生物基丙烯酸

01概述与价值链

标记：[EC：REACH chemical registration (EC 1907/2006) | OECD：Industrial biotechnology | 监管机构：REACH（欧盟）、EPA（美国）]

丙烯酸是一种C3不饱和羧酸，全球每年以数百万吨规模生产，几乎全部来自化石丙烯经两步催化氧化（经丙烯醛）制得，下游用于卫生用品的高吸水性聚合物、涂料与涂层的聚合物分散液，以及胶粘剂、纺织品和压敏薄膜的丙烯酸酯单体。两条相互竞争的可再生路线目前正并行商业化。Arkema于2024年10月在其法国Carling的丙烯酸单体装置上线了完全以生物乙醇生产的生物基丙烯酸乙酯，达到40%的生物碳含量和最高30%的产品碳足迹降低；BASF于2024年8月将其整个丙烯酸乙酯产品组合切换为生物基规格，随后于2026年与Avery Dennison合作推出可再生 attributed 的丙烯酸丁酯和2-乙基己基丙烯酸酯。另一条价值链则瞄准分子本身而非其酯：Cargill长期推进的3-羟基丙酸（3-HPA）平台在2026年1月的Nature Communications论文中取得进展，通过β-丙氨酸途径改造耐酸酵母Issatchenkia orientalis SD108，整合多达八拷贝PAND基因，将发酵生产的3-HPA经催化脱水转化为丙烯酸；Genomatica于2026年3月发表在Microbial Cell Factories的论文确立了Saccharomyces cerevisiae作为直接丙烯酸发酵宿主的地位，识别出β-丙氨酸途径为最有前景的路线，并在ACH1敲除工作后将批量摇瓶实验中的AA滴度提高到约30 mg/L。截至2026年，尚无中国生物基丙烯酸商业化生产商获得来源确认。

生物基丙烯酸的关键方向包括：

1. 3-羟基丙酸发酵路线（3-Hydroxypropionic Acid Fermentation）： 通过工程化耐酸酵母微生物生产AA的直接前体3-HPA，随后经催化脱水得到丙烯酸——Cargill的I. orientalis SD108 β-丙氨酸途径平台。
2. 直接丙烯酸发酵（Direct Acrylic Acid Fermentation）： 改造酵母使其直接分泌丙烯酸本身而非前体，绕过化学脱水步骤——Genomatica的S. cerevisiae宿主，通过ACH1敲除提供耐受性机制。
3. 生物乙醇衍生丙烯酸酯（Bioethanol-to-Acrylate Route）： 以生物乙醇替代化石丙烯作为传统丙烯醛氧化路线的上游原料，生产可"直接替代"（drop-in）的生物基丙烯酸酯——Arkema（Carling）和BASF（路德维希港/弗里波特）。
4. 中试到商业化规模化（Bio-Acrylic Acid Scale-Up）： 将发酵法AA路线从每升毫克级的实验室滴度推向替代丙烯衍生丙烯酸所需的产量和经济性——Cargill和Genomatica项目共同面临的瓶颈。

行业价值链

[糖/生物乙醇/甘油原料] ──> [微生物发酵或生物乙醇制丙烯醛转化]
                                  │
                       （中间体：3-HPA、乙醛、丙烯醛）
                                  │
                                  ▼
[生物基丙烯酸酯] <─── [酯化] <─── [催化脱水制丙烯酸]
                                  │
                                  ▼
                      [高吸水性聚合物、涂料、胶粘剂]

价值链层级

该行业的跨领域技术：

• β-丙氨酸生物合成途径（3-Hydroxypropionic Acid Fermentation）： 被识别为3-HPA和直接AA生产均最优的代谢路线，通过PAND（天冬氨酸脱羧酶）、BAPAT和YDFG将天冬氨酸转化为目标C3酸。
• 耐酸酵母宿主工程（Direct Acrylic Acid Fermentation）： 使用低pH耐受酵母（I. orientalis SD108、ACH1敲除的S. cerevisiae）使产物以酸形式积累，而非中和盐形式。
• 生物乙醇-制-丙烯酸酯直接替代化学（Bioethanol-to-Acrylate Route）： 将生物乙醇原料集成到传统丙烯醛氧化工艺中，生产分子结构相同、可直接替代的生物基丙烯酸酯。

