凯赛生物分析报告：合成生物学产业化引领者深耕聚酰胺产业链

凯赛生物分析报告：合成生物学产业化引领者，深耕聚酰胺产业链公司概况：全球领先的生物制造新材料企业历史沿革：公司是一家以合成生物学等学科为基础，利用生物制造技术，从事新型生物基材料的研发、生产及销售的高新技术企业。公司创始人刘修才先生于1994年受时任人大副委员长钱伟长邀请回国创业，并主导了多项生物化工重大项目的产业化开发。2000年公司前身凯赛有限成立，2001年公司投资建设生物法长链二元酸项目，使之成为世界上第一个用生物法取代化工法的材料单体。在这个过程中公司关注到聚酰胺单体技术被国外垄断多年，因此开始攻关这一领域，成功开发出生物基戊二胺及生物基聚酰胺。2020年，公司在科创板挂牌上市并计划出资40.1亿元与山西合作打造“山西合成生物产业生态园区”。2021年6月，年产5万吨生物基戊二胺及年产10万吨生物基聚酰胺项目投产，标志着公司的量产产品已经全面覆盖聚酰胺产业链。2022年1月，公司公告投资建设年产50万吨生物基戊二胺及年产90万吨生物基聚酰胺项目，计划投资总额高达138亿元。股权结构：公司创始人刘修才先生及其家庭成员通过境外持股平台CIB持有公司28.32%的股份，此外刘修才先生通过MedyLLC实际控制三个员工持股平台，因此刘修才先生合计控制公司30.82%的股份，是公司的实际控制人。和公司有良好合作关系的山西省政府通过山西潞安矿业（实际控制人山西省政府）和山西科技创新城（实际控制人山西转型综合改革示范区管理委员会）合计持有公司16.27%的股份。公司重要的子公司金乡材料、乌苏材料、凯赛香港分别主要负责生物法长链二元酸的研发及生产销售、生物基聚酰胺的研发及生产销售、公司产品的境外销售。主营业务：公司是全球领先的利用生物制造规模化生产新材料的企业之一，目前商业化产品主要聚焦聚酰胺产业链，包括生物基聚酰胺及其单体生物法长链二元酸和生物基戊二胺。公司能够生产从十碳到十八碳的各种链长二元酸（目前以DC12、DC13为主），系列产品在全球市场处于主导地位，于2018年被工信部评为制造业单项冠军。随着年产10万吨的生物基聚酰胺生产线于2021年中期投产，重要储备产品生物基戊二胺和生物基聚酰胺开始销售。公司依托聚酰胺56产品，打造自有纺织材料品牌“泰纶”和工程材料品牌“ECOPENT”。研发和生产布局：公司总部和研发中心位于上海张江高科技园区，多年来专注于生物制造理论技术及产业化方法的研究与开发，并组建了一支多学科交叉的专业研发队伍，在分子生物、化学、聚合、材料应用等方面积累了丰富的经验。公司目前有三大生产基地，位于山东的金乡生产基地拥有生物法长链二元酸年产能4.5万吨、生物基聚酰胺中试线年产能3000吨；位于新疆的乌苏生产基地拥有生物法长链二元酸年产能3万吨、生物基戊二胺年产能5万吨和生物基聚酰胺年产能10万吨；位于山西的太原生产基地正在建设玉米深加工、生物基戊二胺、生物基聚酰胺和生物法长链二元酸等项目。营收和利润：2016-2019年公司营收增长较快，原因包括主要产品生物法长链二元酸的产能产量增加和公司通过研究下游应用扩大市场规模促进销量逐年提升。疫情冲击下公司2020年的营收有所下降，随着疫情影响减弱再加上生物基聚酰胺生产线投产形成销售，根据公司2021年业绩快报，2021年公司实现营收21.98亿元，同比增长46.78%；实现归母净利润6.04亿元，同比增长31.89%。随着生物基聚酰胺产能爬坡，预计公司业绩将进入高速增长阶段。营收分布：长链二元酸最主要的应用领域是合成高性能长链聚酰胺，公司的营收中该部分占比一直较高，2020年达到60.2%。通过协助下游客户进行应用领域拓展研究，并伴随生物基聚酰胺投产销售，公司产品的下游应用领域的多元化程度预计将不断提高。公司生物法长链二元酸产品获得了国际知名企业的认可，境外营收占比较高，而随着生物法长链二元酸在国内应用领域的拓展和公司对下游市场的着力培育，国内客户高端应用市场在全球的占比不断提升，公司境内收入占比逐年增加，在2020年首次超过境外收入占比，达到51.3%。境内市场的开拓有利于公司更充分地利用国内和国际两个市场，更好地分散单一市场风险，保障公司业绩平稳增长。营收和毛利结构：公司是目前具有代表性及市场影响力的利用生物技术大规模生产长链二元酸产品的龙头企业，产品占据全球市场主导地位。DC单体和混合酸是生物法长链二元酸不同的产品形态，两者合计营收占比和合计毛利润占比均一直保持在90%以上，2020年分别为97.3%和98.5%。随着生物基聚酰胺投产销售，公司的产品结构将不断优化。