过去几十年，生命科学和生物技术取得重大进展。这让政策制定者越发重视生物经济，将其视为应对粮食安全、医疗健康、资源约束、环境保护和气候变化等全球挑战的关键战略[1-2]。为促进生物经济发展，美国于2012年发布《国家生物经济蓝图》，于2022年发布了关于推进生物技术和生物制造的行政命令，随后于2024年成立了国家生物经济会[3-5]。中国也于2022年出台了首个生物经济发展规划《“十四五”生物经济发展规划》[6]。同样，欧盟（EU）及其若干成员国自2010年以来持续推动生物经济研究与政策战略。印度、巴西和南非等多个国家也实施了生物经济相关政策与战略，以推动本国经济的可持续发展[1,7]。
生物经济的概念在内涵与范围上存在不同解读。根据欧盟委员会（EC）的定义，生物经济涵盖“所有依赖生物资源的部门与体系”，以及“生产食品、饲料、生物基产品、能源和服务的所有经济和工业部门”[8]。美国农业部（USDA）则在《2002年农场安全与农村投资法案》中，将“生物基产品”定义为“一种商业或工业产品（食品或饲料除外），完全或大部分由生物产品、可再生的国内农业原料（包括植物、动物和海洋原料）或林业原料构成”[9]。上述关于生物经济的定义具有很多相似性。从生物经济衡量的产业视角看，农业、林业、渔业、食品业、纸浆与造纸业，以及部分化工、生物技术和能源产业，均属于生物经济领域[1]。此外，对生物经济的理解已不止在产业范畴内。在生物经济中，通过知识创新找到应对上述挑战的新方案至关重要，为循环生物经济开发新商业模式同样具有重要意义，且近年来这一领域备受关注。
生物经济是可持续发展的关键驱动力，它通过可持续利用生物资源和生物知识，提升社会、经济和环境福祉[10-11]。EU生物经济战略的行动计划涉及17项可持续发展目标（SDGs）中的12个领域共计53个具体指标[12]。生物经济能够产生显著影响，这在涵盖众多SDGs的领域中得到了充分体现[13]。对生物经济的监测和评估有助于追踪SDGs的进程，尤其是在经济增长（SDG 8）、粮食安全（SDG 2）和可持续消费（SDG 12）等领域[11]。
生物经济有别于与可持续发展相关的一些概念[14-15]，比如“生物基经济”“绿色经济”和“循环经济LONG8官方入口”。这些术语之间存在交集，并在可持续性和资源效率等方面具有共同目标。通常，绿色经济被视为一个总体性概念，旨在提升人类福祉与社会公平，同时降低环境风险和生态稀缺性。而生物经济通常被视为绿色经济的一个子领域，其重点在于通过可持续利用生物资源和生物知识，实现经济增长与技术发展。生物基经济是一个侧重于制造业的概念，主要涉及将生物资源转化为产品和材料，包括创新型生物基产品以及纺织品、木制品等传统产品。循环经济与生物经济相辅相成，它强调资源的回收、减量和可持续利用，以最大限度减少废弃物，旨在通过提供生态系统服务和生物资源的可持续管理，实现可持续福祉。生物经济概念与循环经济概念之间存在显著的协同关系，生物经济可被视为循环经济中的可再生部分。EC等机构提出的“循环生物经济”一词，凸显了这两个概念的融合，强调将循环原则应用于生物经济的重要性[14]。
生物经济涉及多种相互关联的因素和参与方，包括驱动力、资源利用、政策、战略、法律法规以及社会目标，这些通过生物质供给与利用以及生物知识相互联系[14]。供需关系在构建这一体系中起着关键作用。土地、水资源和劳动力等资源的可获得性对生物质市场影响显著。此外，废弃物和副产品对于实现可持续且循环的生物经济至关重要。政府政策、战略和法律法规都影响生物经济的发展。这些驱动力、资源与政策的相互作用影响着生物经济的供需，进而推动其对可持续发展目标的实现。
由于生物经济具有动态性，受技术进步、产业发展、政策变动等多种因素影响。因此，衡量其对经济增长和可持续发展的贡献具有一定挑战性。尽管如此，众多相关项目与研究方法已提供有价值的见解与成果。
为衡量生物经济对经济增长的贡献，必须了解其在整体经济中的占比。国民账户体系是当前广泛采用的衡量方法之一，投入产出表和统计调查也很常用[16-17]。基于MAGNET模型（一种全球前瞻性的事前模拟模型），欧盟“地平线”研究与创新资助计划下的BioMonitor项目通过重构现有数据与建模框架，弥补了生物经济研究中的信息空白，并预测了EU生物经济的生产趋势。该项目引入了新的生物化工活动（包括生化制品、生物制药和生物塑料），构建了一种新的虚拟贸易体系和一个具备先进基线的“足迹”模块。
以2020年为基准年，预计到2030年和2050年，EU相关各部门的产值将显著增长。2020年生物经济总产值约为32.95亿欧元；预计到2030年增长至36.47亿欧元；到2050年将达到42.34亿欧元。其中，食品与餐饮服务是规模最大的子行业，2020年产值约为15.76亿欧元；预计到2030年达到17.86亿欧元；2050年增至约21.72亿欧元。在各细分领域中，固体生物燃料行业的增长最为显著，预计到2050年，其产值将较2020年几乎翻倍。
