Рынок биотопливных ферментов — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по типу (целлюлаза, амилаза, ксиланаза, липаза и другие), применению (лигноцеллюлозный этанол, биодизель, этанол на основе кукурузы/крахмала и другие), по регионам и конкуренции, 2019–2029 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок ферментов для биотоплива оценивался в 1,23 млрд долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет прогнозировать впечатляющий рост в прогнозируемый период с CAGR 7,78% до 2029 года. Рынок ферментов для биотоплива на протяжении многих лет переживает рост из-за растущей обеспокоенности по поводу экологической устойчивости и необходимости поиска альтернативных источников энергии. Ферменты играют решающую роль в производстве биотоплива, катализируя расщепление сложной биомассы на простые сахара, которые затем можно ферментировать для производства биотоплива, такого как биоэтанол и биодизель. Ключевые факторы, влияющие на мировой рынок биотопливных ферментов, включают поддерживающую политику и стимулы со стороны правительств по всему миру, которые могут существенно повлиять на рост биотопливной промышленности и, следовательно, на спрос на ферменты, используемые в производстве биотоплива. Доступность и стоимость сырья из биомассы, такого как кукуруза, сахарный тростник и целлюлозные материалы, могут влиять на спрос на ферменты, используемые при их преобразовании в биотопливо. Инвестиции в исследования и разработки технологий производства биотоплива, включая ферменты, могут стимулировать инновации и приводить к росту рынка. Общий спрос на энергию и необходимость сокращения выбросов парниковых газов могут стимулировать внедрение биотоплива и, следовательно, влиять на рынок биотопливных ферментов. Внедрение биотоплива и связанных с ним ферментных технологий на развивающихся рынках может зависеть от таких факторов, как экономический рост, энергетическая безопасность и экологические проблемы.

Основные движущие силы рынка

Выпуск новых продуктов для стимулирования рынка биотопливных ферментов

Текущие исследования и разработки в области ферментных технологий могут привести к открытию более эффективных и экономичных ферментов, что повысит их внедрение в процессы производства биотоплива. Инвестиции в исследования и разработки технологий производства биотоплива, включая ферменты, могут стимулировать инновации и приводить к росту рынка.

Например, с запуском eBOOSTTM GT и нового фермента для преобразования волокон eBREAKTM 1000F компания Royal DSM расширяет ассортимент своей продукции в области низкоглицериновой дрожжевой технологии для биотопливной промышленности в Иллинойсе с 2019 года. С сокращением поставок Glucoamalyse (GA) извне на 60%, eBOOST GT, который был протестирован и одобрен в коммерческих масштабах, таким образом, обеспечивая надежность и преимущества урожайности eBOOST при ферментации крахмала.

Постоянные исследования и разработки в области биотехнологии привели к открытию более эффективных и экономичных ферментов. По мере совершенствования ферментной технологии эффективность процессов производства биотоплива возрастает, что делает биотопливо более конкурентоспособным на энергетическом рынке с растущим спросом во всем мире. Более того, многие правительства по всему миру внедрили политику и стимулы для поощрения использования биотоплива в рамках своих усилий по сокращению выбросов парниковых газов и достижению энергетической безопасности. Эти меры поддержки могут стимулировать инвестиции в технологии производства биотоплива в прогнозируемый период.

Резкий рост использования биодизельного топлива

В связи с растущей потребностью в биодизеле биотопливные ферменты широко используются в промышленности. Поскольку это более чистое топливо, биодизель заменил дизельное топливо во всем мире. Помимо оксидов азота, он выделяет меньше загрязняющих веществ в воздух и парниковых газов. Стоимость продуктов на основе нефти растет, что делает биодизель более доступной альтернативой нефтяному дизельному топливу. Использование биодизеля снижает потребность в ископаемом топливе. С такими устройствами, как BioCube, для всех сетей, от сельских сетей в бедных странах до столичных сетей в богатых странах, его сравнительно легко перерабатывать в качестве альтернативного источника энергии.

