中国报告大厅网讯，正丁醇作为重要的大宗化工原料和新一代液体生物燃料，在当前能源结构转型与环保需求升级的背景下，其行业发展备受关注。2025年，正丁醇行业竞争围绕生产成本、技术突破与原料应用展开，石化法凭借当前 1.57 美元 / 千克的成本优势仍占据一定市场份额，但生物法正丁醇依托理论原料成本更低、碳中性的特点，在技术不断进步的推动下，逐渐展现出替代石化法的潜力，行业整体呈现出传统工艺与新兴技术博弈、成本与环保需求平衡的发展态势。以下是2025年正丁醇行业竞争分析。

  一、正丁醇生物制造的历史演进与2025年行业现状

  正丁醇的生物制造可追溯至第一次世界大战期间，当时借助产溶剂梭菌厌氧发酵产生的正丁醇合成丁二烯橡胶，成为当时合成橡胶生产的理想路线，同时以玉米粉等碳水化合物为底物的溶剂发酵快速发展，一度成为仅次于酒精发酵的世界第二大发酵工业。进入 1950 年代后，受石油工业冲击，相关发酵技术在欧洲、北美和日本等地逐渐停止生产，而部分国家因特殊环境仍继续推进，1955 年建立了第一家相关发酵工厂，随后二三十年间陆续建立约 30 家规模在年产 3000-10000 吨的工厂，使得国内年生产能力达到 17 万吨。1990 年代起，由于石油合成化工的蓬勃发展，发酵法生产正丁醇在成本上逐渐失去竞争优势，相关企业逐步关闭。

  21 世纪以来，国际石油价格剧烈波动以及石油资源不可再生的共识，让发酵法生产正丁醇技术重新受到广泛关注，近几年多个厂家的正丁醇生产线复产或建成投产，年设计产量可达 100 万吨规模。2008 年底金融危机导致正丁醇价格从每吨 1.3 万元下跌到 5000 元，迫使很多工厂停工或关闭。到 2025 年，随着油价逐步走低，石化法生产正丁醇的成本下降至约 1.57 美元 / 千克，而传统 ABE 发酵正丁醇成本约为 1.83 美元 / 千克，石化法在成本上暂时占优。但从正丁醇发酵原料的理论碳利用率核算，生物法的理论原料成本远低于石化法的理论原料成本，且生物法具有可再生优势，不会向生物圈碳循环引入更多碳，目前部分国家仍是少数具备正丁醇发酵生产能力的国家之一，纤维素正丁醇成为当前唯一处于商业化进程中的生物法路线，其经济效益有待市场进一步考证。

  二、正丁醇生产的菌种分类与工艺发展情况

  产溶剂梭菌是正丁醇工业生产菌种的唯一来源，传统 ABE 发酵中使用的工业菌种名目繁多，分类学和系统发育相关性研究曾较为混乱。经过多年研究，目前普遍认为工业用产溶剂梭菌可归为 4 个种，所有原来的淀粉发酵型菌株隶属于丙酮正丁醇梭菌，该菌具有较强的淀粉酶活力，适用于发酵玉米和谷类等淀粉质原料，同时具备独特的系统发育特性。另外 3 个紧密相关的种与丙酮正丁醇梭菌亲缘关系较远，已鉴定的糖发酵菌株大多数隶属于其中的拜氏梭菌。针对部分地区以谷、薯类为主的农业生产状况，溶剂发酵菌种多为丙酮正丁醇梭菌，且由当地相关机构自行选育驯养，这些菌种所产溶剂中，正丁醇、丙酮、乙醇 3 种组分的比例均为 6:3:1。在菌种改良过程中，曾通过土样分离和诱变筛选获得高正丁醇比例的菌株，其溶剂中 3 种组分比例达到 7:2:1，淀粉转化率比传统菌种高 5%，同时部分生产企业也选育出适用于糖蜜、水解液等特定原料的菌种。