02美国

美国同时托管了瞄准丙烯酸分子本身的前体发酵和直接发酵研究项目，分别位于明尼苏达州和加利福尼亚州。

Cargill 3-HPA平台、Genomatica直接发酵、EPA

• Cargill（明尼苏达州明尼通卡）： 推进其长期发展的3-羟基丙酸平台，其2026年1月的Nature Communications论文通过β-丙氨酸途径改造了耐酸酵母Issatchenkia orientalis SD108，平衡PAND（天冬氨酸脱羧酶，最多整合八拷贝）、丙酮酸羧化酶（PYC）和天冬氨酸转氨酶（AAT），将碳流向低pH条件下的3-HPA推进；3-HPA是可脱水生成丙烯酸的直接前体，使Cargill成为前体路线价值链的美国锚定者。
• Genomatica（加利福尼亚州圣迭戈）： 在2026年3月的Microbial Cell Factories论文中确立了Saccharomyces cerevisiae作为直接AA发酵宿主，识别出β-丙氨酸途径为最有前景的路线，将AA耐受性线粒体基因ACH1和ETR1相关联，并在ACH1敲除工作（降低了AA降解）后于批量摇瓶实验中达到约30 mg/L AA——这是可再生AA生产的早期基础平台。
• EPA框架： 在美国生产或投放市场的生物基丙烯酸及其酯受标准EPA工业化学品（TSCA）审查管辖，在涉及生物乙醇衍生原料时还需遵循可再生燃料相关的原料核算；市场上已有的商业化丙烯酸酯（Arkema/BASF生物基EA）通过常规TSCA化学品名录渠道处理。

03中国

截至2026年，尚无中国公司作为专门的生物基丙烯酸商业化生产商获得来源确认；所查询的两家主要中国候选企业（吉林博达生化，一家生物基化学品公司，以及浙江瑞晟化工）仅返回了通用的生物基ABS市场报告和不相关的供应商列表——未确认任何公司特定的生物基丙烯酸或生物基丙烯酸酯产品覆盖。

研究空白、NDRC/MIIT石化政策

• 研究空白： 这一时期中国工业生物技术报道侧重于发酵法长链二元酸、乳酸和生物基聚酰胺（凯赛生物的Taijin戊二胺项目），而非专门的生物基丙烯酸生产商；传统丙烯氧化法生产丙烯酸仍是已确认的国内路线。
• 监管路径： 如果生物基丙烯酸或丙烯酸酯产品进入中国市场，工业化学品注册将通过标准的MIIT/NDRC石化行业渠道进行，而非专门的生物技术路径，与更广泛的石化集群保持一致。

04欧盟

欧洲是唯一实现工业规模商业化生物基丙烯酸酯生产的地区，锚定于法国和德国，drop-in生物乙醇制丙烯酸乙酯已在两家大型化学品基地替代其化石对应物。

Arkema、BASF、REACH

• Arkema（法国科隆布；生产位于Carling）： 于2024年10月在其Carling丙烯酸单体装置上线了完全由生物乙醇生产的生物基丙烯酸乙酯，达到40%生物碳含量（BCC），并根据IPCC 2021 GWP100假设实现最高30%的产品碳足迹（PCF）降低；该上线建立在2023年一项旨在将Carling基地Scope 1和Scope 2排放削减约20%的投资基础之上。
• BASF（德国路德维希港）： 于2024年8月将其整个丙烯酸乙酯产品组合切换为生物基规格，随后于2026年3月与Avery Dennison合作推出可再生 attributed 的Butyl Acrylate RE和2-Ethylhexyl Acrylate RE（在BASF弗里波特（德克萨斯州）基地使用可再生电力生产），并于2026年7月扩展了其经认证的biomass-balanced建筑涂料添加剂组合。
• REACH框架： 在欧盟生产或投放市场的生物基丙烯酸和丙烯酸酯受REACH化学品注册、评估和授权管辖，与监管其化石对应物的制度相同。

