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麥肯錫全球研究所的研究發(fā)現(xiàn)［當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)中多達(dá) 60% 的物質(zhì)投入要么是生物材料（木材或飼養(yǎng)動物），要么原則上是可以使用生物手段生產(chǎn)或替代的非生物材料（水泥或塑料）］。

在接下來的10～20 年中，在材料、化學(xué)品和能源生產(chǎn)中利用生物學(xué)的進(jìn)步可能會使全球市場增長2000億～3000億美元。隨著生物創(chuàng)新正在滿足下游需求，化學(xué)和材料領(lǐng)域的新一輪生物材料變革正在展開。

從傳統(tǒng)的木制房屋到羊毛服裝，生物材料長期以來一直是我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。近二十年生物技術(shù)的進(jìn)步為我們帶來了基于糖衍生的第一代生物燃料和高性能的工業(yè)酶。近幾年，我們也看到了使用基因工程微生物代替石化產(chǎn)品制成的尼龍、生物皮革和細(xì)菌水泥的出現(xiàn)。

計(jì)算機(jī)、自動化和人工智能 (AI) 領(lǐng)域的加速創(chuàng)新推動了生物科學(xué)的進(jìn)步，從而引發(fā)了被稱為「生物革命」的新一輪創(chuàng)新浪潮。麥肯錫全球研究所的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)中多達(dá) 60% 的物質(zhì)投入要么是生物材料（木材或飼養(yǎng)動物），要么是原則上可以使用生物手段生產(chǎn)或替代的非生物材料（水泥或塑料）。在接下來的 10 到 20 年中，在材料、化學(xué)品和能源生產(chǎn)中利用生物學(xué)的進(jìn)步可能會使全球市場增長 2000 億到 3000 億美元。

那么是什么將推動這種巨額的增長？從過去歷史中看，生物基材料大規(guī)模應(yīng)用的原因在于其擁有獨(dú)特性能，或者具有成本優(yōu)勢。不過原有的成本優(yōu)勢很難與高度發(fā)達(dá)的大規(guī)?，F(xiàn)代技術(shù)相比。但是，由于企業(yè)對可持續(xù)性發(fā)展的承諾不斷加快，以及生物材料幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的能力亦在增強(qiáng)，形勢正在發(fā)生變化。隨著生物創(chuàng)新正在滿足下游需求，化學(xué)和材料領(lǐng)域的新一輪生物材料變革正在展開。

1.生物材料的三輪創(chuàng)新浪潮

第一輪生物材料的浪潮在石油時代之前跨越了數(shù)千年。來自植物或動物的生物基材料成為與社會發(fā)展聯(lián)系最緊密的部分之一，并且今天仍然以木材、紙張、皮革、紡織品和許多其他用于粘合劑、肥皂、顏料和其他物質(zhì)的衍生物的形式高度滲透到我們的社會發(fā)展之中。

第二輪生物材料的浪潮是由上世紀(jì) 80 年代包括 DNA 重組技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)生物技術(shù)催化。這些發(fā)展催生了現(xiàn)代的酶工程行業(yè)，也催生了從洗衣粉到動物飼料等產(chǎn)品的巨大進(jìn)步。

當(dāng)生物技術(shù)的進(jìn)步、化石基化學(xué)原料（石油、天然氣）的高價和 2000 年代中期互聯(lián)網(wǎng)時代的蓬勃發(fā)展相交織時，第二輪生物材料的浪潮達(dá)到了頂峰，推動了以商業(yè)生物燃料和生物材料為重點(diǎn)的清潔技術(shù)發(fā)展以及生物技術(shù)投資的熱潮。然而，化石基化學(xué)原料的高位價格很快恢復(fù)正常水平，而生物材料方面的價格上漲以及玉米和糖等可再生原料的高波動性進(jìn)一步削弱了任何生物材料潛在的成本優(yōu)勢。隨著隨后水力壓裂開采技術(shù)和電動汽車的興起，化石基化學(xué)原料價格的持續(xù)上漲似乎越來越不現(xiàn)實(shí)。