С более чем 13,9 миллиардами галлонов или почти 53 миллиардами литров этанола, производимого ежегодно, Соединенные Штаты являются крупнейшим в мире производителем этанола как для потребления, так и для использования в качестве топлива.

Биотопливо может производиться из различного сырья, включая кукурузу, сахарный тростник, целлюлозные материалы и водоросли. Доступность и стоимость сырья из биомассы, такого как кукуруза, сахарный тростник и целлюлозные материалы, могут влиять на спрос на ферменты, используемые при их преобразовании в биотопливо.

Ферменты можно адаптировать для оптимальной работы с различным сырьем, что делает производство биотоплива более универсальным и адаптируемым к региональным сельскохозяйственным ресурсам.

Подсчитано, что мировые выбросы парниковых газов (ПГ) состоят более чем из двух третей энергии. По данным Международного энергетического агентства, 45% всех мировых выбросов от сжигания топлива приходится на уголь, за ним следует нефть (32%) и природный газ (22%). На Европейский союз, Индию, Российскую Федерацию, Китай и США в совокупности приходится 45% мировых выбросов от сжигания топлива.

С ростом обеспокоенности по поводу изменения климата и воздействия на окружающую среду растет спрос на возобновляемые и устойчивые источники энергии. Биотопливо, произведенное из биомассы, предлагает более экологичную альтернативу ископаемому топливу, а ферменты играют решающую роль в его эффективном производстве. Ожидается, что растущая обеспокоенность населения состоянием окружающей среды и зависимость от импорта нефти и топлива будут стимулировать рынок биотопливных ферментов в развивающихся странах. Поскольку снижение зависимости от импортируемого ископаемого топлива и диверсификация энергетического баланса являются важными целями для многих стран, использование биомассы внутреннего происхождения для производства биотоплива с помощью эффективных ферментов может повысить энергетическую безопасность.

Растущие исследования и разработки

Постоянные исследования и разработки в области биотехнологии привели к открытию более эффективных и экономически выгодных ферментов. По мере совершенствования ферментной технологии повышается эффективность процессов производства биотоплива, что делает биотопливо более конкурентоспособным на энергетическом рынке.

Ученые из Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов (CNPEM) генетически модифицировали грибок для получения смеси ферментов, которые растворяют углеводы в биомассе, такой как жом и отходы сахарного тростника (верхушки и листья), в сбраживаемый сахар для эффективной промышленной переработки в биотопливо.

Одним из самых больших препятствий для производства этанола второго поколения является создание недорогих комбинаций ферментов. Биотопливо второго поколения производится с использованием различных видов непищевой биомассы, включая древесную щепу, сельскохозяйственные отходы и отработанное фритюрное масло. Метод, разработанный исследовательской группой CNPEM, открывает путь к наиболее эффективному использованию отходов сахарного тростника для создания биотоплива.

Например, Novozymes запустила Fiberex в 2020 году, комплексную платформу, которая использует передовые штаммы дрожжей и ферменты для превращения кукурузного волокна в этанол. Novozymes запустила первые продукты Fiberex в рамках объявления о платформеFiberex R1, технологию, созданную специально для доставки этанола в отдельных процессах превращения волокон в этанол, и Fiberex F1, фермент целлюлазы, созданный для обеспечения преобразования волокон для внутрипроизводственных технологий.

Основные проблемы рынка

Технологическая сложность и затраты на разработку

Одной из главных проблем, стоящих перед мировым рынком ферментов для биотоплива, является сложность разработки и оптимизации ферментативных процессов для производства биотоплива. Ферменты играют решающую роль в расщеплении сложных материалов биомассы на ферментируемые сахара, которые затем могут быть преобразованы в биотопливо. Однако оптимизация формул ферментов и производственных процессов подразумевает значительную технологическую сложность и затраты на НИОКР. Исследователи постоянно стремятся улучшить производительность, стабильность и специфичность ферментов, одновременно снижая производственные затраты, чтобы сделать биотопливо более экономически жизнеспособным. Достижение этих целей требует существенных инвестиций в исследования, разработки и инновации, что создает проблему для компаний, работающих на рынке биотопливных ферментов, особенно для небольших игроков с ограниченными ресурсами.

