！首先感谢大会组委会邀请我参加这次会议，也很荣幸担任本次圆桌对话的主持人，我是杨立荣。合成生物学在我们人类社会发展中发挥着重要作用，下面我们开启第一场圆桌对话，走进合成生物学的世界。
有请来自重庆大学副教授、产业技术研究院院长助理、重庆大学合成生物制造中心主任王丹、中科院深圳先进技术研究院的夏霖副研究员、森瑞斯的CEO周希彬、柯泰亚生物科技创始人赵立山、上海交通大学生命科学技术学院研究员、肆芃科技创始人陶飞、蓝晶微生物的联合创始人张浩千、北京衍微科技CEO陈博、蓝驰资本的董事总经理戎璟、微元合成生物技术（北京）有限公司的COO李响、力合生物总经理曾令西进行分享，请大家掌声欢迎！
我们开始上午第一场会议，首先大家以热烈的掌声欢迎在场的9位嘉宾。大家都知道，双碳计划是国家的战略，双碳计划在国家战略当中，合成生物学或者合成生物技术发挥怎样的作用，是在座的同仁和各界非常关注的热门话题和热点的领域，为了今天的圆桌论坛，我们围绕双碳计划设计大家共同关心的问题，我先把问题抛出来，在后面的过程中，希望在三个问题，各位嘉宾各抒己见。
第一个交流的问题，生物技术在双碳计划实施过程中的作用很重要，生物制造必然意味着低碳，以及如何在碳中和当中作出直接的贡献？
第二个问题，希望嘉宾能够畅想未来低碳生物技术可能的产品和实行的路线。
第三个问题，围绕以二氧化碳为底的生物制造技术最大的挑战在哪些方面？
第一部分围绕三个问题请在座的嘉宾展开自己的想象，和大家进行交流和阐述。
因为时间紧张，我们女士优先，从王丹教授开始，大家发表自己的真知灼见。
王丹：非常感谢组委会给予我们这次讨论碳中和和绿色生物制造的机会以及杨老师给我们一个很好的引导性发言，我代表重庆大学做碳中和相关生物制造的团队发表一下看法。
杨老师问的第一个问题，生物制造和碳中和是不是一定能够作出贡献？我觉得应该90%以上能够作出贡献，从三个方面说。
第一，生物制造已经进入第三代生物制造的范畴，第一代生物制造指以淀粉、糖等原料，通过生物合成生产化学品和材料。第二代生物制造指以木质纤维素等生物脂为原料合成化学品。第三代生物制造以二氧化碳和生物脂共同作为原料。原料改变的理念在化工界也是广泛认可的，生物制造将这两个共同作为原料生产化学品，传统的化学工业普及的基础上通过转化合成高附加值的化学品可以固定大量的二氧化碳，就是原料的利用方面。
第二，合成过程。因为生物制造主要用微生物作为催化剂，生物催化剂又是可再生的，这个过程中相比传统的化学工业高温高压需要催化剂，本身是低能耗的过程，所以可以对二氧化碳的减排作出贡献。
第三，化学品当中，一些带有羧基的化学物，比如苯甲酸，羧基的引入意味着二氧化碳的固定，所以在某些特殊化学品的合成上，绿色生物制造显示出更强大的固碳能力，谢谢大家！
夏霖：谢谢主办方给我们机会分享合成生物学和碳中和的问题，杨老师问到合成生物学和生物制造是否是绝对低碳的，我们需要更严格的审视。我们可以分为两个方面来看，它跟现有大部分传统的生产方式比，比如化工和材料比是低碳的，但是随着发展是不是低碳的，需要更严格的过程监控，我们对生物制造，尤其是材料加工和出品全生命的碳足迹周期进行监控，我们才知道是不是所有生物制造的产品都是低碳的。
目前来看，我们认为它对碳中和的助力是100%确定的，而且对大部分的化工生产工艺和现有的制造业比是低碳的。
刚才提到一个问题，未来面向二氧化碳的利用合成生物学，目前来说，最大的共性挑战还是二氧化碳如何以比较低的成本以及比较高的效率进行活化，因为二氧化碳是非常稳定的分子，而且几乎没有能量，所以我们要解决的是廉价的能源和廉价活化的成本以及高效的方式。目前我们看到直接利用二氧化碳在没有介入其他手段的情况下还是藻类和微生物，相当于二氧化碳代谢途径有一些优势，并且可以针对改造做细胞工厂的应用，比如羧基反应或者光合细菌或者做藻类，这是比较多的利用。还有一种方式，把化学的二氧化碳固定的方式耦合进来解决现有的，无论从能源还是效率上的一些瓶颈。比如我们可以引入相对成熟的热催化以及电催化，未来还可以引入成熟的光催化，我们最终把二氧化碳能量活化和碳足迹算得过来。也要看最终对接的生产方式，一碳和二碳化工和合成生物学对接有优势，因为合成生物学的碳一循环都能够比较好的适配这个方式，在未来在这些路径上有一个非常多元化的发展。