毛利率和净利率：公司生物法长链二元酸产品DC单体和混合酸的毛利率呈逐年上涨趋势，在2020年分别达到60.6%和49.8%，主要原因是从事化学法生产的主要竞争对手退出市场及环保监管要求日益提高，公司在该产品的市场地位和议价能力进一步得到巩固，同时生产效率提高部分抵消了原材料成本上涨的影响。2021Q1-Q3公司综合毛利率为40.2%，相较2020全年下降9.8个百分点，主要原因是按新收入准则的相关规定，公司将销售产品过程中发生的运费作为合同履约成本从原收入准则的“销售费用”调整至“营业成本”，以及2021年原油价格较高使得原材料成本提升。尽管如此，2021Q1-Q3公司净利率相较2020全年仍然提高0.8个百分点，达到31.4%。行业分析：合成生物学即将掀起万亿级产业革命合成生物学行业概况：厚积薄发，生物制造进入发展快车道合成生物学是一门新兴且具有颠覆性的前沿交叉学科。随着基因组学与系统生物学在20世纪90年代的兴起，合成生物学于21世纪初应运而生，科学家尝试在现代生物学与系统生物学的基础上引入工程学思想和策略，诞生了学科高度交叉的合成生物学，成为近年来发展最为迅猛的新兴前沿交叉学科之一。合成生物学借助生命体高效的代谢系统，通过基因编辑技术改造生命体以设计合成，使得在生物体内定向、高效组装物质和材料逐步成为可能，该技术应用于生物材料、生物燃料、生物医药等多个领域。全球多项研究报告和产业政策都将合成生物学未来的发展及其对全球经济带来的影响提升到了战略高度。合成生物学领域的公司分为基础层和应用层。要以合成生物学手段解决问题，就需要把合成生物学研究从机理转化为小规模试验，再扩展到成熟的大规模生产。这个过程中，上中游公司提供生物体设计与自动化平台、DNA和RNA合成、软件等产品服务，属于基础层公司；下游公司进行加工制造，生产医疗健康、工业化学品、生物燃料、食品和饮料、农业、消费品等领域的产品，属于应用层公司。初创公司融资额翻倍式增长，应用层公司占到87%。合成生物学在过去二十年中表现出巨大发展潜力，尽管其理论与技术体系还在不断完善中，但是已经得到市场的认可和重视，初创公司融资额屡创新高。根据Synbiobeta，2020年合成生物学初创企业的融资额达到78亿美元，是2019年的2.5倍；2021年前三季度的融资额分别为47、42、61亿美元，合计约为2020年的1.9倍。2021年前三季度应用层公司的融资额达到130亿美元，占到总融资额的87%，原因是经过长期积累和探索，越来越多科研成果成功实现产业化。合成生物学的应用层级即生物制造产业，发展空间非常广阔。生物制造作为一种革命性的生产方式，以改造后生物体作为高效细胞微工厂，进行定向化、高效化、大规模化物质加工与转化，为社会发展提供工业商品，生产过程绿色、条件温和、原材料取得便利，未来发展空间非常广阔。根据麦肯锡统计，生物制造可以覆盖约60%的化学品，同时天然生物中有300万种分子或新材料尚待开发，生物制造在能源、化工等领域具有改变世界工业格局的潜力。第三波生物材料变革开启，生物制造进入黄金发展期。生物材料一直是人类生活中的重要组成部分，第一波生物材料变革可以追溯到数千年前，来自动植物的生物基材料被人类开发利用，如木材、纸张、皮革等。第二波生物材料变革源于1980年代的DNA重组等多项生物技术，工业用生物酶是重要产物，这波变革在2000年代中期达到顶峰，投资热点转向以商业生物燃料和生物材料为重点的清洁技术，然而化石能源的降价和玉米、糖等可再生原料价格的高波动削弱了这些产品的潜在成本优势，尽管最终这次变革以令人失望的结果告终，但是也展示了生物技术的巨大潜力。如今，在合成生物学、人工智能等较为成熟技术的加持下，生物材料迎来第三波变革，可持续性的需求正在改变化学品和材料的竞争基础，在消费者、监管机构、投资者以及企业自身的推动下，生物制造进入黄金发展期。短期来看，预计合成生物学直接产生的市场规模2020-2025年CAGR约为22.5%。CBInsights预计2020-2025年由合成生物学直接驱动的全球市场规模在将保持22.5%的复合增速。根据BCCResearch，由合成生物学直接驱动的全球市场规模在2019年已经达到53.20亿美元，预计到2024年将达到188.85亿美元，2019-2024年CAGR约为28.8%。从细分领域看，目前医疗健康领域的应用（尽管该机构统计口径偏小）占据主导地位，食品、农业、消费品和化工领域蕴藏着重要的市场机遇，BCCResearch预计2019-2024年CAGR分别为64.6%、64.2%、43.9%和27.5%。中长期来看，合成生物学每年带来的经济影响或超万亿美元。根据麦肯锡发布的《生物革命：创新改变经济、社会和人们的生活》，其通过400个应用案例的分析，从4个细分领域计算了合成生物学及相关生命科学技术进步带来的经济影响，预计在未来10-20年，这些应用可能每年对全球产生2-4万亿美元的直接经济影响。