石化生產(chǎn)路線的成本優(yōu)勢吸引力迅速下降，所以生物材料領(lǐng)域的許多公司開始轉(zhuǎn)向生物基生產(chǎn)獨(dú)特的化學(xué)物質(zhì)。盡管第二次浪潮以一些令人失望的結(jié)果告終，但它在給生物材料在［技術(shù)-經(jīng)濟(jì)］發(fā)展上重要教訓(xùn)的同時，也展示了生物技術(shù)的巨大潛力。

今天，生物材料領(lǐng)域繼續(xù)上演第三輪變革，在 DNA 測序、基因編輯、人工智能和其他最終有利于生物材料發(fā)展的技術(shù)方面都在取得快速進(jìn)展。然而，這一次真正不同的是，可持續(xù)性的需求正在改變化學(xué)品和材料競爭的基礎(chǔ)。

人們從第二輪生物材料浪潮中得出的一個結(jié)論是，［綠色溢價］（綠色技術(shù)收取更高價格的能力）并不可靠：即使它們存在，其市場份額也遠(yuǎn)低于預(yù)期。然而，最近來自三個不同群體—消費(fèi)者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和投資者的推動導(dǎo)致企業(yè)采取了重大行動，這表明可能確實(shí)存在一個可持續(xù)化學(xué)品和材料的可觀且正在快速增長的市場。

首先，消費(fèi)者對「綠色產(chǎn)品」的需求正在上升。麥肯錫最近對十個國家進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，消費(fèi)者認(rèn)為可持續(xù)性越來越重要，來自于不同國家的絕大多數(shù)消費(fèi)者表示愿意為可持續(xù)包裝支付更多費(fèi)用—例如，中國（86% 的消費(fèi)者是愿意為可持續(xù)包裝支付“很多”或“更多”）、美國（68%）和巴西（66%）。

與此同時，監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在通過政府法律和國際協(xié)議等舉措推動可持續(xù)發(fā)展。兩個關(guān)鍵的監(jiān)管目標(biāo)是減少二氧化碳排放和不可生物降解塑料的環(huán)境泄漏。兩者都可以通過生物材料來解決。

最后，隨著環(huán)境、社會和治理（ESG）基金管理的資產(chǎn)越來越多，投資者對企業(yè)也施加了更大的壓力，比如要求企業(yè)通過脫碳來降低轉(zhuǎn)型風(fēng)險，并確保他們能夠抓住經(jīng)濟(jì)其他部分脫碳所產(chǎn)生的增長機(jī)遇。

在這三個群體以及企業(yè)自身的推動下，許多公司正在承諾減少其對環(huán)境的影響。例如，大多數(shù)頂級汽車制造商和領(lǐng)先的快消品制造商已經(jīng)承諾大幅減少溫室氣體（GHG）排放。這些目標(biāo)及其對采購決策和制造方式的影響，正在改變具有可持續(xù)性價值主張的產(chǎn)品市場的游戲規(guī)則。

2.企業(yè)的氣候承諾正在迅速加快

公司正在做出多種類型的可持續(xù)性承諾。大多數(shù)承諾與化學(xué)和材料公司有關(guān)，如材料總量優(yōu)化（包裝材料的減少），材料采購的可持續(xù)性（使用可回收或可再生的生物材料），以及生命周期的可持續(xù)性（材料是否最終成為可回收、可堆肥或可生物降解的材料）。

然而，最廣泛的承諾與減少溫室氣體足跡有關(guān)。麥肯錫檢查了化學(xué)品和材料的五個終端市場，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)領(lǐng)先的公司 (74%) 已經(jīng)就［范圍1］和［范圍2］的排放做出了承諾。近 50% 的企業(yè)承諾減少［范圍3］溫室氣體排放，包括與原料和原料上游生產(chǎn)相關(guān)的排放。［范圍3］的大部分承諾計(jì)劃在 2030 年兌現(xiàn)。（下文對［范圍1-3］有對應(yīng)的介紹）