周希彬：非常高兴有机会参加大会的论坛，我就杨老师的问题回答。我从企业界的观点，从生物制造上谈一下我浅显的理解。
生物制造是不是必然低碳？要具体问题具体分析，从制造行业来看，我们国家每年碳的排放量100多亿吨，其中发电和供热的排量占到80%多，剩余的是工业排放。这时候我们看整个制造业都是在利用能量使物质发生转变，得到我们所需要的产品，同时产生一些排放。生物制造是怎么回事？我们在大规模生产过程中发现，发酵成本里很大一部分实际上是电，比如说我们测算过100吨的发酵一天生产一个产品，一天的耗电量大概100吨，大概3千多度，300度的大概5千多度。另外的耗电部分是空压设备，500方一天要几千度到1万度电。还有一个地方，就是纯化和污水处理也会耗大量的电。
如果在整个纯化和放大生产过程中，如果做得不是很好，转化率低和得率低，发酵时间长，得到的产品和纯化的过程非常复杂，我们提纯分离非常困难，需要大量的水，就会产生大量的污水，在污水处理过程中又会耗费非常大的能源。这时候如果这些东西做得不好，生物制造要实现低碳还是有很大的困难。
我们做的过程中，比如一个产品一开始在菌脂构建的时候需要发酵170多个小时，时间太长，花的电量太多了，而且我们一开始做的时候只关注得率，我们加了一些底物，最后提纯的时候发现氨基酸很难去除，纯化工艺非常长，得到的污水也很难净化，消耗很多的能量，所以整个过程要实现低碳还是很困难的。后来我们把整个菌株改造之后缩短发酵的时间，从170多个小时缩短到40小时。我们发现把培养液改了之后不要底物，后边纯化一步就完成了，非常简单，而产生的废水，我们处理的时候非常容易。其实做生物制造的时候，目前这个情况，绝大多数生物制造还是用非常传统的发酵工艺，我们要看发酵工艺能不能达到低碳，就是看能量的损耗。在技术路线的选择和发酵工艺、纯化工艺协同推进的话，一定是低碳的。
杨立荣：我忘记介绍了每一位嘉宾的姓名和单位，你们可以简单的介绍一下自己的情况。我把三个问题简化一点，一是生物制造能不能实现低碳？二是要实现低碳，技术路线和产品路线是什么？三是实现真正的产品或者低碳，遇到的关键问题和瓶颈在哪？
赵立山：非常感谢组委会把非常重要的问题摆在大家面前让大家讨论，我是赵立山，柯泰亚创始人和CEO，我们也是一个初创公司，在生物制造领域刚刚开始，开发自己的研发，同时在产品制造和销售方面是一个端到端的公司。
关于这三个问题我从产业界的角度看这些问题，我完全同意关于生物制造是解决以后整个制造业从传统的以石化原料或者传统的化工工艺向更持续的生产工艺转型非常重要的解决方案。我觉得大部分可能同意，它有这个潜力为碳中和做贡献，某一个制造工艺是不是能够达到碳中和，对减碳作出贡献，这是需要做生命周期分析的。要看看用的是什么原料，生物制造发酵工艺的效率，比如说能耗是非常大的需求，在成本里的占比也比较大。从每个产品和工艺，我们都会做生命周期分析，完全做非常精细的有比较多的工作，这是我们评价这个工艺是不是能够减少碳排放，这是我们做产业比较重要的点。
关于一碳或者二氧化碳，我们公司没有用一碳或者二氧化碳作为原料生产我们的产品，但是我们非常感兴趣，这里有两个点想提一下。
第一，不管是一碳还是二氧化碳，一碳指一氧化碳等等，我们为什么没有用它？因为大部分是气体，除了甲醇，所以在工艺上怎么样用这些原料是蛮有挑战的，需要比较专业的技术。二是它进入生物体系的话，不管是什么样的底盘细胞，一碳也好二氧化碳也好，进入整个生物体系需要一些步骤或者生物转化步骤效率目前也是一个瓶颈，比如一氧化碳要进入代谢体系，现在的效率还不是很高，这是需要长期解决的问题。作为初创企业，还是比较难有资源解决。一些技术研究最终能够帮助我们解决产业化的瓶颈，我就讲到这里。