Конкуренция со стороны альтернативных технологий

Конкуренция со стороны альтернативных технологий представляет собой значительную проблему для мирового рынка биотопливных ферментов. Хотя ферментативные процессы предлагают многочисленные преимущества для производства биотоплива, включая высокую специфичность, мягкие условия реакции и совместимость с различными источниками сырья, они также сталкиваются с конкуренцией со стороны альтернативных технологий, таких как термохимические и биохимические процессы преобразования. Термохимические процессы, такие как пиролиз и газификация, включают прямое термическое или химическое разложение биомассы для производства биотоплива, в то время как биохимические процессы, такие как ферментация и анаэробное сбраживание, полагаются на микроорганизмы для преобразования биомассы в биотопливо. Эти альтернативные технологии предлагают различные преимущества и компромиссы с точки зрения гибкости исходного сырья, эффективности процесса и выхода продукта, что ставит перед производителями биотопливных ферментов задачу дифференцировать свою продукцию и продемонстрировать свое конкурентное преимущество на рынке. Более того, продолжающиеся достижения в альтернативных технологиях в сочетании с улучшениями в предварительной обработке сырья и последующей переработке еще больше усиливают конкуренцию и стимулируют инновации в биотопливной отрасли, требуя от производителей биотопливных ферментов постоянного инвестирования в исследования и разработки для поддержания своего конкурентного преимущества.

Основные тенденции рынка

Переход к биотопливу второго поколения

Биотопливо второго поколения, полученное из непищевого сырья, такого как сельскохозяйственные отходы, отходы лесного хозяйства и специальные энергетические культуры, набирает обороты как устойчивая альтернатива биотопливу первого поколения. В отличие от биотоплива первого поколения, которое конкурирует с производством продуктов питания и вызывает опасения по поводу продовольственной безопасности и изменения землепользования, биотопливо второго поколения предлагает экологические преимущества и смягчает эти проблемы. Биотопливные ферменты играют решающую роль в преобразовании лигноцеллюлозной биомассы в ферментируемые сахара для производства биотоплива второго поколения. Однако коммерциализация биотоплива второго поколения сталкивается с рядом проблем, включая высокие производственные затраты, технологические сложности и отсутствие поддерживающей инфраструктуры и политики.

Растущее внимание к устойчивым биоперерабатывающим заводам

Устойчивые биоперерабатывающие заводы становятся ключевыми игроками в биотопливной промышленности, стремясь интегрировать производство биотоплива с другими продуктами с добавленной стоимостью и утилизацией отходов. Эти биоперерабатывающие заводы используют биотопливные ферменты для преобразования различного сырья не только в биотопливо, но и в биохимикаты, биопластики и другие биопродукты. Принимая подход круговой экономики, устойчивые биоперерабатывающие заводы стремятся минимизировать образование отходов, максимизировать эффективность использования ресурсов и снизить воздействие на окружающую среду. Однако разработка и эксплуатация устойчивых биоперерабатывающих заводов сталкиваются с проблемами, связанными с технологической интеграцией, экономической жизнеспособностью и рыночным спросом на биопродукты. Кроме того, нормативные рамки и стимулы играют решающую роль в стимулировании инвестиций в устойчивые биоперерабатывающие заводы и содействии их росту.

