Под целью "двойной углеродной" непрерывно разрабатываются ряд реализационных мер, и огромный потенциал появляется в новых областях. Путь к достижению углеродного нейтрализации можно начать с трех направлений: производства энергии, потребления энергии и повторного использования ресурсов, таких как замена необновляемых источников энергии чистыми источниками, внедрение процессов и оборудования с меньшим выбросом углекислого газа, а также повторное использование обычных пластиковых изделий после их переработки. Среди множества направлений, синтетическая биология выглядит особенно перспективно.

Синтетическая биология: новая голубая экономика

Основные источники выбросов углерода в мире - это потребление энергии и использование материалов. Ежегодно используется около 500 миллионов тонн,полимерных материалов, и каждая тонна материала выделяет 8-9 тонн углекислого газа. Человечество выпускает от 4 до 5 миллиардов тонн углерода в год только на полимерных материалах, что ставит перед ним серьезные проблемы с окружающей средой и устойчивым развитием. Синтетическая биология занимает важное положение как на этапе производства энергии, так и на этапе ее потребления, обладая преимуществом низкого уровня углерода. Путем использования технологий синтетической биологии для создания биореакторов с помощью микроорганизмов можно преобразовать сахар и другие возобновляемые биологические ресурсы в различные массовые химические продукты, что позволяет осуществлять чистое производство массовых химических продуктов и избегать зависимости от нефтяных ресурсов, а также решать проблемы высокого энергопотребления и загрязнения в процессе нефтехимического производства. Таким образом, методы производства химических продуктов с использованием биохимического или биологического подхода становятся новой точкой роста производства и начинают влиять на развитие предприятий и представления потребителей.

Несколько компаний в сфере синтетической биологии (например, Ginkgo, Aymris, Zymergen, Beam и др.) быстро развиваются. Согласно данным Transparency Market Research, к 2018 году мировой рынок синтетической биологии достиг 4,96 миллиарда долларов США, и предполагается, что к 2027 году он превысит 400 миллиардов долларов США ( 260 млрд. юаней).

Фабрики клеток, созданные с использованием технологий геномного редактирования, одновременного множественного регулирования генов, протеиновых каркасов, высокопроизводительного скрининга и т.д., обеспечивают производство различных массовых химических продуктов. Поступление капитала позволяет большему числу компаний по предоставлению услуг в сфере синтетической биологии иметь возможность масштабного производства продуктов с широкими перспективами на рынке.

Синтетическая биология имеет широкие перспективы применения в синтезе биохимических продуктов, биоматериалах, биоэнергетике и других областях. В частности, органические амины (втроетриламин, бутандиамин, капролактам), органические кислоты (бутандиовая кислота, молочная кислота, яблочная кислота, L-молочная кислота, капроновая кислота) и органические спирты (1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, изобутиловый спирт) из трех основных категорий массовых химических продуктов имеют широкие применения.

С развитием технологий производства клеточных фабрик и дизайна метаболических путей для ферментации достигнут прорыв, однако очищение биологически синтезированных продуктов остается узким местом в промышленной реализации синтетической биологии. Опытные специалисты в отрасли отмечают, что сложность производства массовых химических продуктов методом биосинтеза не столько в превращении, сколько в очистке. После биологического брожения в клетках образуется большое количество примесей, и при производстве высокомолекулярных полимеров требуется очень чистое сырье. Биологические клетки слишком сложны и разнообразны, чтобы полностью контролировать все сложные детали превращений в процессе брожения. Если необходимо дополнительно повысить чистоту целевого продукта, это приведет к увеличению затрат, что делает себестоимость биологического производства значительно выше стоимости аналогичных продуктов, произведенных химическим путем.

Как выбрать подходящий метод очистки

Производители синтетических биохимических продуктов могут быть успешными на рынке только в случае производства продуктов высокой чистоты, которые могут широко применяться конечными потребителями, обеспечивая прибыль от масштабного производства. Для производителей, выпускающих продукцию с высокой добавленной стоимостью и низким объемом, приоритетным является быстрое внедрение продукции на рынок с использованием методов очистки, которые соответствуют требованиям. Когда продукция может быть произведена в больших масштабах, следует рассмотреть методы очистки, которые позволяют снизить затраты. При производстве массовых химических продуктов в масштабе тысяч тонн и более часто используются комбинированные методы очистки с использованием различных единиц операций. На рисунке ниже представлена зрелость различных технологий очистки, таких технология дистилляции, абсорбция, кристаллизация, мембранные технологии и хроматография.

При выборе подходящего оборудования для очистки синтетических биохимических продуктов традиционные методы очистки часто не позволяют достичь требуемой высокой степени чистоты. Кроме того, термочувствительные вещества при высокой температуре легко разлагаются, что является одной из проблем, требующих внимания со стороны предприятий в условиях высоких эксплуатационных затрат. Например, традиционный метод очистки "экстракция-дистилляция-вакуумная перегонка" обеспечивает чистоту 99,19% для "диамино-пентана" [1]. Новый метод очистки - механизм массового кристаллизации - достигает чистоты 99,92% путем кристаллизации, обезвоживания и плавления [2], что эффективно удовлетворяет требованиям стандартов для полимеров. Кроме того, операции массового кристаллизации проводятся при низких температурах, что предотвращает химические изменения в термочувствительных веществах и помогает снизить энергопотребление.

[1] Исследование синтеза диамино-пентана и его очистки с использованием катализатора рекомбинантной E.coli Bl-DAB [D]

[2] Технология массового кристаллизации диамино-пентана [P]

Еще одним примером высокого уровня ферментации, сталкивающимся с проблемами очистки и улучшения качества, является производство полилактида, где степень чистоты лактата существенно влияет на стоимость и, в конечном счете, на цену полилактида. Разработка новых методов очистки лактата является ключевым аспектом решения этой проблемы. Для этого компания DODGEN использует комбинацию нескольких методов очистки с целью снижения затрат на производство полилактида до уровня 2000 долларов за тонну. Исследовательский центр в Нинксии проводит индустриализацию различных методов с целью помочь синтетическим биохимическим компаниям в преодолении существующих проблем.

Ускорение изменений в производственной технологии и оборудовании

Синтетическая биология привнесла изменения в производство химических продуктов, и быстрое развитие соответствующих предприятий как в Китае, так и за рубежом укрепляет доверие к рынку. Необходимо ускорить процесс индустриализации продукции, и сотрудничество с опытными партнерами в области разработки и внедрения методов очистки играет ключевую роль в этом процессе.

DODGEN является ускорителем изменений в производственной технологии и оборудовании, предоставляя полный спектр решений в области очистки и предлагая экономичные и эффективные методы. Наш исследовательский центр смотрит в будущее, используя мощные научные и технические знания, разрабатывая новые методы очистки и новое оборудование для обеспечения потребностей синтетической биохимической промышленности. Мы обладаем богатым опытом в области очистки и предлагаем не только передовые методы, но и услуги по индустриализации и тестированию масштабов, помогая нашим клиентам ускорить процесс индустриализации и улучшить свои позиции на рынке, а также осуществить свои стратегические планы для будущего.

Если вы заинтересованы в наших зеленых технологиях очистки, пожалуйста, отсканируйте QR-код ниже, чтобы узнать больше информации.

Если вас интересует технология массового кристаллизации, вы можете отсканировать QR-код ниже, чтобы получить дополнительную информацию.