我们认为在农业、水产和食品以及材料、化学品和能源领域的应用案例主要是由合成生物学技术驱动，再加上其他细分领域的部分案例，预计2030-2040年合成生物学每年带来的经济影响或超万亿美元。医疗健康领域：合成生物学使制药与治疗过程更具经济性与高效性合成生物学是现代生物制药的前沿技术之一。生物制药是指从生物来源中制造、提取、或半合成药品，早期主要是直接从动植物中提取，如牛胰岛素，随着现代生物技术在20世纪80年代兴起，现代生物制药技术逐渐发展为以生物工程为主导、发酵工程为中心的包括细胞工程、酶工程的现代生物体系，由于改造基因和蛋白质的传统方式已经达到了技术和经济的瓶颈，合成生物学就成为关键的新工具。从研发和生产流程看，现代生物制药基本就是以合成生物学为基础，采用生物制造的方式生产药品，包括免疫球蛋白、细胞因子、单克隆抗体、DNA重组产品、疫苗、体外免疫诊断制品等。生物药在医药市场中占据越来越重要的地位。和传统的化学药相比，生物药属于大分子，结构复杂，理化性质不稳定，生产运输条件较高，研发和生产的难度、成本都较高，但是生物药的治疗靶点更为精确，经常能带来更好的疗效和更低的毒副作用。随着技术的进步，生物药研发和生产的难点被逐渐克服，可靠的功效使其在医药市场中的重要性不断提升。根据医药魔方的数据，2012-2020年全球前十大畅销药中生物药始终占据过半席位。根据EvaluatePharma，全球药品销售额中生物药的占比保持上升趋势，已经由2014年的21.1%提高到2020年的29.8%。对于从动植物中提取的天然成份，利用合成生物学可以降低成本、提高产量。青蒿素是从中药黄花蒿中提取的一种抗疟有效成分，具有抗白血病和免疫调节功能。天然的青蒿素产量十分稀少，提取工艺复杂且成本极其昂贵，供应量无法满足世界各地患者的需要，化学合成法同样难度大，成本高，没有商业价值。UCB化学工程系教授、Amyris创始人之一的Keasling先后在2003年和2006年实现了在大肠杆菌和酵母菌中生产青蒿素，其设计了一条在大肠杆菌或酵母中不存在的合成青蒿酸的途径，在利用微生物自身已有的代谢途径的前提下引入外源模块，再将来自大肠杆菌、酵母、青蒿多种基因及其代谢途径组装与精密调控，最后执行所需功能的途径生产出青蒿酸。通过上述的研究，利用大肠杆菌及酵母细胞合成青蒿素前体—青蒿酸的能力提高了100万倍，使得每一剂量的药品成本从10美元左右下降到了不到1美元。Keasling被美国发现杂志评选为2006年最有影响的科学家，并获得了BillandMelindaGates基金资助高达4000万美金的研究资金，用于产业化生产青蒿素。借助合成生物学可以创造全新的药物或疗法来更好地治疗疾病。利用合成生物学，可以在RNA药物、基因编辑相关应用、细胞免疫疗法、体外检测、微生态疗法、医疗耗材和制药用酶等多方面取得突破。例如，利用mRNA技术可以快速人工合成疫苗，利用基因编辑技术可以治疗遗传疾病，设计细胞行为和表型精确调控的免疫细胞治疗肿瘤，开发快速、灵敏的诊断试剂，改造微生物和合成人工噬菌体来治疗疾病，改造微生物生产医疗耗材和药物成分等。随着合成生物学研究的不断成熟，医药领域的更多方面将被涉及，更高效的生产宿主将成功构建，生物医药生产过程的经济性也将得到明显提高，从而有望使生物医药能得到更广泛的生产和应用。生物制药广阔的前景不断吸引新的参与者，中国公司发展势头强劲。根据《全球生物经济现状、趋势与融资前景分析》（吴晓燕等），2019年至2021年上半年全球生物制药企业共发生了494次融资事件，累计融资金额约708亿美元。新冠疫情给生物医药领域带来了新的产业发展机遇，2020年生物制药领域融资399亿美元，较2019年141亿美元增长1.8倍，2021年上半年融资167亿美元，预计该领域资本进入将继续保持热度。从地区分布来看，融资事件主要发生在美国和中国，2019-2021H1中国累计融资267亿美元，反映出近年来中国生物制药领域的繁荣发展。预计2021-2030年全球和中国生物药市场规模CAGR分别为9.3%和12.9%。根据Frost&Sullivan（转引自荣昌生物招股说明书），凭借生物药卓越的疗效、生物科技的显著发展以及研发投入不断增加，全球和中国生物药市场规模在2019年分别达到2864亿美元和3120亿元，预计在2030年将分别达到7680亿美元和13026亿元，2021-2030年CAGR分别为9.3%和12.9%。得益于可支付能力的提高、患者群体的增长以及医保覆盖范围的扩大，中国市场增速更快。医疗健康领域与生物技术息息相关，将受到合成生物学深远的影响。