Сегментарные идеи

Тип

В зависимости от типа ферменты целлюлазы занимают доминирующее положение на мировом рынке ферментов биотоплива из-за их незаменимой роли в производстве целлюлозного этанола, краеугольного камня биотоплива второго поколения. Целлюлоза, самое распространенное органическое соединение на Земле и основной компонент лигноцеллюлозной биомассы, служит возобновляемым и устойчивым сырьем для производства биотоплива. Однако сложная структура целлюлозы представляет собой значительную проблему для ее преобразования в сбраживаемые сахара. Ферменты целлюлазы решают эту проблему, катализируя гидролиз молекул целлюлозы в глюкозу, сбраживаемый сахар, подходящий для производства этанола посредством процессов ферментации. Способность ферментов целлюлазы эффективно расщеплять целлюлозу на ферментируемые сахара делает их важнейшими катализаторами в процессе преобразования непищевой биомассы, такой как сельскохозяйственные отходы, отходы лесного хозяйства и специальные энергетические культуры, в биотопливо. Более того, ферменты целлюлазы обладают рядом преимуществ, включая высокую субстратную специфичность, надежную активность в широком диапазоне условий и совместимость с различными источниками биомассы. Поскольку правительства во всем мире отдают приоритет разработке устойчивых и возобновляемых источников энергии для смягчения последствий изменения климата и снижения зависимости от ископаемого топлива, спрос на целлюлозный этанол и, следовательно, ферменты целлюлазы продолжает расти. Кроме того, достижения в области ферментной инженерии и биотехнологии привели к разработке новых формул целлюлазы с улучшенными свойствами, что еще больше стимулирует рост рынка. Благодаря своей ключевой роли в обеспечении преобразования лигноцеллюлозной биомассы в биотопливо, целлюлаза становится доминирующей силой на мировом рынке ферментов биотоплива, готовая продолжить свое расширение по мере развития и развития биотопливной промышленности.

Application Insights

Основываясь на сегменте Application, лигноцеллюлозный этанол получают из непищевых источников биомассы, таких как сельскохозяйственные отходы, отходы лесного хозяйства и специальные энергетические культуры. В отличие от биотоплива первого поколения, которое опирается на пищевое сырье, такое как кукуруза и сахарный тростник, лигноцеллюлозный этанол предлагает несколько преимуществ, включая снижение конкуренции с продовольственными культурами, снижение выбросов парниковых газов и повышение устойчивости. Однако преобразование лигноцеллюлозной биомассы в этанол требует использования специализированных ферментов, включая целлюлазы, гемицеллюлазы и лигниназы, для расщепления сложных полисахаридов на ферментируемые сахара.

Доминирование лигноцеллюлозного этанола на мировом рынке биотопливных ферментов обусловлено несколькими факторами. Растущие экологические проблемы и нормативные инициативы, направленные на сокращение выбросов парниковых газов, стимулировали спрос на устойчивое биотопливо, такое как лигноцеллюлозный этанол. Достижения в области ферментной технологии и методов биопереработки повысили эффективность и рентабельность производства лигноцеллюлозного этанола, что еще больше стимулирует рост рынка. Кроме того, лигноцеллюлозный этанол обеспечивает большую гибкость в выборе сырья и географическом распределении по сравнению с биотопливом первого поколения, что делает его привлекательным вариантом для производителей биотоплива по всему миру.

Региональные данные

Мировой рынок ферментов для биотоплива переживает значительный рост, и на нем доминируют несколько ключевых регионов, каждый из которых вносит свой уникальный вклад в расширение рынка. Среди этих регионов Северная Америка выделяется как выдающийся лидер на мировом рынке ферментов для биотоплива.

Последние разработки

• В январе 2023 года NREL инициировала проект синтетической биологии в сотрудничестве с LanzaTech, Северо-Западным университетом и Йельским университетом с целью усовершенствования технологий для открытия биотоплива. Это сотрудничество направлено на разработку потребляющих углерод бактерий, способных производить устойчивое биотопливо в промышленных масштабах. Вместо традиционных методов проб и ошибок для генетической манипуляции бактериями команда будет использовать стратегию предиктивного проектирования, интегрируя инструменты генной инженерии и машинного обучения для более эффективных и целевых модификаций.

Ключевые игроки рынка

• ABEnzymes GmbH
• Передовые технологии ферментов Ltd.
• Agrivida,Inc.
• BASF SE
• Codexis,Inc.
• EnzymeDevelopment Corporation
• Aemetis,Inc.
• LogenCorporation
• NovozymesA/S
• DuPont deNemours, Inc.