陶飞：我是来自上海交通大学微生物重点实验室的陶飞，我也是肆芃科技的创始人。
杨老师的几个问题非常好，一是这个事情能不能干，二是怎么干这件事，三是能不能干成。
首先，这个事情能不能做，刚才几位老总从具体产业的角度谈了很多，我们可以从更高的维度来讲，用生物固定二氧化碳或者用这种方式可能是最后不得已的选择，你可以考虑地球上的二氧化碳，原来是有的，后来怎么没有了，现在又出现了，我们把它解决掉。原来是有的，后来没有是因为生物的出现把它们固定了，我们用人的方式产生了很多二氧化碳，量非常多，现在要重新固定起来。这时候的选择，目前除了用二氧化碳+光能，用生物或者化学组合的方法做，好像没有其他的方案，所以这件事一定能做，而且必须做这件事。
第二，我们怎么做这件事，可以把二氧化碳固定这件事做得更好。我是这样考虑的，刚才有很多老师讲，二氧化碳的量是非常大的，这里就涉及到一件事，我们做的产品或者我们做的东西，它的碳容量是不是足够大。比如说一年几百亿的二氧化碳，如果都变成产品，要对应几百亿吨的水平，要想真正在碳中和上做贡献，生物制造的规模还是有一定要求的。
第三，这个地方有什么难度？个人观点，我认为难度核心就是效率的问题，一个二氧化碳这么氧化态的东西，变成有机物的难度是有的，这是非常大的挑战。我们也很高兴看到现在有很多化学人员加入到合成生物学，加速自然固碳的一种方式。生物端本身可以做更多的工作，提高生物系统天然的效率，这是我们一直做的事情。我觉得生物系统本身的潜力是非常大的，如果能把它的效率提高得足够好，我是非常有信心的。就是说生物的代谢潜力非常大，我们怎么驾驭和利用潜力，利用好了，这是我们非常大的价值体现，我就讲。
张浩千：我觉得三个问题都挺宏大的。第一，国内标准的不是特别的完善，还没有形成共识，在欧洲形成比较完整的共识就是大家更喜欢LC，所以只考虑工厂进大门、出大门的环节，这对于碳中和的评估体系的作用不大，虽然有意义。但是看这些产品的时候，评估一个产品的碳足迹，往往是从全生命周期来看的。当我们讨论合成生物学或者生物制造是否为碳中和做贡献，必须要把它的碳足迹考虑，比如原料在哪，原料是很系统的东西，比如说用的是淀粉还是糖，产地在哪？
大豆油的碳足迹比较高的，比较的是棉籽油，可能大家觉得很意外，棉籽油比较低，蓖麻油还行，棕榈油看产地，棕榈油是马来西亚的碳足迹低一点，印尼会比较高。实际上要看原材料和电，还要看运输方式，如果走陆运，碳足迹比海运高。还要看电，比如我们在江苏盐城有一个小小的优势，盐城是70%海上风力发电的来源，有一半是海洋风力发电，实际上电的来源也会影响到很多。刚才有一位老师提到电的来源，电是最大的东西，电的问题解决不了，碳足迹爆炸了，做再多努力只能解决一小部分问题，大部分问题在电身上，所以对于电的集成使用和碳足迹的减少也是一个大问题。
从现在的系统来看，比如做生物制造做得比较好的美国公司用美国的玉米，碳足迹比传统石化塑料的碳足迹高了一点，有可能低一点，具体的数值在不同周期是不一样的，但是我记得传统石化塑料持平了。但是产量是很低的，如果通过规模进行能耗碳保的话，变成比传统石化塑料在碳足迹上更有优势。
PHA的方向还需要努力，这是关于碳中和的内容，它是一个很系统和定量的评估，涉及到供应链的考量，不是技术环节单一能决定的，合成生物学的所有利益相关方和供应链纳入进去做评估，如果能结合中国绿色能源场景来看是非常好的。
第二，二氧化碳的利用非常难，我认为目前碳捕捉相对容易，做的企业也不少，科研成果也很多。但二氧化碳的转化是很大的问题，我和赵立山老师还聊，比如二氧化碳生物转化效率的途径比较低，还有很大的提升空间。更高效的二氧化碳固定的方式，比如羧菌，目前二氧化碳生物转化是巨大的问题，原来我们在这方面重视程度不够，需要加强一下。