  在正丁醇生产工艺方面，传统发酵法主要包括溶剂的连续发酵、产物和副产物的蒸馏法分离提取以及生产过程中的环境保护措施等。20 世纪四五十年代，工业生产中生物正丁醇发酵使用 20 万 - 80 万升的大容积批式发酵罐，发酵基质为玉米粉或糖蜜，每批发酵需 40-50 小时，这种方式虽简单，但生产效率低、操作麻烦、劳动强度大，清洗消毒的物质和能量消耗也大。20 世纪五六十年代开始逐步实施连续发酵工艺，目前大规模正丁醇生产多采用该工艺，连续发酵产率通常是批式发酵的 2-3 倍，减少了清洗消毒操作，同时降低了物质消耗量及废水排放。产物提取是正丁醇发酵中能量消耗较大的环节，发酵液中正丁醇含量一般仅 2% 左右，工业生产通常采用连续蒸馏方法，通入蒸汽利用各组分凝沸点差异，通过一系列蒸馏塔装置分馏各组分，再经精馏进一步纯化，随着环保意识加强，减少三废排放已成为正丁醇工艺研究的重要方向。

  三、正丁醇生物制造面临的核心挑战与成本构成问题

  《2025-2030年全球及中国正丁醇行业市场现状调研及发展前景分析报告》从传统生物正丁醇生产成本构成来看，原料和蒸汽成本分别占总成本的 75% 和 16%，这两大成本相关的问题成为制约正丁醇生物制造发展的关键。在原料方面，获取廉价发酵原料是所有生物基产品的共性问题，而正丁醇生产中原料成本占比极高，使得原料问题尤为突出。近年由于国内以玉米等粮食作物为原料的生物炼制行业快速发展，一定程度上推动全国粮食价格较快上升，导致生物正丁醇生产成本大幅增加，同时出于维护粮价稳定和粮食安全战略考虑，开始限制大规模使用玉米等粮食作物发展生物能源，如何提高原料转化率、利用廉价非粮类原料生产正丁醇以降低生产成本，成为该产业必须直面的瓶颈问题。

  在正丁醇发酵过程中，还存在正丁醇选择性较低、发酵液中正丁醇效价低的问题。传统 ABE 发酵生成丙酮、正丁醇和乙醇三联产物，还伴有少量有机酸，这使得正丁醇占总溶剂(丙酮、正丁醇、乙醇)的质量比仅为 60%-70%，增加了后续产品分离设备的投入及能耗;且正丁醇对以葡萄糖计的原料质量转化率为 25%-29%，仅为理论值的 61%-71%。在正丁醇浓度方面，传统 ABE 发酵工艺中，正丁醇浓度不到 2%，导致蒸馏成本约占生物正丁醇生产总成本的 20%，而传统丙酮正丁醇梭菌发酵生产中的正丁醇终浓度维持在 13-14 克 / 升，难以超过这一阈值的主要原因是正丁醇对产溶剂梭菌细胞存在毒害作用。

  四、正丁醇生产的新型原料开发与技术优化方向

  为解决正丁醇生产的原料难题，新型原料开发成为重要方向，主要包括非粮作物、木质纤维素和合成气三类。在非粮作物方面，薯类(如木薯、红薯、马铃薯等)淀粉含量高，在多地广泛种植，价格较玉米、小麦等粮食类原料低廉，已被大量用于生物乙醇生产，部分生物正丁醇生产企业也在玉米原料中混入薯类原料发酵以减少玉米用量;菊芋产量极大，每公顷可产菊芋块茎 30-75 吨，鲜菊芋块茎中富含多聚果糖，是极具开发潜力的半野生资源，适合作为微生物发酵生产生物基化学品的糖源，国外以菊芋为原料发酵制备正丁醇的研究较多;甜高粱作为普通粒用高粱的变种，具有抗旱、耐涝、耐盐碱、适应性强、生物量高、糖分高等特点，是高效能植物，利用边际性土地种植甜高粱，取其秆榨汁发酵生产正丁醇，成为一条可行思路，但这些非粮作物虽能一定程度缓解生物正丁醇高成本问题，成本仍偏高。

  在木质纤维素方面，其被普遍认为是最具应用潜力的发酵原料，目前主流工艺为原料预处理和水解为单糖、糖液发酵生成正丁醇、产物蒸馏回收，但存在诸多技术瓶颈，仅菌种层面，纤维水解液中五碳糖和六碳糖的同等利用就是亟待解决的难点之一，且纤维素水解需添加大量纤维素酶，会大幅增加生产成本。利用纤维素直接生产正丁醇是更理想的工艺，但产溶剂梭菌不具备纤维素降解能力，将纤维素降解菌和产溶剂梭菌混菌培养，可实现纤维素正丁醇的 “一锅法” 生产，免去纤维素酶生产和添加过程，不过共生系统调控复杂，需兼顾各微生物种群生长及代谢特点，维持系统稳定和优化难度大，一旦种群比例失衡，会加剧营养组分摄取竞争或导致共生系统崩溃，需针对混菌体系设计构建原理及物质流、能量流、信息流适配调控机制开展研究，利用合成生物学手段实现纤维素正丁醇高产。

