生物合成丁二烯

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）]

全球每年生产约1500万吨1,3-丁二烯，几乎全部来自石化石脑油裂解，用于供应合成橡胶（轮胎用）和ABS塑料。Axens、Michelin和IFPEN的BioButterfly技术通过两反应器催化工艺将生物乙醇转化为丁二烯——乙醇首先在第一反应器中脱氢生成乙醛，随后与更多乙醇反应生成丁二烯——该工艺已在Michelin一处工厂的工业示范装置上运行三年，并已用所得生物基丁二烯生产轮胎；Michelin与Axens于2026年7月宣布就加快该技术部署展开讨论。总部位于荷兰的ETB Global拥有一项专利的单反应器工艺，可将生物乙醇直接转化为丁二烯，该工艺建立在此前与Trinseo合作探索用于绿色轮胎橡胶的纯化生物基1,3-丁二烯的基础之上。另一条化学路线于2026年4月出现，当时BioVerde Tech（美国休斯顿）与Unibio（丹麦罗斯基勒）宣布建立战略合作伙伴关系，将BioVerde的工程化甲烷氧化菌菌株与Unibio商业规模的U-Loop气体发酵反应器相结合，直接将甲烷转化为丁二烯及相关化学中间体——这是Unibio原本用于单细胞蛋白平台的一项初步应用。截至2026年，尚无中国或印度公司作为专门的生物基丁二烯商业化生产商获得来源确认。

生物合成丁二烯的关键方向包括：

1. 生物乙醇催化转化为丁二烯（Ethanol-to-Butadiene Catalysis）： 在示范规模上将生物乙醇转化为丁二烯的两步脱氢/缩合化学工艺——Axens/Michelin/IFPEN的BioButterfly。
2. 甲烷气体发酵制丁二烯（Methane Gas Fermentation to Butadiene）： 在商业规模气体发酵反应器中培养的工程化甲烷氧化菌菌株，将甲烷直接转化为丁二烯及其他化学中间体——BioVerde Tech与Unibio的合作。
3. 一步法生物乙醇制丁二烯合成（One-Step Butadiene Synthesis）： 将生物乙醇直接转化为丁二烯的单反应器催化路线，是比两反应器BioButterfly工艺更简单的替代方案——ETB Global。
4. 示范到商业化的规模化（Bio-Butadiene Scale-Up）： 将生物基丁二烯路线从每年数吨的示范装置推向轮胎和塑料制造商所需的产量——三家公司共同面临的瓶颈。

行业价值链

[生物乙醇/甲烷原料] ──> [催化转化或气体发酵] ──> [丁二烯纯化]
                                                    │
                                       (副产品：生物氢、乙烯)
                                                    │
                                                    ▼
[商业化装置] <─── [轮胎/橡胶/ABS制造] <─────┘

价值链层级

该行业的跨领域技术：

• 两步脱氢/缩合催化（Ethanol-to-Butadiene Catalysis）： BioButterfly化学工艺在第一反应器中将生物乙醇转化为乙醛，随后在第二反应器中将其与更多乙醇缩合为丁二烯。
• 工程化甲烷氧化菌气体发酵（Methane Gas Fermentation to Butadiene）： 经工程改造以将甲烷转化为多碳化学中间体的微生物菌株，在商业规模气体发酵反应器（Unibio的U-Loop设计）中运行。
• 单反应器催化转化（One-Step Butadiene Synthesis）： ETB Global的专利工艺将两步BioButterfly化学工艺压缩为单一催化反应器。

02美国

美国是甲烷发酵制生物基丁二烯路线的所在地，这是一项于2026年宣布的早期合作。

BioVerde Tech、EPA

• BioVerde Tech（美国德克萨斯州休斯顿）： 开发将甲烷转化为化学中间体和富含蛋白质生物质的工程化甲烷氧化菌菌株，持有多项已授权和申请中的美国专利，涉及甲烷生物转化为多碳化合物；2026年4月宣布与丹麦Unibio建立战略合作伙伴关系，将丁二烯作为该联合平台的首个化学应用目标。
• EPA监管框架： 美国以甲烷或生物乙醇原料生产的生物基丁二烯，适用标准的EPA工业化学品监管，若涉及与可再生燃料挂钩的原料，还需遵循可再生燃料标准（Renewable Fuel Standard）框架，以及常规的TSCA化学品审查。

03中国

截至2026年，尚无中国公司作为专门的生物基丁二烯商业化生产商获得来源确认；所调研的两家主要中国候选企业（合成生物学化学品主要生产商凯赛生物Cathay Biotech，以及国有石化巨头中国石化Sinopec）均未显示出与公司相关的具体生物基丁二烯产品或项目报道——凯赛生物2026年经确认的新闻集中于一家与本主题无关的生物制药子公司，而中国石化经确认的动态则集中于常规石化乙烯产量。