還有一個總體趨勢是承諾到 2040 年至 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排放，而且這一趨勢正在加速（圖 2）。事實(shí)上，承諾［范圍3］削減的公司數(shù)量從 2016 年到 2021 年以 34% 的復(fù)合年增長率增長，比 2006 年到 2015 年的平均 14% 顯著增加。與［范圍3］承諾相關(guān)的企業(yè)營收份額也從 2016 年的 0.5 萬億美元增長到 2021 年的 2.6 萬億美元。

減少［范圍 3］溫室氣體排放的承諾正在加速進(jìn)行

◆ 什么是［范圍 3（Scope 3）］排放？

最廣泛使用的國際排放核算工具《溫室氣體議定書（Greenhouse Gas Protocol）》將溫室氣體 (GHG) 排放分為三組或“范圍”。

［范圍1］涵蓋自有或受控來源的直接排放，包括燃料和車輛燃燒的排放。

［范圍2］涵蓋購買的電力、蒸汽、加熱和冷卻產(chǎn)生的間接排放。

［范圍3］ 排放不由公司直接擁有，但涵蓋了公司價值鏈中發(fā)生的所有其他間接排放。這包括上游排放（商品和服務(wù)采購、運(yùn)輸和配送、商務(wù)旅行、員工通勤和運(yùn)營中產(chǎn)生的廢物）和下游排放（所售產(chǎn)品的使用、所售產(chǎn)品的報廢處理、運(yùn)輸和分銷、投資、租賃資產(chǎn)和特許經(jīng)營權(quán)）。

［范圍3］排放也稱為［溫室氣體協(xié)議企業(yè)價值鏈（ GHG Protocol Corporate Value Chain）］，因?yàn)樵搮f(xié)議對溫室氣體排放采取價值鏈或生命周期方法。

針對［范圍3］做出的承諾正在對化學(xué)品和材料行業(yè)約 5 萬億美元的支出產(chǎn)生影響（圖 3）。以汽車行業(yè)為例。自 2019 年以來，前 20 名汽車原始設(shè)備制造商（OEM）的終端市場收入的 50% 與［范圍3］減排承諾相關(guān)。這意味著彈性體、纖維、熱塑性塑料和泡沫等化學(xué)品的使用將「可持續(xù)性」考量的影響，而這些化學(xué)品為化工行業(yè)帶來了約 1100 億美元的收入。

大約有 5000 億美元的化學(xué)品和材料支出正在受到［可持續(xù)性］考量的影響

終端市場對減少「范圍 3 」排放的承諾比例約為 30% 至 35%，但公司之間差異很大（中位數(shù)減排約 30%，范圍在 20% 至 100%之間波動）。在多個行業(yè)的前 20 家公司中，做出此類承諾的公司數(shù)量最少的是包裝行業(yè)的 6 家，而數(shù)量最多的公司是快消品 (FMCG) 行業(yè)的 16 家。服裝、電子（各 8 家）和汽車（9 家）的前20名參與者中，承諾［范圍3］的比例都接近 50%。

快消品公司相對較多可能反映了這樣一個事實(shí)：即面向消費(fèi)者的公司更了解客戶對可持續(xù)選擇的需求，因此公司對此方面也更加敏感。承諾減少排放亦是此類公司引領(lǐng)各自市場并使自己與競爭對手區(qū)分開來的機(jī)會。

3.如何將生物材料推向市場

在提高供應(yīng)鏈和產(chǎn)品的可持續(xù)性方面，生物材料是企業(yè)可以利用的多種杠桿之一。關(guān)鍵問題是生物材料生產(chǎn)商如何在其他選擇中突出其產(chǎn)品的優(yōu)勢，并為其產(chǎn)品制定明確的角色。總體來說，第一步需要了解從可持續(xù)性創(chuàng)造價值的不同產(chǎn)品的細(xì)節(jié)和差異有更清晰的了解，其次是確定三種不同生物材料類型的最佳應(yīng)用場景。

