在“双碳”目标与生物制造产业升级的双重驱动下，碳源迭代——即以粮食作物、淀粉为原料的第一代碳源逐渐过渡到以非粮生物质为原料的第二代碳源，进而转向以二氧化碳、甲醇等一碳化合物为原料的第三代碳源，成为合成生物学领域的核心命题之一。

2025 年 4 月 21 日，上海肆芃科技有限公司（以下简称“肆芃科技”）宣布和中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工生所”）达成合作，双方将以甲醇为原料开发大宗生物基材料单体产品，突破传统生物制造对粮食碳源的依赖，并推动“一碳生物制造”的工业化落地。

肆芃科技自 2022 年成立至今，一直深耕生物基材料领域，是国际上唯一实现直接利用二氧化碳在细胞体内一步法合成聚乳酸（PLA）的公司；天津工生所则在生物制造领域积累深厚，近年来在甲醇生物炼制方面成果丰硕。

这场产学联姻将如何突破技术壁垒？甲醇路线能否推动生物基材料技术与产业发展？借此机会，生辉联系到肆芃科技的创始人兼董事长陶飞，以及天津工生所的王钰研究员，就此次合作的目标、未来发展规划等方面进行了深入交流。

“肆芃拥有合成生物技术工程化、产业化、商业化等方面的优势；天津工生所拥有高效利用甲醇的微生物底盘及强大的代谢重编程技术；双方合作可以优势互补，实现从细胞铸造到生物智造的全链条贯通。”陶飞告诉生辉。

新底盘助力产业升级

传统的生物制造技术依赖粮食原料作为碳源，存在“与人争粮”的问题。因此学术界与产业界一直致力于开发、迭代以非粮生物质为原料的技术路线。

2023 年 1 月，工信部等六部门印发《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，提出到 2025 年非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟，部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当，高质量、可持续的供给和消费体系初步建立。

随着气候变化和能源转型带来的挑战日益凸显，利用二氧化碳、甲醇等一碳化合物为原料进行生物制造开始受到广泛重视。

从理化性质等方面出发，甲醇是生物制造的理想原料。首先，甲醇是一种可获得性远超粮食的有机一碳化合物——煤炭化工、天然气化工、低劣生物质炼制甚至未来绿电制氢耦合二氧化碳还原都能生产甲醇，其潜在产能几乎不受限制；随着新能源绿电的发展，未来绿色甲醇的可获得程度将更加可观。其次，甲醇的液态特性方便储存和运输，腐蚀性低，且可以与现有的基于液糖的生物制造工艺直接衔接。最后，甲醇的还原度高、能量密度大，生物利用度和价格也具有天然优势。

但在实际应用过程中，如何提高其转化率和流向产物的代谢通量仍是核心挑战。“天津工生所在甲醇利用微生物底盘上的积累，尤其是对高温甲醇利用底盘的改造技术，为我们提供了从 0 到 1 的技术突破的希望。”陶飞表示。

天津工生所开发了一种天然甲基营养细菌，能够在 50℃ 下高效利用甲醇作为唯一碳源和能源快速生长，是甲醇生物转化的理想底盘。

“我们团队最初尝试改造现有工业菌种（如大肠杆菌）以高效利用甲醇，但甲醇利用能力与自然界经过长期进化的天然甲基营养菌仍有差距。随后转向研究能天然高效利用甲醇的微生物，并开发了一系列合成生物学使能技术，通过代谢改造，提升了甲醇的利用效率，为基于甲醇的生物制造提供了新的平台。”王钰说道。他的团队长期专注于低碳原材料的生物转化利用，特别是改造可以利用甲醇的底盘微生物，以甲醇等低碳原料合成生物基材料单体和替代蛋白等大宗产品。

作为下一代工业技术的新底盘之一，能利用甲醇的高温底盘具有不少潜在优势。首先，由于甲醇本身的毒性以及环境中能利用甲醇的杂菌较少，再加上高温培养条件能够抑制杂菌的污染，从而可以减少因控制发酵杂菌污染带来的高额成本；其次，微生物发酵是放热过程，中温发酵时把发酵系统控制在最适生长温度范围内，需要用大量冷却水带走微生物的发酵热，与中温条件(30℃~37℃)相比，高温底盘的最适生长温度较高，可以在高温下发酵（50℃~70℃），从而提高发酵温度和环境温度的温差，显著降低甚至避免冷却水的使用，降低相关成本；此外，高温条件还能够提高生物过程中部分酶的催化活性从而提高生物转化效率，大大缩短发酵时间。

2-3 年内推出生物基单体

自 2022 年成立以来，肆芃科技推进了多项产业化及商业化进程。在上游材料单体生物合成领域，该公司拥有丰富的基因元件库、数十种成熟的工业底盘菌。相关菌株在发酵浓度、转化率及鲁棒性等方面均处于国际领先水平，并基于此完成了多个生物基多元醇产品量产验证。这些产品在聚酯、化妆品、农业、医药等领域均有广泛应用。成立迄今，公司与全球第二大酵母企业安琪酵母集团建立深度合作，完成千吨级多元醇量产产线建设；并与国内知名生物反应器公司百仑生物达成战略合作，共同开发生产光生物反应器。

在下游高分子聚合改性应用开发领域，肆芃科技已完成近百种不同性能的生物基材料开发、自建先进的材料产线并完成ISO 体系认证。当前公司已与国内外多家知名企业达成技术、产品合作并进入其供应链体系。

“此次合作基于各自定位和战略发展方向的天然契合。天津工生所在低碳合成生物学等领域具有深厚的技术储备；肆芃一代碳源的生物基产品正在推进商业化，二代非粮技术也已成熟并处于工程化和产业化阶段，随着对三代技术的布局，双方在目标一致、志同道合的基础上进行合作，旨在共同推进新技术的研发和应用。”陶飞表示。

碳源迭代既关乎经济效益，也涉及产能限制和产业布局。从经济角度看，理想的碳源不仅价格要便宜，而且供给产能不能受限；从政策角度看，要考量不与人类争粮、符合减碳目标等方面。长远来看，利用二氧化碳、甲醇等一碳化合物作为原料，从成本、资源、政策等角度均有助于生物制造的产业升级，实现可持续发展，并为未来制造业摆脱对地理资源禀赋的依赖打下基础。

据悉，王钰团队将负责菌种设计与细胞工厂开发，肆芃科技将提供中试平台进行规模发酵测试，并提供团队辅助优化发酵工艺条件。

“预计在 2-3 年内，肆芃将会实现1-2个生物基单体的技术突破，成本达到可与现有石油基单体相当的技术水平。”陶飞对此信心满满。

这场合作不仅是双方在技术上的合作，更代表着双方推动生物制造从“依赖自然碳循环”迈向“人工碳循环”的决心。甲醇作为连接可再生能源、二氧化碳和生物制造的桥梁，或将成为“一碳经济”时代的核心媒介。正如陶飞所言：“当碳源从玉米变成甲醇，生物制造的产业想象力就会迎来大爆发。

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