第三，刚才王老师提的三代分类，第一代用淀粉，第二代是非粮食物质，第三代用二氧化碳，二氧化碳这件事是正确非容易的事情，我觉得应该在这件事应该聚焦做更多工作。我们也在这个方面做了一些小工作，比如说我们的PHA有10%的碳原子直接来自于二氧化碳固定，陶老师在这个方面做得更好。这个方面还有很大的提升空间，希望将来的生物制造，中间的供应链可以避免，碳捕捉以后直接用生物做碳转化，温室气体和一碳化合物作为原材料进行转化的生产工艺是我们的终极目标，也是值得努力的方向，我就分享这么多，谢谢大家。
曾令西：我非常认可张浩千的观点，我是力合生物的CEO，力合是深圳清华大学研究院旗下专门做科技成果转化的平台。我们一直专注于在合成生物学领域的一些孵化和投资，我们也在关注合成生物学的知识图谱，参与到深圳20+8产业的研究。刚刚张浩千也讲了从合成生物学的角度来讲，碳中和最关键的还是能源替代和制造领域碳的减排，合成生物学正好这两个领域发挥比较重要的价值，未来在绿色能源和绿色制造的领域，应该会成为比较主流的发展方向，我们认为还是很有价值的。
二氧化碳怎么样加速绿色制造，还是挺难的，不管是光能细胞还是电能细胞，还是无机到生物有机的二氧化碳转化，还是面临很大发展效率比较低的问题，未来需要通过更好的产学研的转化建立更好的平台，实现合成生物学和双碳之间更好的价值，谢谢！
戎璟：大家好，我是蓝驰创投的戎璟，蓝驰1998年在硅谷起家，以科技方向作为主题。我对合成生物学关注挺长时间，也投过合成生物学的公司。
刚才的三个问题，前面的老师说了很多，我补充一点其他的视角。
我前几天看见一个欧洲的研究报告，他们有算一个账，以后碳交易的成本可能会是挺大的，以后国家的补贴会不会从这个角度进行，就像新能源当初的状态。我在前几天看见他们有一个计算，比如生产10万吨的POA，碳交易可以节省的利润达到1千万欧元，所以碳交易的成本有点像国家经济发展权的争夺，以后的成本会越来越高，所以合成生物学同低碳的角度一定要发展的。
第二，一碳技术能做什么东西？比如可以做成清洁的燃烧，也可以做成高附加值的产品，比如化妆品的原料、医药的原料，这些都可以做。还有就是在农业上的运用，比如塑料蛋白作为添加剂，甚至直接把碳加在土壤里然后改善土壤的质量提高产能。我觉得比较大的想象空间还是在生物质塑料，比如PHA，这个用量特别大，产生的污染也特别多，所以对生物剂的塑料非常有必要用一碳技术改造。
二氧化碳的转化率非常低，一年人类二氧化碳排放量超过330亿吨，是非常丰富的气体，但是它是一个非常稳定的中性分子，所以要激活它的反应，让它更高能的参加化学反应，要用很多外部条件的刺激，包括催化剂的运用。生产的时候会用到很多大量的专用设备和能耗，这是成本比较高的。比如说POA，跟PHA不一样，是另外一种生物剂的原料，它在实验室很早就可以做到用二氧化碳一步法生产POA，但是在目前，大规模的应用仍然用两步法，如果用二氧化碳直接做的话成本会非常的高，如果要做纯度好的产品，要不产品质量不过关，要不产品成本很高，这个东西非常好，但是大规模生产的经济性会受到很多制约。
我的回答到这里，谢谢！
李响：感谢杨老师的问题，我是来自微元合成的李响，公司成立有一年的时间，过去一年也做了技术上的突破和布局，公司的产品也覆盖从各种功能糖到功能性的分子和色素，我们主要做使用类的色素，功能性分子包括药用的材料。
结合杨老师的问题，关于合成生物的减碳，我从三个角度谈一下。
我们讨论的前提是在有经济性的前提下，我特别喜欢算账，每一个事情在经济上不可行，将来在推广上有很大的困难，光靠补贴很难长久。