◆ 生物材料的可持續(xù)性需要考慮多種因素

盡管生物材料比以往任何時候都更能提供可持續(xù)發(fā)展的好處，包括減少碳足跡、提高材料的生物降解性或可回收性，以及在某些應(yīng)用中的卓越性能。但要確保生物材料真正對可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，有幾個關(guān)鍵的因素需要考慮清楚。

例如，生物材料的可持續(xù)性特征可能因不同的情形而有較大的變化，如原料選擇（例如，玉米、精制糖或者使用廢物代替食用淀粉來生產(chǎn)生物燃料）、農(nóng)業(yè)實(shí)踐（例如，土壤碳含量、肥料施用率和土地管理效率）和土地利用政策（例如，是否為了生產(chǎn)某種原料而大規(guī)模砍伐森林）。也就是說，通過適當(dāng)?shù)目紤]和預(yù)防措施，生物材料生產(chǎn)商需要在滿足客戶、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、投資者和消費(fèi)者等需求的過程中最大地減少適得其反的副作用。

◆ 生物材料產(chǎn)品類型決定終端市場和應(yīng)用場景

并非所有生物材料都是平等創(chuàng)造的。除了簡單地降低成本和對環(huán)境的影響之外，生物材料公司還必須了解其產(chǎn)品的技術(shù)差異化以及銷售的價值鏈。這些因素的相對重要性在三種生物材料產(chǎn)品類型中各不相同，具有不同終端市場的不同應(yīng)用場景，見下圖。

三種生物材料產(chǎn)品類型分別面向的最佳終端市場

◆Drop-ins 生物等換品：

這種生物基生產(chǎn)路線用于制造傳統(tǒng)上源自石化原料的產(chǎn)品，例如生物基聚乙烯。

「Drop-ins」是指在不改變工業(yè)操作的情況下，基本上可以等換現(xiàn)有產(chǎn)品中的化學(xué)品。

對于生物基等換化學(xué)品，與傳統(tǒng)石化路線相比，生命周期碳排放量減少 50%（或更多）是可能的，但這將根據(jù)生物基和石化路線的具體情況而有所不同。對于希望減少「范圍 3」 足跡的公司來說，這代表了一個重要的價值主張。成功采用 Drop-ins 的公司可以開發(fā)高效、具有成本競爭力（盡管不一定成本較低）的流程，并可以針對對綠色材料感興趣的特定客戶群。

Braskem給出的數(shù)據(jù)，每生產(chǎn)一噸生物基PE可從大氣捕捉2.5噸二氧化碳

◆ Bio-replacements 生物替代品：

對于這種產(chǎn)品類型，生物基化學(xué)品用于制造一種新材料，該材料在技術(shù)性能和成本等方面上與同類型石化產(chǎn)品基本一致，但顯著改善了環(huán)境影響，例如生物發(fā)酵來源的新型表面活性劑（用于洗滌劑）。

但這些也許是最難成功的產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈兛赡苄枰谡麄€價值鏈中進(jìn)行復(fù)雜的改變，同時并不會提供技術(shù)上的差異化。該方面的成功需要敏銳地瞄準(zhǔn)監(jiān)管水平和測試障礙均較低的應(yīng)用場景，并建立一個強(qiáng)大的面向消費(fèi)者的市場策略。

◆ Bio-better 生物更優(yōu)品：

獨(dú)特的生化合成路線可以產(chǎn)生全新的材料特性，例如生物技術(shù)衍生的光學(xué)薄膜。在這種情況下，技術(shù)優(yōu)勢是接納產(chǎn)品的主要驅(qū)動力，還有提升環(huán)境形象的額外好處。傳統(tǒng)的特種化學(xué)品成功商業(yè)化的游戲規(guī)則基本上適用于這些產(chǎn)品。

