中科国生王磊：“功能性”是当下生物基材料发展的第一要义
中科国生王磊：“功能性”是当下生物基材料发展的第一要义
中科国生成立于2021年7月，核心业务是开发5-羟甲基糠醛（HMF）及其衍生物呋喃二甲酸（FDCA）、四氢呋喃二甲醇（THFDM）、呋喃二甲胺（BAMF）等系列具有高附加值的呋喃生物基单体。
2023年华映资本领投了中科国生近亿元最新一轮融资。
华映资本管理合伙人章高男表示：“生物基材料作为双碳ESG和新材料交叉的创新领域，积极响应国家生物制造的新增长引擎，有望迎来产业黄金发展期。HMF及FDCA平台化合物从底层分子创新，衍生至多种终端材料和应用场景，从头构建全新产业链生态，增量市场空间广阔。国生团队技术能力和商业化能力并举，掌握催化剂合成、连续流反应器设计、配套工艺开发等系统化工程能力，将HMF/FDCA产能及成本突破至全球领先水平，并取得下游诸多标杆客户验证，实现了行业内首个百吨级订单，加速生物基材料的终端渗透和市场开拓。华映坚定看好生物基材料行业发展机会，愿长期陪伴国生这样的优秀企业不断突破，行稳致远。”
中科国生董事长王磊
站在门外看，当我们谈起生物基时，彷佛就等同于在谈论“双碳”与ESG。
的确，石油基正在逐渐脱离世界舞台的中心，这不仅仅是因为其目前只剩50年左右的储量，更在于随着科技的发展以及社会对绿色环保需求的提升，石油基终将“过时”。政策端，我国2020年提出“双碳”战略目标，2022年生物基材料被纳入“十四五”原材料工业规划重点任务。
但当我们跟着创业者的步伐走进门内，便会发现，现下生物基材料得以真正落地发展的第一驱动力实则是“功能性”。中科国生董事长王磊介绍：“从我们目前已拓展的场景来看，客户最在意的还是生物基材料的功能性应用价值。”
中科国生率先开创了HMF连续化生产工艺，使用特定的催化剂匹配相应溶剂体系实现了HMF低成本的规模化生产，解决了HMF产业链最关键的卡脖子环节，打通了由上游核心单体到终端应用的全产业链条。
目前中科国生已实现HMF、FDCA的百吨级生产线稳定运行，正在建设千吨级生产线。作为全球量产HMF材料的先行企业，其已拓展了在食品外包装、芳纶、聚酯纤维等方向的应用。
融资方面，中科国生在成立之初已获得中科优势Tech Capital的孵化投资，此后受到多家国内头部投资机构的密切关注。最新一轮近亿元融资由华映资本领投，老股东君联资本、君盛投资跟投。此外，中科国生还获得过经纬创投、五源资本、雅亿资本、碧桂园创投等投资机构的注资。
图 | 中科国生丽水中试基地（来源：中科国生）
致力于为材料行业带来原始创新
以最高效的、连续化的工艺真正降低HMF成本
创立中科国生前，王磊在中国科学院学习和工作了近20年。2007年其在中国科学院大连化学物理研究所博士毕业后，留在所内继续进行工业化应用的研究，2012年转入中国科学院宁波材料技术与工程研究所工作。20年间，王磊一直专注在催化领域，2021年4月其离开科学院体系，7月与张宇博士共同创立了中科国生。
创业背后，一方面是其看到了生物基新材料市场巨大的增长空间，根据 European Bioplastics 数据，预计 2025 年全球生物基塑料产量将达到 287 万吨。OECD预测，到2029年，至少有20%（约 8000 亿美元）的石化产品可由生物基产品替代，目前替代率不到 5%，存在较大的市场缺口。
另一方面，王磊一直想为材料领域带来一些原始创新，让世界看到中国原创的化工材料，具体来说，就是选择一个具有特定结构的材料，为行业创造不一样的性能与价值。
王磊所选择的材料便是HMF。HMF全称5-羟甲基糠醛，是一种由糖脱水生成的化学物质，分子中含有一个呋喃环，一个醛基和一个羟甲基。生物基平台化合物大多呈链状形态，而HMF是唯一一种具有环状结构的生物基平台化合物，相比于链状的平台化合物，其结构稳定性更好，强度更高。此外HMF呋喃环上的氧原子可能会赋予材料特殊的性能，这些对于材料开发来说意义重大。而且，HMF下游具有上千种高附加值衍生物，包括FDCA、THFDM、呋喃二甲胺等，而生物基材料FDCA是石油基PTA的最佳替代。
HMF早在两百年前便已被发现，咖啡、黄酒、甚至烤面包中都有HMF的身影，十几年前受国际大环境影响，一些欧美国家开始推进HMF的规模化生产工作，国内科研院所也在同期进行研究。
图丨HMF产品图（来源：中科国生）
但由于技术壁垒所导致的成本过高以及产业链各方之间沟通效率较低等问题，HMF市场化进程的推进一直十分艰难。“这其实是一整个产业的问题，HMF的工业化生产过往没成熟的经验，反应过程与传统石油化工在走向上差异较大。需要有针对性地设计适合于HMF生产的工艺路线、工业化装置、催化剂等，加之该过程比传统石油化工在副产物控制上难出许多，所以技术一直难以攻克，继而导致成本居高难下，规模化应用更是天方夜谭。”