一方面，合成生物学融合了基因疗法和细胞疗法，将具有治疗功能的人工合成基因回路的工程化细胞植入生物体内以实现治疗疾病的目的，是临床治疗手段的重大变革。另一方面，与传统治疗方式（如药物治疗、放射治疗以及手术治疗等）相比，合成生物学可在更大的时空范围内，通过影响机体的特定生物学过程而重建生命内稳态，以达到治疗疾病的目的，更是一种医学模式和治疗理念的转变。化工和能源领域：碳中和大背景下，合成生物学帮助人类摆脱石油依赖1）低成本+可持续，打破石化领域竞争格局合成生物学为生物基材料带来全新的增长动力。生物基材料是利用谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质为原料制造的新型材料和化学品，主要包括生物基化工原料、生物基塑料、生物基纤维、生物基橡胶等。不过大部分生物基材料是由化学法、酶法或传统发酵法生产，在产物、效率等方面存在一定局限。通过基因编辑创造全新的细胞微工厂，合成生物学技术能够最大限度地开发和利用经历亿万年进化的生物系统的制造能力，利用生物碳源代替不可再生的化石碳源，开创真正可再生、可持续、对环境友好的物质生产模式。合成生物学为人类摆脱石油依赖提供解决方案。根据中国科学报，理论上90%的传统石油化工产品都可以由生物制造获得。目前，重大化工产品1，3-丙二醇、生物可降解塑料聚乳酸和聚羟基烷酸酯等生物基产品已经实现规模化制造，聚酯材料、橡胶、合成纤维等传统石化基高聚物单体的生物合成技术不断创新。根据中国科学报，全球生物基产品占石化产品的比例已从2000年的不到1%增长到现在的10%，并以每年高于20%的速度增长，展现出强劲的发展势头。根据OECD统计，全球有超过4万亿美元的产品由化工生产而来，未来10年，预计至少有20%（约8000亿美元）的石化产品可由生物基产品替代。可持续已经成为企业不可忽视的重要因素。越来越多的企业正在做出多种类型的可持续承诺，其中大部分是化学和材料企业，麦肯锡的调查发现近50%的领先企业承诺减少“范围3”温室气体排放，包括与原料和原料上游生产相关的排放，同时做出承诺的企业数量从2016年到2021年以34%的CAGR增长，比2006年到2015年的14%CAGR显著增加。针对“范围3”做出的承诺正在对化学品和材料下游行业接近5万亿美元的收入产生影响，涉及到的化学品和材料产值约5000亿美元，在这种趋势下，生物制造的可持续优势不仅仅有利于企业自身，对整个产业链更加重要。生物制造在一些细分领域已经完全取代传统化工。长链二元酸是是一类用途极其广泛的重要精细化工产品，针对长久以来化学合成长链二元酸技术的不足，凯赛生物以石油中的副产物正烷烃为原料，采用微生物发酵的方法生产长链二元酸，显著降低了成本和污染，是世界上首个使用生物法产品取代石油化学法产品的商业成功案例。除此之外，生物法生产的丙烯酰胺、脂肪酸、己二酸、聚β-羟基丁酸脂等产品已经达到一定工业规模，随着合成生物学技术的不断进步，越来越多的生物制造产品将取代化工产品。塑料领域生物基产品凭借可降解优势迎来快速发展。传统的石油基塑料如PE、PP基本不能自然降解，会造成白色污染，焚烧、填满等处理方式会严重破坏环境。相比之下，生物基的PLA、PHA等具有生物降解性，不可降解的生物基塑料也可高效回收再利用。根据EuropeanBioplastics，2020年全球生物基塑料产能达211.1万吨，占全球塑料总产能不到1%，替代空间非常广阔。根据MarketsandMarkets，全球生物基塑料及聚合物市场规模2020年为105亿美元，2025年有望增长至279亿美元，年均复合增长率将达到21.7%。传统化工巨头积极布局，新锐公司成果不断。生物基产品来势汹汹，使得传统行业的企业备感危机，纷纷以并购、注资等方式展开合成生物学领域的布局，如美国的宝洁、杜邦，日本的住友化学、三井、三菱，韩国的LG化学以及德国的巴斯夫等传统化工公司，均已展开合成生物学的研究布局。在生物制造新锐公司中，日本公司Spiber和美国公司BoltThreads利用微生物发酵生产蜘蛛丝蛋白产品，美国公司C16Biosciences利用微生物发酵生产棕榈油的替代品，中国公司蓝晶微生物的生物基PHA产业化项目正在建设。在各方的共同努力下，合成生物学在化工领域将发挥更加重要的作用。2）强力政策支持，生物能源再次启航生物能源第一波热潮受经济危机影响暂停，减排压力下再受重视。能源类的合成生物学公司在2000年代中期经历了一波辉煌，2008年初Amyris计划以甘蔗为原料每年生产10亿加仑的生物燃料，每桶价格可低至60美元，然而经济危机导致原油价格暴跌，加之页岩油开采的商业化落地，使得行业泡沫破裂，Amyris艰难转型，筹款超过4亿美元的SapphireEnergy最终被1美分收购。