欢迎了解微构工场最新动态
我们与您共创美好生活
您当前所在的位置: 首页 · 关于我们 · 公司新闻 · 公司新闻 ·
陈国强:下一代工业生物技术规模化是PHA成本问题的解药
来源:材鲸 作者:文/张晓薇   日期:2022-05-21

陈国强   清华大学 生命科学学院教授


36年来,陈国强一直致力于微生物合成高分子材料PHA(聚羟基脂肪酸酯)的研究。这个想法从他早年求学欧洲时就已萌发。1994年回国至今,他一直在摸索如何利用微生物发酵,将陈化粮甚至厨余垃圾这些有机质转化成生物塑料,并将之称作“下一代工业生物技术”。


解决染菌问题


此前很多年,工业生物技术并没有太多竞争力,效率低下、过程复杂以及能耗高都是这项技术的致命弱点。“早前用微生物制造高分子材料是需要无菌环境来进行。如果环境不够严密的话,外界的微生物就会进来,引起过程污染,下一代工业生物技术要解决这几个问题,其中最关键的就是发酵过程中复杂的无菌问题。”


任何发酵都有严格的无菌操作过程。高温、密闭的灭菌过程需要消耗大量能量,过程设备都复杂。怎样才能够像化学合成一样,不需要担心染菌问题?陈国强一直想办法让生物合成变得简单高效。


天道酬勤。陈国强团队在新疆艾丁湖分离出了嗜盐微生物,这种生物的生长不受任何其他微生物的影响,不需要灭菌过程。嗜盐菌作为低成本的混合基质,以更少的淡水消耗、节能和持久的开放式连续加工,将工业生物技术转化为具有竞争力的“下一代工业生物技术”,成为量产PHA和降低成本最有希望的技术手段。


解决成本问题


PHA的技术优势没有争议,唯一的问题是成本问题。转化率低造成了成本较高。这是PHA面临的严峻挑战。


PHA产品在全球的产量不足5万吨。除价格因素外,工程化过程中存在一些困难,导致产业发展不是很快。“开始我想从学术上把材料做的更加多样性,后来发现要大规模推广使用,成本仍然是最关键的因素。虽然对于附加值不高的产品来说,价格成为最敏感的因素,但普罗大众需要这样的产品。”


在陈国强最近二十年的研究生涯里,一直在探索如何降低PHA的成本。


面对外界对PHA成本过高的质疑,陈国强从未动摇过。“我们正在与专业公司合作收集餐厨废料作为发酵原料,减少对葡萄糖的依赖。餐厨废料里含有丰富的酶、可以作为微生物生长的营养成分。”利用合成生物学技术来改造大自然里微生物的基因,创造出能批量、低价生产出PHA的微生物。这种方法将让PHA的生产成本降低很多,足以实现规模化生产和销售。


2021年,陈国强团队成立了北京微构工场生物技术有限公司(以下简称“微构工场”),将基于嗜盐菌的“下一代工业生物技术”完成转化。未来计划建设全球大型的PHA研发和生产基地,持续推动PHA等生物发酵产品的绿色低成本生物制造,为塑料替代问题提供高效解决方案。


“我们有信心在五年内把价格降到1万两千以下。微构工场就是要实现规模化、系统化生产,降低成本,希望能够大规模量产以满足环保需求。”


解决污染问题


作为国内外PHA的领军人物、973“合成生物学”以及“合成生物学”重大专项的首席科学家,陈国强和团队几乎承担了技术迭代、市场开拓、商业试错的全部成本。他坚信PHA的前景是光明的。


PHA具备独特的优点,它的降解无需堆肥,可以海洋降解,降解过程省力且具有循环利用价值。PHA降解成单体甚至可以用来做饮料,PHA本身可以研磨成饲料添加剂,对动物是完全无害的。日本就开发了PHA制成的动物饲料,用来治疗宠物肥胖。


“碳中和大背景下,化工合成成本虽低,但对环境不友好。微生物原料是吸收了二氧化碳的植物原料,更加环保。”。用PHA可制成环保的超市购物袋,可降解农用地膜、高端纺织品、环保涂层和医疗植入材料等。


“PHA从原材料到生产都非常环保,发酵合成过程没有任何化学品参与,是纯粹的生物合成。减少人类对化石能源的依赖,减少环境污染。如果要给几种主流的降解技术打分的话,PHA的碳综合指数一定是最高的。”


用可降解可食用的生物塑料PHA,取代会造成“白色污染”的石油基塑料,这是陈国强毕生为之努力的梦想。


重构物质世界


科幻小说作家亚瑟·克拉克说过:“当技术足够先进时,将变得像魔术一样。”


无论是塑料、涂料,还是催化剂,合成化学改变了我们的世界。同时,为人类带来了严重的环境污染。其实,合成化学只制造出了一部分材料,酶却可以让生物制造更多的潜在材料。


未来的生物合成技术还可以生产食品、氨基酸、维他命、药物及药物中间体。随着我们扩展自己在利用生物学方面的能力,通过各种酶的组合来制造以前并不存在的材料。




PHA材料具有多样性,已发现的PHA单体的种类已经超过了150种,构成了一个庞大的高分子家族。由于PHA的单体种类多样、彼此之间链长差别很大,这使得不同PHA的材料学性质大不相同,从坚硬质脆的硬塑料到柔软的弹性体,可谓千型百态。


“近年来,合成生物学发展特别快,它把生命科学跟工程学结合起来。合成材料的过程中,每一个节点都有可优化的元件,每个流程都有很多代谢路径可选择。这座微观世界里建立的微生物工厂,不仅可以生产可降解材料,包括很多化学品的生产,生物合成技术都可以完成。”


“我认为下一代工业生物技术,将会颠覆现有的生物制造过程。”陈国强在创新路上坚持自己的信念和行动方向,时时刻刻秉承两个原则:把成本变得更低,效率变得更高。新技术和规模化是PHA成本问题的解药


对科学家而言,这无疑是一个最好的时代。技术突飞猛进,资本如潮涌入,环保新政频出。最终的抉择权握在市场手里。PHA能否取得商业上的成功,时间就是答案。

联系我们
您有任何关于产品的需求,请与我们联系