05领先公司和研究机构

06技术栈与创新

该技术栈涵盖两条截然不同的可再生AA价值链：朝分子本身方向的微生物发酵（仍为商业化前阶段），以及生物乙醇供料的drop-in丙烯酸酯生产（已商业化）。

1. β-丙氨酸途径3-HPA发酵（3-Hydroxypropionic Acid Fermentation）：
   • Cargill 2026年1月的Nature Communications论文使用遗传工具箱（附加体质粒、启动子/终止子文库、多重CRISPR删除、landing-pad多拷贝整合）改造了Issatchenkia orientalis SD108，识别出β-丙氨酸途径为最优；PAND（天冬氨酸脱羧酶）在多达八拷贝整合时为限速步骤，平衡的PYC（丙酮酸羧化酶）和AAT（天冬氨酸转氨酶）将碳流向低pH下的3-HPA推进。
2. 直接酵母丙烯酸发酵（Direct Acrylic Acid Fermentation）：
   • Genomatica 2026年3月的Microbial Cell Factories论文确立了Saccharomyces cerevisiae作为直接AA生产宿主，识别出β-丙氨酸途径为最有前景，将AA耐受性与线粒体基因ACH1和ETR1相关联，并在ACH1敲除（降低AA-CoA积累和AA降解）后于批量摇瓶实验中达到约30 mg/L AA。
3. 生物乙醇衍生drop-in丙烯酸酯（Bioethanol-to-Acrylate Route）：
   • Arkema 2024年10月的Carling上线和BASF 2024年8月的产品组合切换都通过用生物乙醇替代化石衍生丙烯原料来生产drop-in生物基丙烯酸乙酯，得到分子结构相同的酯，具有可验证的生物碳含量（Arkema为40% BCC）和量化的碳足迹降低（最高30% PCF）。
4. 中试到商业化规模化（Bio-Acrylic Acid Scale-Up）：
   • Cargill和Genomatica共同面临的技术挑战是将实验室每升毫克级滴度推进到替代大宗丙烯酸市场中化石丙烯所需的吨级生产规模和成本地位——而商业化drop-in丙烯酸酯生产商（Arkema、BASF）已通过生物乙醇路线跨越了这一差距。

07价值链与生产管线

生物基丙烯酸的工业管线（REACH / EPA）

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 原料采购               │ ───> │ 2. 发酵/                  │
│    （糖、生物乙醇）        │      │    生物乙醇转化            │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                   │
                                                   ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 纯化                   │ <─── │ 3. 催化脱水               │
│                             │      │    （3-HPA → AA）          │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 酯化                   │ ───> │ 6. 下游聚合                │
│    （AA → 丙烯酸酯）       │      │                           │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段 1：原料采购

植物糖（甘蔗、玉米、甜菜）、生物乙醇或作为生物柴油副产物的生物甘油被采购作为可再生碳原料，替代传统丙烯酸价值链中的化石丙烯。

阶段 2：发酵/生物乙醇转化

工程化耐酸酵母（Cargill通过β-丙氨酸途径的Issatchenkia orientalis SD108、Genomatica的ACH1敲除Saccharomyces cerevisiae）将糖转化为3-HPA或直接转化为AA；或者，生物乙醇经传统两步路线脱氢为乙醛并氧化为丙烯醛（Arkema、BASF）。

阶段 3：催化脱水

3-HPA发酵液在非均相脱水催化剂上催化脱水生成丙烯酸，或丙烯醛氧化为丙烯酸——前体路线（Cargill）和直接发酵路线（Genomatica）在这一阶段汇聚到同一目标分子。

阶段 4：纯化

粗丙烯酸被纯化至聚合级冰丙烯酸，适用于下游酯化或直接聚合成高吸水性聚合物。

阶段 5：酯化

聚合级丙烯酸与乙醇（Arkema Carling生物基EA、BASF生物基EA）、丁醇或2-乙基己醇酯化，生成用于涂料和胶粘剂市场的相应丙烯酸酯单体。

阶段 6：下游聚合

丙烯酸酯单体聚合成用于卫生用品的高吸水性聚合物、用于涂料与涂层的聚合物分散液以及压敏胶粘剂——这是Arkema和BASF商业化生物基丙烯酸酯已经对接下游客户的价值链终端。