不过对生物能源的研究并没有停止，而且其发展的最大推动力已经不再是比化石能源廉价，而是比化石能源环保。国际能源署的一项分析指出，为了至本世纪末把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内，生物能源在总能源需求中的占比需要从2015年的4.5%提高到2060年的17%，但是截至目前，生物能源的产量远低于达到这个目标所需的速度。除此以外，应用于运输业的生物燃料需要在未来的10年内增加10倍。生物能源推广加速，预计2025年生物柴油市场空间超3000亿元。各国对于交通运输领域的生物能源使用都有指标，欧盟2009年制订了可再生能源指令（RED），要求2020年成员国交通运输部门中生物燃料占总燃料的比例不低于10%，整体上生物能源占总能源的比例不低于20%。最新的2021年修订版RED中，2030年这两个指标的目标分别提高到26%和40%。生物柴油掺混入化石柴油中制成混合柴油在减少有害气体排放的同时无需额外改动，有效降低了使用门槛，根据卓越新能招股说明书披露，北欧国家如瑞典、芬兰、挪威等2020年目标生物柴油掺混比例均达到20%及以上，欧洲主要经济体德国、法国、英国等也在设置更高的要求。随着生物柴油掺混比例的政策性提升，OECD-FAO预计2025年全球生物柴油需求量将达到5122万吨，按照6000元/吨的价格保守计算，市场空间可达3073亿元。生物能源消费量占比持续提高，但价格仍是制约因素。根据《StatisticalReviewofWorldEnergy2021》（BP），全球生物燃料消费量由2011年的117万桶/天增长到2020年的168万桶/天，生物燃料消费量占石油燃料（汽油+柴油+燃油）消费量的比例由2011年的2.11%提高到2020年的3.14%。按消费地区，2020年北美和拉丁美洲的生物燃料消费量占比超过60%，主要原因是丰富的农业资源为当地的生物燃料制造产业提供了价格低廉的原材料。不过根据百川盈孚数据，近期国内生物柴油价格约为10000元/吨，而中国柴油批发价格指数仅为7500元/吨，短期内价格仍然是制约生物能源快速替代化石能源的重要因素。合成生物学实现从二氧化碳到生物燃料的直接转化，有望解决成本问题。生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉、木质纤维素等生物基原料生产各种化学品、燃料的过程，第一代生物炼制主要以植物油、废弃食用油等为原料来合成生物燃料，第二代生物炼制原料主要为非粮食生物质，包括谷物秸秆、甘蔗渣等。第三代生物炼制旨在利用微生物细胞工厂将可再生能源和二氧化碳转化为燃料和化学品，微生物是第三代生物炼制的核心，其中自养微生物是一种以二氧化碳作为主要或唯一的碳源，以无机氮化物作为氮源，通过细菌光合作用或化能合成作用获得能量的微生物。目前采用一些经过合成生物学改造的光能或化能自养微生物，已经可以实现从二氧化碳合成生产燃料和化学品，产业化落地后有望解决制约生物能源发展的成本问题。LanzaTech是生物能源领域最成功的合成生物学公司。美国公司LanzaTech利用自养微生物梭菌将废气（如二氧化碳或甲烷）转化为乙醇，早在2011年，LanzaTech就与维珍集团达成合作，向其供应由碳废气制成的喷气式飞机燃料。2018年，LanzaTech与首钢集团合作，在中国河北省建立了世界上第一座商业废气乙醇工厂，年产能4.6万吨。2021年，LanzaTech获得中石化资本的投资，该合作的重点是促进废碳直接生产化学品。随着LanzaTech的商业化进展越来越成功，预计会有更多的合成生物学公司加入生物能源领域，推动行业快速发展。农业和食品领域：更高效的农业生产和更绿色健康的食品1）全方位提高农业生产力，改善粮食短缺困境合成生物学有望改善人类面临的粮食短缺困境。全球人口从1961年的30.7亿增长到2018年的75.9亿，在此期间全球人均耕地却减少约一半，原因除人口因素外还包括工业化和城镇化进程加快以及气候问题。人类生存所面临的粮食危机越来越严重，联合国粮农组织预计至2050年全球粮食产量相比2010年需增产70%才能满足需求，以快速且可持续的方式在更少的土地上生产更多的粮食是农业界所面临的巨大挑战。随着合成生物学的快速发展，其在提高农业生产力、改良作物、降低生产成本以及实现可持续发展等方面的潜力日益凸显。合成生物学能够从多个方面提高农业生产力，其比转基因技术更加高级。对于植物作物，利用合成生物学可以提高光合作用效率来增加产量、促进自主固氮来减少化肥使用、重塑代谢通路来改良农产品品质以及高效防治虫害；对于牲畜，主要是利用合成生物学高效提供蛋白饲料。