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的重点是发酵类平台化学品整体（如乳酸、1,3-丙二醇），而非专门的生物基丁二烯生产商；传统的石脑油法及乙醇脱水法丁二烯生产仍是经确认的国内路径。
• 监管路径： 若生物基丁二烯产品进入中国市场，其工业化学品注册将通过标准的工信部/发改委（MIIT/NDRC）石化行业渠道，而非专门的生物技术审批路径。

04欧盟

欧洲既拥有最先进的生物基丁二烯示范装置，也拥有一种与之竞争的单反应器工艺，分别落地于法国和荷兰。

Axens、ETB Global、REACH

• Axens（法国吕埃-马尔迈松）： 与Michelin及法国石油研究院（IFPEN）共同运营BioButterfly生物乙醇转化丁二烯技术，该技术已在Michelin一处工厂的工业示范装置上运行三年，并已用于生产采用生物基丁二烯的轮胎；Michelin与Axens于2026年7月宣布就加快该技术部署展开讨论。
• ETB Global（荷兰）： 拥有一项专利的单反应器工艺，可将生物乙醇直接转化为丁二烯，被定位为化石基原料的直接替代品，该工艺建立在2021年与Trinseo合作探索用于绿色轮胎合成橡胶的纯化生物基1,3-丁二烯的基础之上。
• REACH监管框架： 在欧盟制造或投放市场的生物基丁二烯适用REACH化学品注册、评估与授权制度，与其化石基对应产品受同一制度监管。

05领先企业与研究机构

06技术栈与创新

该技术栈涵盖两种截然不同的原料转化为丁二烯的化学路线：生物乙醇的催化转化，以及甲烷的生物气体发酵。

1. 两步催化转化（Ethanol-to-Butadiene Catalysis）：
   • Axens/Michelin/IFPEN的BioButterfly在第一反应器中将生物乙醇脱氢为乙醛，随后在第二反应器中将其与更多乙醇缩合为丁二烯——该工艺经过三年示范装置运行验证，其间已生产出成品轮胎。
2. 工程化甲烷氧化菌气体发酵（Methane Gas Fermentation to Butadiene）：
   • BioVerde Tech的工程化荚膜甲基球菌（Methylococcus capsulatus）菌株，部署于Unibio专有的立式U-Loop气体发酵反应器中，旨在将甲烷及其他低成本气态原料转化为丁二烯及相关化学中间体。
3. 单反应器催化合成（One-Step Butadiene Synthesis）：
   • ETB Global的专利工艺将生物乙醇转化为丁二烯的过程压缩为单一催化反应器——比两反应器BioButterfly化学工艺更简单的替代方案，该工艺建立在此前与Trinseo合作、面向绿色轮胎合成橡胶的基础之上。
4. 示范到商业化的规模化（Bio-Butadiene Scale-Up）：
   • 三家公司共同面临的技术挑战，是从每年数吨的中试/示范运行规模化至轮胎和塑料制造商所需的产量——Michelin与Axens在2026年7月的部署讨论中明确将此列为目标。

07价值链与生产流程

生物合成丁二烯的工业流程（REACH / EPA）

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 原料采购                │ ───> │ 2. 催化转化/气体发酵       │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                   │
                                                   ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 副产品回收              │ <─── │ 3. 纯化                   │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 示范/中试运行           │ ───> │ 6. 商业规模化              │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段1：原料采购

采购生物乙醇（来自糖/淀粉发酵）或甲烷（天然气、沼气）作为碳原料，如Axens/ETB Global的乙醇路线和BioVerde/Unibio的甲烷路线。

阶段2：催化转化/气体发酵

生物乙醇经催化脱氢并缩合为丁二烯（BioButterfly两反应器工艺、ETB Global单反应器工艺），或甲烷在气体发酵反应器中经工程化甲烷氧化菌发酵（BioVerde/Unibio）。

阶段3：纯化

粗丁二烯纯化至合成橡胶和ABS聚合所需的规格——该步骤已在Axens/Michelin示范装置三年运行中得到验证。

阶段4：副产品回收

针对乙醇路线的行业报道指出了潜在副产品，包括生物氢和乙烯，这些副产品可在主要丁二烯产品流之外为更广泛的化学品链条增加价值。

阶段5：示范/中试运行

Axens/Michelin/IFPEN的BioButterfly已在工业示范规模下运行三年，已生产出成品轮胎；BioVerde/Unibio的甲烷路线和ETB Global的单反应器工艺仍处于2026年宣布的更早期中试/合作阶段。

阶段6：商业规模化

生产商必须从每年数吨的示范产量过渡到轮胎和塑料制造商所需的规模；Michelin与Axens在2026年7月的部署讨论正是针对这一步骤，而供应可靠性、认证和成本对三家公司而言仍是悬而未决的问题。