  在合成气方面，合成气主要由 CO、H₂组成，来源广泛，包括煤、油页岩、焦油沙、重残渣、劣质天然气及生物质，以合成气为原料合成化工原料的生产技术已投入商业运行，近年以生物技术主导的合成气综合利用技术备受关注，通过厌氧发酵将合成气转化为燃料和化学品成为研究热点。目前已知可利用合成气发酵生产正丁醇的微生物菌株较少，正丁醇产量分别为 1.776 克 / 升和 2.7 克 / 升，为实现合成气生产正丁醇产业化，后续可通过在乙醇生产菌株中引入乙醇到正丁醇的代谢途径、对天然合成气发酵产正丁醇微生物进行代谢工程改造提高生产强度、在传统糖源正丁醇生产菌株中导入合成气代谢途径等方式提升产量。

  同时，为提高正丁醇生产经济性，技术优化还围绕提高正丁醇比例和浓度展开。在提高比例方面，通过对微生物正丁醇途径的重构和优化，降低丙酮和乙醇合成量，近十年来利用基因工程和代谢工程技术改造正丁醇发酵菌种(如基因敲除、基因表达、应用反义 RNA 进行基因调控等)，解除代谢过程中产物和中间产物抑制，强化正丁醇生产关键酶，切断或弱化副产物生成代谢途径，有效提高了正丁醇在溶剂中的比例。在提高浓度方面，正丁醇对菌体细胞毒性较大，通过菌株遗传改造增强正丁醇耐受性，为提高正丁醇生物合成选择性和产物浓度创造条件，也可通过改进发酵和下游工艺减轻发酵液中正丁醇毒性，或在高耐正丁醇菌株中构建异源正丁醇途径。传统正丁醇发酵中产物浓度提高主要受制于菌株正丁醇耐受性差，主要产溶剂梭菌的正丁醇耐受极限低于 2%(体积比)，且菌株正丁醇耐受性由多基因决定，调控网络复杂，改造难度大，但研究发现自然界中存在高正丁醇耐受性菌株，部分菌株正丁醇耐受极限高于 3%(体积比)，有望成为构建正丁醇途径的宿主菌。

  五、2025年正丁醇行业的未来发展展望与竞争趋势

  2025年正丁醇行业发展中，石化法虽当前在成本上占优，但生物法正丁醇凭借理论原料成本更低的优势，随着技术不断进步，实际碳利用率将持续提高，替代石化法的可能性逐步增大，且生物法的碳中性优势符合全球环保与可持续发展趋势，在政策鼓励与市场需求推动下，生物法正丁醇的市场份额有望逐步提升。

  纤维素正丁醇作为当前唯一处于商业化进程中的生物法路线，其经济效益需市场进一步考证，未来需依靠各项技术共同进步提升经济性;以钢厂尾气制备正丁醇被认为是有望获得最大经济性的技术路线，但要获得可商业化的菌种仍面临诸多挑战，需加大研发投入突破技术瓶颈。整体来看，2025 年及未来，正丁醇行业竞争将聚焦于生物法技术突破、新型原料开发与应用以及成本控制，谁能率先解决生物法正丁醇生产中的原料成本、菌株耐受性、产物浓度等问题，谁就能在行业竞争中占据有利地位，推动正丁醇行业向更环保、更经济、更可持续的方向发展。

  综上所述，2025年正丁醇行业呈现出石化法与生物法竞争发展的格局，石化法以 1.57 美元 / 千克的成本暂时领先，而生物法依托理论原料成本优势和碳中性特点，在技术优化与新型原料开发的推动下逐渐崛起。从历史演进来看，正丁醇生物制造经历了兴衰起伏，当前在能源与环保需求驱动下重新获得发展机遇;在生产层面，菌种分类逐渐清晰，工艺不断改进，但仍面临原料成本高、正丁醇选择性与浓度低等挑战;通过非粮作物、木质纤维素、合成气等新型原料开发及技术优化，正丁醇生产经济性逐步提升。未来，随着生物法技术持续突破与政策支持，正丁醇行业将朝着更可持续的方向发展，生物法有望逐步替代石化法，成为正丁醇生产的主流方式，同时新型原料路线的成熟也将为行业发展注入新动力，推动正丁醇在化工原料与生物燃料领域的应用进一步拓展。