合成生物学技术与转基因技术在农业上的应用有一部分重叠，前者是建立在后者基础之上的，两者主要不同是转基因技术将个别外源基因转移到某生物基因组内，使之能表达有益的蛋白质，而合成生物学则一方面是从头设计和构建自然界中不存在的人工生物体系，另一方面从对现有生物的重新设计和改造的角度看，其通常是转移一组基因，因而要在更大规模更多层次上涉及到细胞网络，如代谢网络等。因此，合成生物学对农业产生的影响和带来的前景预计将超过转基因技术。微生物肥料是目前合成生物学在农业领域主要的商业应用场景。微生物肥料是指以微生物的生命活动为核心，使农作物获得特定的肥料效应的一类肥料制品。从2015年开始，国务院发布《到2020年化肥使用量零增长行动方案》等政策控制化肥用量，致力于解决化肥水土污染和产能过剩的问题，推进微生物肥料的发展。从传统的菌种筛选到菌种改造设计、多高效复合菌系制造、肥料菌株功能挖掘等技术的应用，合成生物学实现了肥料菌株研发的多样性、调控性和精确性。根据农业部数据，截至2018年10月，我国已有微生物肥料企业2050家，登记产品6428个，产能达到3000万吨，而无机化肥产量已经超过5000万吨，微生物肥料替代空间广阔。未来微生物肥料产业发展的首要目标是以需求为导向，搭建“产学研”融合的科技创新平台，依靠合成生物学选育新菌种、研发新产品、拓展新功能，实现微生物肥料产业的可持续创新的长远发展。PivotBio在微生物肥料固氮方面取得重大进展。农业合成生物技术公司PivotBio自2010年在美国加州成立以来，融资总额达到6亿美元，是第一家在商业领域采用微生物固氮的公司，其利用合成生物学技术，开启微生物中固氮基因的表达，从而减少农业氮肥的使用。实际应用中的数据表明，PivotBio的产品可以有效提高植物的固氮能力，并在减少氮肥使用的情况下提高粮食产量。2020年，PivotBio开发的用于玉米种植的生物氮肥PROVEN被Nature子刊评选为6种正在改变世界的合成生物学产品之一。预计2026年全球微生物肥料市场规模将达到44.7亿美元。根据MarketsandMarkets，北美是全球使用微生物肥料最多的地区，其次是欧洲，美国的微生物肥料使用比例高达60-70%，欧洲许多国家达到45-60%。MarketsandMarkets预计全球微生物肥料市场规模将在2021年达到22.5亿美元，并以11.9%的CAGR增长，在2026年达到44.7亿美元。随着合成生物学技术不断进步，微生物肥料的增产效果、方便程度、生产成本都将持续改善，为解决人类面临的粮食危机做出贡献。2）环保健康的未来食品，正在成为传统畜牧业的重要补充传统畜牧业存在诸多问题，植物肉提供优质解决方案。随着全球的肉类消费需求增长，传统畜牧业规模扩张导致动物疫情频发、滥用抗生素、温室气体排放等问题，根据联合国粮农组织的数据，目前全球畜牧业温室气体排放约为7.1Gt二氧化碳当量，占人类活动温室气体排放总量的15%左右。在此背景下人造肉作为畜牧产品的替代品被开发出来，人造肉分为细胞肉和植物肉，目前细胞肉由于技术难、成本高等因素无法规模量产，植物肉以植物蛋白、氨基酸和脂肪为基础，添加经合成生物学技术改造的酵母合成的植物性血红蛋白而制成，已经实现大规模商业化生产。相比传统畜牧业，每生产1公斤植物肉，为环境节省了93%的土地浪费与破坏、99%的生产用水和90%的温室气体排放，除此之外，根据美国农业部的研究，普通肉类中含有的激素等，会导致癌症、心脏病等疾病患病风险大幅增加。从营养学角度，植物肉具有零胆固醇、零激素、零反式脂肪酸、零抗生素，富含人体必需氨基酸等优点，更符合人们对饮食健康的要求。合成生物学是植物肉生产中的关键技术。根据彭博商业周刊和中国植物肉品牌星期零联合发布的《2021中国植物肉行业洞察白皮书》，目前植物蛋白肉的研究以及专利申请主要集中于植物蛋白纤维化加工技术、血红蛋白的生产与应用、风味物质的生产与应用三方面，其中后两者均依靠合成生物学实现。一方面，采用经改造的微生物生产的血红蛋白，可以赋予植物蛋白类似肉制品的颜色，并且可以弥补植物蛋白铁元素含量不足的问题；另一方面，采用经改造的微生物生产多种脂肪、维生素、风味物质，并结合热加工处理方法，使植物蛋白肉的口感接近于真实肉制品。环保健康生活是大势所趋，预计2025年全球人造肉市场规模达到279亿美元。环保方面，根据普华永道的数据，如果全世界用植物肉取代10%的动物肉消费，人类将节约1.76亿吨二氧化碳排放，相当于27亿棵树的吸收量；将释放3800万公顷土地，相当于云南省的面积；将减少86亿立方米用水，相当于渭河一年的总流量。