中科国生在成立之初便是致力于用这种最高效的、连续化的工艺去真正地解决HMF的成本问题。在王磊看来，HMF归根到底还是大宗底层平台化合物，虽然可以在一些高附加值应用场景先让客户接受，但这种接受也只是阶段性的，如果成本不能降至下游客户可以以万吨为单位进行采购，那整个行业也就难有真正的发展可言。
而正如上文所述，降低成本需要多要素的全方位配合，这个过程是量变带来质变。中科国生自成立之初便对HMF规模化生产所需的各项要素进行突破，经过不断地尝试、改进，最终其打破技术壁垒，成为率先实现HMF稳定连续生产的企业。
果糖在高效催化脱水形成HMF时，糖原料和HMF易自聚形成大分子物质，导致反应器堵塞，大大降低生产效率以及产品产率，其独创的“SMART”催化反应体系可以抑制糖原料和HMF的自聚，在反应过程中确保不出现浆态和粘稠物料（不堵塞管道反应器），最终使HMF连续化生产。
而在技术上实现产品稳定连续生产只是第一步，找到合适的应用场景、合理定价、客户愿意买单、可以稳定供货等都是中科国生面临的挑战。
图丨HMF管线图（来源：中科国生）
打破应用场景探索惯性
行业内最早实现了芳纶领域的订单交付
作为行业领跑者，中科国生于2022年年中签订了国内首个FDCA吨级合同，2023年初连续实现2.7吨、10吨的一次性交付，并实现了FDCA百吨级销售订单，且已于今年2月一次性交付了30吨。据王磊介绍，2025年中科国生有望实现FDCA的千吨级销售订单。
而之所以能取得如此快的进展，主要得益于国生团队打破了过往应用场景探索的惯性思维。
最初，行业内对HMF在瓶片包装上的使用寄予厚望，HMF衍生品FDCA的下游产品主要是聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF），相比于传统的聚对苯二甲酸乙二酯（PET），PEF 具有极佳的气体阻隔性，可达到PET的6-10倍。基于此特性，中科国生在食品外包装场景上，进行了一段时间的拓展。
但没过多久，团队就“推翻”了这个思路。“并不是瓶片包装场景不可行，而是当下应用成本远高于客户预期。”王磊分析到，该类场景客户价格敏感度非常高，在HMF材料发展初期、成本还未降至客户可接受时，很难实现大规模突破。
所以，在之后的应用场景探索中，团队遵循商业发展规律，选择先切入偏高端市场。同时，HMF呋喃环的结构和传统石油化工苯环结构差异性较大，其可以从底层结构改变现有材料体系，为产品带来更多功能价值。中科国生基于呋喃环的结构特性有针对性地开发了差异化应用市场——芳纶与聚酯纤维。
相比于瓶片包装对应用成本的敏感，芳纶和聚酯纤维市场目前基本能满足应用需求，尤其FDCA在以上两个应用场景中，也展现出了更强的功能性。第一，以FDCA为原料生产的芳纶与聚酯纤维更加柔软、亲肤性更佳；第二，由于FDCA基材料可染性比传统的石油基更好，故而衣物颜色也会更加鲜艳。“虽然目前客户在使用我们材料时，表面上来看成本增加了，但是其不仅可以卖出更高的溢价，同时还可以在‘内卷’严重的市场打出差异化。”
借此，中科国生在“客户订单交付以及真正让客户买单”层面，走在了行业最前端。目前其已实现芳纶客户订单的交付，且客户已将材料用于下游产品的生产中。
在王磊看来，这种来自于客户维度的认可是抛开生产维度而言，从吨级到百吨级的最大鸿沟。“无论是一吨还是十吨，客户的诉求更多是验证材料的可行性，但百吨是意味着客户已经完全接受了该材料，中间有本质的区别。”
除了在芳纶与聚酯纤维领域继续拓展客户之外，中科国生也在为包装场景时刻准备着，预计在明年新基地投产之后，材料的成本价格可满足包装市场应用的要求。
未来，中科国生也会继续寻找第二个乃至更多的“FDCA”，目前对于“二醇”与“二胺”领域，其都在进行研究，“我觉得二胺可能会更先跑出来，比如像凯赛生物这类备受关注的合成生物学公司的一个重要方向就是生物基聚酰胺，该材料一个很重要的单体便是二胺，而中科国生目前在研究的呋喃二甲胺是环状的二胺，其未来在生物基聚酰胺领域会发挥非常重要的作用。”
创业是一场孤独的旅程，人们很容易看到台前的光鲜，但领导者的真正工作，往往隐匿在聚光灯背后。在无数个转辗反侧不为人知的日夜，那些决定咬牙坚持的瞬间，那些独自做出的成千上万个决策，才让他们翻越重重困难，走向心中的应许之地。
因此，我们推出「映见」特写栏目。在这里，我们关注创业者背后的故事，关注他们走过的关键时刻，以及梦想背后的驱动力。我们相信，创业者精神就是持续去做自己相信的事情，华映资本愿意陪伴并见证伟大的诞生，向创新者致敬，与坚持者同行。
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