加速技术驱动的生物经济

加速以科技驱动的生物经济 洞察报告 2024年6月 目录 前言 3 执行摘要 4 15引言 28生物经济已经到来。 2.12.22.381014技术驱动的生物经济汇聚的技术聚焦于机遇 催化以技术为驱动的生物经济 3 17 3.221服务需求 21生物经济价值链与生态系统 23价值链转型 2324技术转移简化仍是一大难题实验室到规模的转化中的可预测性 3.325通过法规和政策解锁系统 25通过区域视角的生物经济 26简化法规和政策 29股权与可及性 结论 31 32附录 贡献者 34 免责声明 该文件由世界经济论坛发布，作为项目、洞察领域或互动的贡献。文中所述的发现、解释和结论是经过世界经济论坛促进和认可的合作过程的结果，但其结果并不必然代表世界经济论坛的观点，也不代表其所有成员、合作伙伴或其他利益相关者的整体观点。 © 2024 世界经济论坛。版权所有。本出版物任何部分不得以任何形式或通过任何手段进行复制或传播，包括影印和录音，或通过任何信息存储和检索系统。 前言 埃斯特·巴伊格特，Novonesis 总裁兼首席执行官 经济的重要部分正在由物理、数字和生物世界的融合所转变，这一过程由新技术浪潮加速。受生成生物学驱动，这些创新的影响远远超出了单一产业或应用领域：医疗保健、清洁水、能源、化学品、农业和消费品代表了生物学将越来越多地产生商业影响的领域。全球经济的物理投入中，原则上高达60%可以通过生物学生产。1技术驱动的生物经济有望提升人类健康和繁荣，并恢复生态平衡。 基于的产品和服务在更广泛的商业市场中具有显著的增长空间。换句话说，在生物基解决方案充分发挥其全部潜力之前，还有许多领域需要拓展。 尽管过去许多努力和联盟都将阻碍生物基进展的问题作为焦点，但生物经济从未像现在这样被定位：作为一个关键且越来越有能力的推动者，推动一个将人民和地球放在首位的未来。鉴于今天的人道主义和地球挑战，采取行动并利用这一机会的紧迫性日益增强。 由于我们遗传代码的可编程特性，生物解决方案在这些领域提供了独特的定制机会（例如，为个体患者基因优化的癌症治疗），以及产生从未见过的性能和特性的产品。如今市场上已经有一系列生物解决方案，提供了救命的治疗和推动交通、农业和食品、制造业及其他领域的脱碳。鉴于其对人类和地球带来更好成果的巨大潜力，现在是释放生物解决方案真正力量的时刻。随着使能技术的持续进步和基因生成生物学范围的拓展，加速技术驱动型生物经济并最大化其商业影响的大幕已经拉开。 然而，这样的巨大变革不会立即实现。生物经济必须在经济所有方面不断增加，为目前的化石燃料依赖提供商业上可行和可持续的替代方案。此外，挑战在于，大型银行为化石燃料行业在2023年提供了超过0.7万亿美元的融资。4有意义的变化需要政治改革与基础设施投资的结合来引发这种转变。 世界经济论坛生物经济倡议和凯捷咨询公司正在发起一个全球联盟，将政府、学术界、行业领导者和公民社会组织团结在一起，共同追求一个目标：推进规模化的生物经济，以提高健康、繁荣和生态平衡。该倡议建立在三个核心目标之上：通过增加需求提高采纳率、提高意识以促进变革以及负责任地过渡到基于生物的解决方案。 生物经济已经到来。数十年来，各种规模化的生物解决方案已经商业部署。更具体地说，美国更广泛的生物经济在2022年估计规模约为1万亿美元。到本世纪末，合成生物学预计将广泛贡献于近30万亿美元的全球制造业产值，占全球产出的三分之一。2影响将是普遍的，最近的预测表明，每一个生物 随着企业、政府和全社会在该快速发展的领域积极动员，生物经济倡议产生的见解为生物技术创新的公平进步、采用和监管提供了宝贵的指导。领导者、创新者和政策制定者被邀请塑造一个由生物经济驱动的未来，这个未来以人类健康和地球为先，同时确保它们得到几代人的保护。 基工作岗位支持其他经济部门增加1.4个额外工作岗位。