健康方面，根据《美国心脏协会》发表的研究，最常吃植物性食物的人患心血管疾病，如心脏病、中风、心力衰竭和其他疾病的风险降低了16%，死于心血管疾病的风险也降低了31%到32%。环保和健康的生活方式是人类发展的趋势，也是消费者选择植物肉的重要原因。根据中国产业信息网，预计2025年全球人造肉市场规模达到279亿美元，2021-2025年的CAGR为14.9%。当下亮点：深耕聚酰胺产业链，掌握全流程核心技术亮点一：生物法长链二元酸全球龙头，专利布局高筑知识产权壁垒公司的生物法长链二元酸成功实现了对化学法产品的商业替代。长链二元酸通常是指碳链上含有十个以上碳原子的脂肪族二元羧酸，传统上以化学法生产为主。公司成立之初，高层领导经过翔实的市场和技术调研，看中长链二元酸产品的广阔用途和巨大市场，开始全力攻关生物法长链二元酸的产业化难题。2003年，公司年产7000吨生物法长链二元酸的发酵工厂投产，当时全球长链二元酸市场的主导者杜邦拥有2万吨的化学法产能，公司产品既能满足下游聚合要求的质量标准，又比杜邦的产品便宜了三分之一。2006年，公司产量达到8000多吨，远销欧美，杜邦选择将其经营长链二元酸业务的子公司英威达出售，英威达后续逐步退出了长链二元酸市场。长链二元酸商业上的成功使之成为世界上第一个用生物法取代化学法的材料单体。公司形成种类全面、质量过硬的产品系列，获得国际知名企业认可。公司能够生产从十碳到十八碳的各种链长二元酸（目前以DC12、DC13为主），主要下游应用是合成高性能长链聚酰胺，具备开拓多个潜在市场的能力。公司生物法长链二元酸系列产品通过不断研发改进工艺，提升产品竞争力，为市场日益增加的新材料需求提供更多可能，如DC13的推出使得麝香T的生产成本有效降低，扩张市场规模，带动行业发展。目前公司产品已经占有全球市场主导地位，除癸二酸以外的长链二元酸全球市场份额达80%，与杜邦、艾曼斯、赢创、诺和诺德等主要下游客户建立了良好稳定的商业合作关系。疫情之前公司产量和营收稳定增长，预计2021年疫情影响有限。2016-2019年，公司生物法长链二元酸产能由3.5万吨增长到7.5万吨，产量由2.8万吨增长到5.9万吨，DC单体和混合酸的合计营收由8.6亿元增长到17.7亿元，都实现了翻倍。2020年，公司生产和下游需求都受到疫情影响，导致产销量有所下降。2021H1，公司实现营收10.14亿元，同比增长27.83%，基本恢复到疫情前水平，考虑到生物基聚酰胺在6月底投产，对上半年的营收影响有限，所以我们判断生物法长链二元酸的产销基本恢复正常。公司议价能力较高，产品毛利率稳步提升。疫情之前公司生物法长链二元酸产品的均价不断提高，原因是随着从事化学法生产的主要竞争对手英威达退出市场以及环保监管要求日益提高，公司在长链二元酸领域的市场地位和议价能力进一步得到巩固，上游成本的增加能够有效转移到销售价格中，保证了公司维持较高的毛利率。2016-2020年，DC单体的毛利率由34.9%提高到49.8%，混合酸的毛利率由50.1%提高到60.6%，尽管2020年的产品需求遭到疫情影响，但是产品的盈利能力仍然十分优秀。菌种和生产工艺不断优化，重量转化率持续提升。随着公司持续的研发投入，菌种和生产工艺不断优化，成果直接体现为越来越高的重量转化率，重量转化率是产物的重量相对原料烷烃重量的比例，理论上生产DC12的重量转化率上限为135.3%（230/170），生产DC13的重量转化率上限为132.6%（244/184）。根据国家知识产权局的专利检索系统中公司申请的相关专利详情，公司生产DC12的重量转化率从2004年的72.21%提升到2018年的100.40%，生产DC13的重量转化率从2004年的80.67%提升到2012年的92.30%。尽管这些数据的实验条件存在差异且不一定是实际生产能达到的水平，但确实反映了公司在生物法长链二元酸生产中不断取得进展。生产效率提升减少原材料涨价影响。公司从多方面提升生产效率：1）在菌种筛选环节不断改进生物法长链二元酸系列产品的菌种，提高发酵转化率、产酸水平和节能减耗水平；2）在发酵生产环节通过优化发酵液配方、增大单个发酵体积等方式直接提高生产效率、降低生产成本；3）在分离纯化环节公司既拥有一步膜过滤提取工艺使长链二元酸收率接近99%，又有溶剂结晶等进一步产品精制技术，同时还有分子蒸馏、色谱分离、从发酵液一步结晶等多种提取纯化方法，这些方法可相互取代或组合使用以实现最高效的去杂过程。因此，生产效率提升部分抵消了原材料价格的上涨，2019年公司生物法长链二元酸的主要原材料混合烷烃和单体烷烃采购均价相较2016年分别上涨了29.73%和17.35%，而公司单位直接材料成本维持在1.34万元/吨。