在经济可行的前提下从三个角度谈这个问题，一是碳固定，二是碳减排，三是间接的固碳。为什么说碳固定而不是碳捕捉？碳捕捉并不是难事，关键是怎么样高效的固定下来，二氧化碳几乎是没有能量的物质，我们想把它固定下来，需要有源源不断的能量注入才能做到，我结合我们公司的技术和产品谈这件事。比如我们油脂的利用平台，油脂有很高能量，我们把油脂的能量释放出来用来固定二氧化碳，我们也做了一些实验，现在可以固定到22%的碳，这些碳不需要收集，有一部分是空气用的，有一部分是生物体自然排的，把它固定成最终的产品，这是经济性比较好的方案。这种技术推广得越来越大和越来越多的时候，起到的作用会越来越多，比如张浩千总讲的，不管是做材料还是做各种东西。现在有一个问题，就是油脂的来源非常不稳定和不确定，最开始我们想利用地沟油，但是我们到各地找的时候，当地市委书记说，我们要把全市的地沟油拢起来给你们，但是也没有多少，而且生物柴油对地沟油的抢夺非常的严重，现在大部分都做成生物柴油了，我们最近和印尼做棕榈油的巨头建立一些合作，利用棕榈的费用做这件事。这是第一个问题，我们做碳捕捉和碳固定的工作。
第二，碳减排，生物制造能最大对双碳作出贡献是碳减排，比如阿罗同糖（音），全世界做阿罗同糖都是用糖果做，然后通过模拟分离的方式，整个过程的效率是很低的，酶有天生的缺陷性，转化率只有30%，很难提高，大家的水平是相差零点几，30%左右需要反复的浓缩，这个过程中有大量的能源浪费。而且原料本身来源就是果糖，果糖制备过程中也只是转化42%，也是需要来回的套，所以过程中，电耗和蒸汽非常的严重。我们用发酵法做，用葡萄糖可以做到150克每升以上的产量，而且葡萄糖转化率非常高，从电和蒸汽综合的减排幅度能达到50%以上，成本比常用的糖纯还要低。很多研究机构预测阿罗同糖有百万吨级的市场，如果我们都用更高效的方式做，减排效果是不可小觑的，人类的需求在不断的增长，也在不断的膨胀，我们靠抑制人类的需求减碳是不现实的，我们只能的向技术和科学要减碳的额度，我们怎么样能以更高效的生产方式生产人类所需求的化学品。
第三，间接固碳，以我们产品为例，比如叶黄素，现在叶黄素提取方式都要种万寿菊然后植物提取，要种250亩万寿菊种一年才能提出一吨的叶黄素，常见的类胡萝卜素全世界有70万亩的土地种菊花，就为了提常见的类胡萝卜素。我们现在用发酵法做出来，用同样生产一吨的叶黄素用10吨的发酵方法干10天就可以做出来，工地就不用种了，现在常见的叶黄素和类胡萝卜素的需求替代之后，省下来的耕地近百万亩，这100万亩的耕地无论是种地种粮食，它的减碳效果和植物固碳的作用也是非常可观的经济账，对全世界来讲。
一碳利用，我补充一点，把碳固定下来比较容易，比如二氧化碳制甲醇，已经初步具备经济性。但是怎么把甲醇变成可以用的工业产品，大家做的还是不够，在这方面，我们在开发甲醇利用的相关平台，用甲醇做一些材料的替代，实现碳源的置换。
谢谢杨老师，我就说这么多。
杨立荣：谢谢台上几位嘉宾的分享，因为时间过得很快，我们的时间马上到了，9位嘉宾的讨论，我做一个简单的小结。
第一个问题，合成生物技术在双碳计划当中的作用和贡献，大家是肯定的，一定有它的作用贡献，而且应该是无可替代的贡献。
第二，二氧化碳在双碳减排过程中的技术路径和产品路线可以分成两个层次，一个层次是以二氧化碳为原料直接的转化到产品的路线。二是围绕大自然的二氧化碳自然的普及到生物质以后，到下游的合成生物技术产品，从现在的基础来说，从生物质开发，从二氧化碳普及到生物质的积累到生物转化的过程，业界研究比较多。围绕二氧化碳为原料的生物转化和合成产品，现在方兴未艾，产品的品线非常丰富，比如二氧化碳到葡萄糖，二氧化碳到淀粉，二氧化碳直接到油脂等，作出了很多有益的尝试。
第三，面对的挑战，一是原料的层次，二是路线，也就是途径的层次。三是从工程的层次怎么样实现，大家做了很好的分享，我相信从这个问题的梳理和解决，能够把问题理清楚，还是有很大的作用。
总之，合成生物学在双碳计划过程中的作用是机遇和挑战并存，由于时间的关系，我们再次以掌声感谢台上9位嘉宾给论坛所作的分享。
谢谢大家，我们的圆桌会议顺利结束。