3 尽管取得了进展和潜力，成功规模化解决方案仍然是例外，生物—— 高管总结 世界比以往任何时候都更有条件加速全球向生物经济的转型。数字技术的进步扩大了生物学能够产生影响的领域，因为生成生物学正准备颠覆多个行业。捕获越来越多的碳、治疗以前无法治愈的疾病、提供清洁的水、可持续地养活不断增长的人口、修复环境损害和减少碳排放只是生物创新的一些领域。以技术为动力的生物经济已经到来，它将通过基础技术的融合，实现越来越有影响力的生物解决方案，从而应对人类面临的许多最大挑战。 商业和市场因素也构成了挑战，因为策略和模式无法捕捉生物基解决方案中固有的独特价值。在某些地区，监管的不确定性构成了另一个重要的障碍：许多监管实践未能跟上快速发展的技术，以支持高效的商业化。因此，突破性的技术往往局限于实验室，无法在最需要的地方产生创新成果。 技术驱动的生物经济时代已经到来，它通过底层技术的融合，有望解决人类面临的多重重大挑战，并实现日益显著的影响性生物解决方案。 鉴于技术赋能的生物经济体的潜在影响范围，一个关键问题仍然存在：如何克服这些挑战以加速向商业生物经济的过渡？ 为了催化行动，世界经济论坛的第四次工业革命中心已启动了一个以公私合作为基础的全球联盟。该联盟通过重点关注增加采用率、提高意识并推动负责任的转型，旨在通过建立一个全球性的、多年的倡议，推动生物经济进入商业主流。政府、企业、学术界、研究机构和民间社会的领导者们共同努力，向着这样一个未来努力：优先考虑地球及其居民将导致生物工程作为关键商业技术的日益增长的应用。本报告提出了他们对技术驱动型生物经济的共同观点，突出了具有影响力的例子，并探讨了基于区域背景和优先事项，大规模采用将如何发挥不同的作用。 生物经济提供了一个独特的机遇，在这里，物理、数字和生物世界相汇合。结合不断演变的能力，包括阅读、编写、编辑以及不断功能化的脱氧核糖核酸（DNA），技术赋能的生物经济承诺将带来日常生活的基础改进。考虑到利用生物技术对商业价值链进行全面改革的巨大人类和地球潜力，为何市场没有经历向生物基方法的整体转变？尽管投入了数十年的巨额资金、技术进步和巨大的市场预测，但全球向生物经济转型的步伐尚未进入商业主流。 在实现这样的未来之前，必须克服重大障碍。挑战领域从历史上公众的负面认知到根植于技术成本效益扩展的障碍不等。由于许多基于生物的解决方案尚未实现与传统替代品的价格平价，其采用和随后的需求都面临着持续且有时难以克服的挑战。 引言 为什么加速生物基转型至关重要 此外，由于遗传密码的可编程特性，生物解决方案提供了个性化的机会——例如，针对个体患者进行基因优化的癌症治疗——以及生成具有前所未见特性的全新产品。 许多人都不知道，生物经济正成为日常生活的基础部分（图1），具有在地球资源范围内创造繁荣经济的巨大潜力。基于生物的解决方案（或生物解决方案）为常见商品和材料提供了可持续的途径。据报道，生物解决方案可以减少水的使用量、能源消耗和有害化学物质的用量，同时降低对化石原料的依赖。 虽然这听起来像是未来之事，生物解决方案已经产生了显著的影响，并为一个完全实现生物经济的时代奠定了基础。例如，公司已经在设计）和废物 考虑到他们的2600亿美元市值，这为技术驱动的生物经济提供了数十亿美元的增值价值。8随着更多行业和公司挖掘生物解决方案的潜在价值，以技术驱动的生物经济预计将为一系列产品提供创新和可持续的商业替代方案。 生物学将二氧化碳（CO₂）转换为... 将材料转化为有价值的产品，创造新的疫苗，减少环境中的有害化学物质，以及更多更多。 由于生物基解决方案是“可编程”的，它们正在开启前所未有的、独特且可定制的功能大门。与现有产品和工艺相比，技术驱动的生物经济提供了越来越可行的替代方案，这些方案在地球界限内运作，同时提供改进的性能。现在，多个促进因素正在汇聚，以推进技术驱动的生物经济，预示着一个充满希望的未来，以及快速扩大的可能性，以影响准备就绪的创新行业。 