BioMonitor项目还分析了两种假设情景：到2050年，化石燃料价格在基准线%情景”），并预测了可能产生的正面和负面影响。在基准情景下，假设2020年为基准年（= 100%），到2050年欧盟的实际国内生产总值（GDP）预计将增长至160%。然而，在“30%情景”下，实际GDP预计将下降0.47%；在“50%情景”下，降幅则将达到0.74%。从正面影响来看，预计到2050年EU的温室气体总排放量（以二氧化碳当量计）将达到26.28亿吨二氧化碳当量。不过在“30%情景”和“50%情景”中，排放量预计分别减少约2.27亿吨和3.48亿吨二氧化碳当量。
EC下属的JRC建立了生物经济监测系统-就业与增长数据集，用于监测EU生物经济的社会经济状况。该数据集整合了多种数据来源，包括国民账户、专家研判和产业数据。数据经过预处理后，专家意见用于确定生物基的占比。该系统的关键指标涵盖生物经济领域的就业人数、营业额、增加值、区位商和劳动生产率等[18]。
数据显示，2021年EU27国的生物经济行业就业人数为1719万人，其中过半集中在第一产业，超过四分之一在食品、饮料和烟草行业。生物经济总产值达到7280亿欧元，其中第一产业贡献约2350亿欧元，食品、饮料和烟草行业贡献约2620亿欧元。德国的生物经济增加值最高，约为1350亿欧元，其次是法国（1110亿欧元）、意大利（990亿欧元）和西班牙（750亿欧元）。生物经济展现出显著的增长潜力，这得益于生物技术的进步和可持续实践投资的增加。此外，生物基化学品和生物能源等新兴领域预计会对EU生物经济的未来经济和就业增长做出重要贡献。
建模结果可以与物质流模型相结合，反之亦然。物质流模型是一种用于分析物质在系统内各个环节间流动情况的工具。该流动模型在推动生物经济发展中发挥着重要作用，能实现资源的高效利用、支持可持续实践，并为科学决策提供依据。物质流模型通过整合有关投入、加工、产出、运输和库存等方面的数据，可以提供资源利用效率的信息，同时识别效率提升的领域并评估环境影响。此外，该模型还可用于评估回收策略与废弃物管理，并有助于制定物质配送的物流规划。
以荷兰作为一个典型例子[19]，2018年，荷兰经济共消耗了约4.5亿吨物质资源，包括原生资源、再生材料以及材料、部件和产品中的再生材料。其中，约四分之一来自国内资源，如天然气、砂砾和农产品，其余四分之三则依赖进口，包括化石燃料、金属及产品中所含的材料。这些物质资源中，近一半以成品或半成品形式出口，如将饲料转化为肉制品，或将金属加工成机械零部件。此外，荷兰还大量进口物质资源，并在未经深加工的情况下将其转口至其他国家。
物质流模型对于化学和建筑行业中生物基材料的建模尤为重要。衡量生物基材料的生产也对评估生物经济的潜力至关重要。BioMAT（生物基材料）是一个全新的一致性框架，旨在为生物基材料市场（从生物基化学品起步）以及EU成员国和EU27国于2030年及2050年的相应原料需求提供预测。BioMAT作为农业成员国建模（AGMEMOD）模块的一部分，专注于化学行业（国民经济账户中行业代码：C20），全面覆盖所有生物基产品。该框架以目标国家境内企业生产的制成品生产数据（生产共同体代码）为起点，并提供一种简化的价值链表现。以C20行业为例，将全部产出分为16个产品应用类别，其中包括两种中间产品。此外，BioMAT区分了十种类型的生物基原料，并通过与AGMEMOD的关联，将这些原料与EU的农业作物生产联系起来[20?21]。2018年，EU生物基化学品的生产量达到了4300万吨，占有机化学品行业总产量的14%。BioMAT分析了这些材料的使用方式，其中生物燃料占最大比例（42%），其次是农用化学品（21%）、表面活性剂（12%）和化妆品及个人护理产品（6%）。其他用途占较小比例[20]。
创新技术正在重塑生物经济的发展。通过生物技术，微生物改造后可用于生物燃料和生物塑料的可持续生产。精准农业利用全球定位系统（GPS）和无人机提高耕作效率，而先进生物材料则替代传统塑料，减少人们对化石燃料的依赖。生物修复技术利用微生物清理污染物，细胞农业在实验室中培育肉类，这些均提供了可持续的替代方案。城市渔民正在采用水产循环农业进行鱼类养殖。昆虫汉堡提供了一种富含蛋白质且环保的食品选择。生物碳捕集技术利用藻类将二氧化碳转化为有价值的产品，而微生物电化学技术则从有机废弃物中生成能源，推动环境保护与经济增长。工业大麻的生产为零碳建筑材料的使用提供了机会。这些技术不仅帮助保护环境，还在生物经济中创造了新的经济机会。以上只是几个典型案例，类似的例子还有很多。
一些关键的研究问题，如实现净零碳的解决方案，需要科学家、工程师和政策制定者之间相互合作。这些问题涉及探索各个领域中最具前景的技术创新，同时解决知识产权和监管问题，以激励技术的传播。在国家和国际层面，监测工具需要确定关键指标，并改进数据分析方法，以便准确追踪进展，同时建立透明的治理机制。协调国内与国际政策需要解决政策空白与重叠问题，设计多层次的治理框架，并利用国际组织推动政策的一致性。这需要调和不同利益，标准化政策工具，并通过能力建设和外交谈判克服政治和制度障碍。
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