此外，可持續(xù)性也提出了的許多新問題均需要通過創(chuàng)新來解決，這也是「Bio-better」可以著力的點(diǎn)，例如，不僅可以減少汽車中的碳排放且同時提供新的高性能的生物基化學(xué)品，或者通過新型可剝離粘合劑材料進(jìn)一步提高車輛的可回收性，或者開發(fā)新型生物材料增加散熱來提升電池壽命并實(shí)現(xiàn)快速充電等。

4.生物材料想要成功需要什么

麥肯錫認(rèn)為，堅(jiān)持以下四項(xiàng)原則對于生物材料玩家在第三輪變革中獲得領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要：

◆ 在成本和性能的基本面上表現(xiàn)出色，并與傳統(tǒng)的化工企業(yè)合作獲得更大的優(yōu)勢

麥肯錫認(rèn)為，對于圍繞新技術(shù)和制造過程出現(xiàn)的生物材料公司而言，產(chǎn)品形式的制定和商業(yè)化挑戰(zhàn)往往與對生物的理解沒有什么關(guān)系。然而，擁有傳統(tǒng)石化產(chǎn)品的老牌化工公司通常具有很強(qiáng)的商業(yè)應(yīng)用能力和產(chǎn)品定制能力，并與主要客戶建立了密切聯(lián)系。將更環(huán)保（和新穎）的化學(xué)品與現(xiàn)有市場玩家的產(chǎn)品開發(fā)和市場準(zhǔn)入專業(yè)知識相結(jié)合，可以產(chǎn)生更好的協(xié)同作用。

◆ 面向客戶，滿足細(xì)微需求的同時并應(yīng)對不斷變化的可持續(xù)性疑慮

盡管溫室氣體排放目標(biāo)是一個方向性指標(biāo)，但在這些目標(biāo)內(nèi)部和外部存在細(xì)微差別。例如，公司如何定義「范圍 3」的 邊界將會影響生物材料的相對可持續(xù)性優(yōu)勢。生物材料參與者必須認(rèn)識到，隨著企業(yè)承諾隨著時間的推移而增加，其他通往更可持續(xù)材料的途徑也將隨之增加。

簡而言之，標(biāo)準(zhǔn)在上升，競爭在加劇。畢竟，其他材料也可以減少溫室氣體排放。為了保持優(yōu)勢，生物材料參與者應(yīng)利用生物技術(shù)發(fā)展的最新工具，并繼續(xù)優(yōu)先考慮工藝創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)各種 ESG 目標(biāo)和可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)。

◆ 通過「商業(yè)模式」和「需求承諾」降低投資風(fēng)險

生物材料商業(yè)化中最常見的挑戰(zhàn)之一是為昂貴的資本項(xiàng)目融資，就像在石化領(lǐng)域一樣，這些項(xiàng)目可能耗資數(shù)億美元。鑒于首批工廠的投資風(fēng)險更高，所以許多有前途的生物材料技術(shù)最終只存在于試驗(yàn)規(guī)模。

消費(fèi)品牌與生物材料公司之間的公開采購協(xié)議在工廠建成之前變得越來越普遍，這是降低不確定性和投資風(fēng)險的一種簡單方法。因此，通過提前確定大部分計(jì)劃數(shù)量的承購，生物材料領(lǐng)域的玩家會使得商業(yè)模式更有吸引力。

◆ 向利益相關(guān)者提供關(guān)于可持續(xù)性屬性的清晰度和透明度

圍繞產(chǎn)品中的化學(xué)品和材料，公司和消費(fèi)者會遇到各種各樣的標(biāo)簽和品牌。「生物材料」一詞本身可能令人困惑，有時是指生物來源的材料，有時是指可生物降解的化石衍生產(chǎn)品。提高整個化學(xué)品和材料行業(yè)在標(biāo)簽方面的一致性和協(xié)調(diào)性，有助于將對話從定義轉(zhuǎn)向優(yōu)點(diǎn)和指標(biāo)，使生物材料能夠在一個更清晰的競爭環(huán)境中競爭。