公司在长链二元酸领域的专利布局全面，加强知识产权保护。根据国家知识产权局的专利检索系统，截至2022年1月24日，在长链二元酸领域共有国内专利337项，公司及公司子公司申请的专利合计92项，占比27%，远超其他申请人的专利数。公司早在2004年便申请了第一项长链二元酸领域的专利，之后在2017-2019年期间密集申请。对于工程菌的构造和微生物的代谢调控等技术，公司以商业秘密的形式保护核心部分，并辅以专利保护；对于生物转化和发酵体系的分离纯化技术，公司建立了完整的专利体系，并辅以商业秘密保护。对知识产权的有效保护巩固和加强了公司在行业的领先地位。维权十余载，公司积累了丰富的知识产权保护经验。2008年，前公司员工王志洲未完成离职手续的情况下即进入山东瀚霖工作，负责山东瀚霖长链二元酸的生产线建设及生产管理工作。为维护自身权益，2008年起公司与山东瀚霖、王志洲及其他侵权者发生了一系列诉讼案件。2021年12月23日，最高人民法院作出【（2021）最高法知民终1305号】民事终审判决，要求山东归源、莱阳恒基立即停止销售侵权产品并赔偿公司经济损失，至此公司已经在长链二元酸知识产权维权进程中取得了针对多家公司侵权行为的多项生效胜诉判决。此外，公司还通过在各领域建设高通量研发平台，大幅度提高公司的研发效率、减少对核心技术人员的依赖并更有效地保护知识产权。质量优势+品牌和客户优势确保公司对新进入者的竞争力。新日恒力在宁夏建成年产5万吨DC12项目，已于2021年10月投产，被视作公司最大的竞争对手。一方面，公司作为全球长链二元酸市场主导供应商，定义了该产品主要生物指标、质量标准、方法等重要参数，产品质量优良且性能稳定；另一方面，公司在市场中树立了良好的品牌形象，与杜邦、艾曼斯、诺和诺德、赢创等知名企业建立了长期稳定的商业合作关系，并配合下游客户深度研发产品的潜在应用，进一步提升客户粘性。所以我们认为公司对于生物法长链二元酸领域的新进入者有较强的竞争力，全球龙头地位稳固。长链二元酸是公司聚酰胺产业链战略的重要基础。公司聚焦聚酰胺产业链，聚酰胺可由二元酸和二元胺缩聚得到，因此二元酸和二元胺也被称为合成聚酰胺的单体，二元胺主要有己二胺和戊二胺，二元酸则种类很多，常见的有己二酸、癸二酸等。公司依靠自身的系列长链二元酸产品，可以合成多种高性能长链聚酰胺，如戊二胺与长链二元酸（十六碳以上）聚合得到的长链聚酰胺产品具有接近聚酰胺11、聚酰胺12的低温柔韧性能，因此长链二元酸是公司聚酰胺产业链战略的重要基础。亮点二：关键单体戊二胺取得突破，生物基聚酰胺打造第二成长曲线1）全球首次实现生物基戊二胺产业化，为聚酰胺产业创造更多机遇传统化学法合成戊二胺难以产业化，生物法另辟蹊径。1，5—戊二胺（以下简称戊二胺）是重要的碳五平台化合物，在农业领域可以提高果实产量，在医学领域可以治疗痢疾，在工业领域可以和二元酸合成新型聚酰胺，用途广泛。传统化学法合成戊二胺条件苛刻，成本较高，难以大规模产生，局限于实验室研究。因此生物法合成戊二胺成为研究热点，目前主要有酶催化法和发酵法两种，其中酶催化法难度较低，原理是先通过微生物发酵生产赖氨酸脱羧酶，再用酶催化赖氨酸生产戊二胺，而发酵法是微生物直接发酵生产戊二胺，难度较高。总的来说，两种生物法合成方式为戊二胺大规模生产提供了可能。公司年产能5万吨的生物基戊二胺生产线已投产，在全球范围内首次实现生物基戊二胺产业化。早在2006年公司就开始生物基戊二胺的立项和实验，而且在较短的时间内正确选题并攻克生物基戊二胺技术瓶颈。根据国家知识产权局的专利检索系统，截至2022年1月24日，在戊二胺领域共有国内专利129项，公司及公司子公司申请的专利合计42项，占比33%，在所有申请人中排名第一。公司的生物基戊二胺产品经下游国际客户验证，已用于汽车表面漆涂料，该应用获得欧洲新材料大奖。2021年6月底，公司年产能5万吨的生物基戊二胺生产线正式投产，在全球范围内首次实现生物基戊二胺产业化。目前公司生产戊二胺主要用于自身聚酰胺系列产品的生产，少量提供给环氧固化剂、异氰酸酯等下游客户进行应用开发。国内赖氨酸产业产能过剩，有利于生物基戊二胺降低成本。根据华经情报网数据，2019年国内赖氨酸产能达到280万吨，产量仅为197万吨，产能严重过剩。发展以赖氨酸为原料生产戊二胺的新技术，有助于利用和消化已有赖氨酸产能，延长产业价值链，上下游联动，解决产能严重过剩带来的产业危机，具有重要的经济效益。同时，国内赖氨酸的过量供给有利于降低生物基戊二胺的成本，根据中国科学院的数据，戊二胺的生产成本可以控制在1.4万元/吨左右，远远低于己二胺（2.5万元/吨）。戊二胺一定程度上可以替代己二胺，解决己二腈“卡脖子”问题。传统化学法生产缩聚型