生物解决方案作为可行的商业替代品逐渐获得认可，预计在生成生物学的推动下，更广泛的生物经济创新将经历一次影响上的跃升。5例如，透明质酸（HA）作为一种价值100亿美元的个人护理成分，最初来源于动物组织，如今已通过商业发酵生产；此外，围绕新型HA的创新正在提高产品功能。据报道，HA生物工艺的最新突破实现了环境影响降低91%。6 但由于时间线漫长和成本高昂，以技术驱动的生物经济目前只占据商业活动的一小部分。为了在规模上释放其潜力并加快向更加定制化和气候中性的经济转型，基于生物的替代品必须以越来越快的速度进入主流市场。 个人护理与美容行业正在亲身体验生物基产品的价值；例如，欧莱雅计划到2030年，其95%的原料将来自生物基来源，这些原料来源于丰富的矿物或循环过程。7 现在正是时候 当不同的学科结合先进能力和新的思维方式时，会产生强大的协同效应，提供新的视角和创新（见图2）。技术驱动的生物经济得益于最近在颠覆性技术融合和进步方面的突破。这些进步通过增加对定义商业结果的生物变量的预测能力，转化为更高效的规模扩大。技术融合是第四次（及之前）工业革命的关键特征，生物经济提供了一个独特的机遇，在这里，物理、数字和生物世界交汇。9 这种数字和物理领域的融合正在改变广泛应用的整个价值链（图2）。例如，数据分析与人工智能正在缩短设计和测试的时间表，以提供成本和时间更低的解决方案。增强的预测能力、数字孪生以及先进的监控和控制将简化商业决策和工程放大。这些和其他进步将支持在气候变化和地缘政治日益加剧的不确定性面前，构建具有弹性的供应链。 除技术进步之外，生物经济正进入政府战略的页面，并且因其对各国经济和人民福祉的积极影响而受到认可。它也得到了大量的资金支持——美国总统乔·拜登签署了一项行政命令以加速生物经济的发展（20亿美元投资），12而中国已知在2008-2020年期间投资了38亿美元。13 阅读、编写、编辑和功能化DNA的能力急剧加速，而与这些技术相关的成本持续下降。10同时，数字技术各因素的变化——例如生成式人工智能（GenAI）算法的进步、计算能力的扩展以及训练数据的爆炸性增长——正从根本上改变生物工程实践的速度和成本。由于DNA和蛋白质（氨基酸）序列是线性的，就像文本一样，基础的大型语言模型（LLMs，因其广泛应用于文本而广为人知）现在正被应用于高效地识别蛋白质和基因组序列以及相应功能数据的广阔领域中。事实上，应用于生物学的LLMs专利增长速度超过了整个生物技术专利的增长速度。11 风险投资也吸引了显著的关注，自2019年以来早期风险投资的增幅达到10倍，2023年早期公司的风险投资总额超过60亿美元，而总风险投资额为120亿美元。14 一个最终因素是可持续性的必要性。净零转型的核心支柱通常被视为电气化和可再生能源，但日常实物商品也适合脱碳。生物解决方案可以在这个领域发挥关键作用。 集中行动 生态系统中各因素之间的协同作用和重大技术进步创造了基于生物学的经济转型的完美条件。尽管潜力巨大，但严峻的挑战阻止了生物经济进入商业主流。关于商业准备情况、全球采用情况的不确定性，对负责任使用和部署的期望之重，以及公众认知的复杂历史构成了一些更为重要的障碍。尽管这些挑战并非新颖或仅属于生物经济领域，但最近的数字进步正在提供新的乐观情绪和更加强大的工具集来应对这些挑战。 然而，没有单一解决方案可以明确推动生物解决方案进入商业主流——这需要在多个方面共同努力。通过多利益相关方的方法，论坛寻求实现三个互补目标的协同效应：提高高级决策者和公众的认识，推动采用并满足后续需求，以及促进对基于生物产品的负责任的转型。为了有效地设计能够释放生物经济全部潜力的催化行动，对生物经济当前状况的全面理解是有益的。 人工智能技术的演变 生物经济已经到来。 全球生物经济需要利益相关者的协同合作以充分利用增长的基础。 根据具体地区和更广泛的背景，不同的利益相关者对生物经济的理解各不相同。在本报告中，生物经济被定义为：“从生物资源或生物转化产生