科學網—可降解生物聚酯材料產業化提速

2021-01-21 科學網

 

本報訊（記者李惠鈺）近日，俄羅斯傳統化石巨頭TAIF JSC 集團與義大利生物降解技術公司Bio-on籤署了總額達1760萬歐元的PHA（聚羥基脂肪酸酯）生物可降解材料技術授權協議。作為俄羅斯首個PHA生物可降解生產項目，TAIF JSC集團將再投資9000萬歐元建設生產基地，該基地預計在2020年投入運營。

PHA是一種100%生物基的生物可降解材料，也是一種常見的生物聚酯材料。不久前在北京召開的國際生物聚酯大會（ISBP）就將主題聚焦在生物降解材料PHA的代謝基礎、合成調控、生產加工和農業、醫學領域應用等方面的最新進展上。

大會主席、清華大學合成與系統生物學中心主任陳國強告訴《中國科學報》記者，塑料是由單體聚合形成的高分子聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯等。不同於其他垃圾，環境中的分解者微生物不能消化降解塑料中連接單體的化學鍵，因此無法將其重新分解為單體形式，換句話說，塑料一旦合成，就「再無回頭路」。

那麼，能否製造這樣一種物質，既具有像塑料一樣優異的聚合物性質，又可以很容易被降解為單體呢？「生物聚酯」提供了這樣一種可能性。

據陳國強介紹，生物聚酯是由微生物通過發酵產生的一類高分子聚合物，它具有和塑料類似的多聚結構，因此擁有類似的物理化學性質。常見的生物聚酯材料有PHA、聚乳酸（PLA）和聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯（PBAT）等。

其中，PHA材料在自然條件下即可降解，對人體和環境無毒無害。陳國強表示，由於PHA單體種類多樣，聚合方法及聚合鏈長度差別很大，因而PHA可以製造出不同性質的材料，從硬塑料到彈性體。隨著PHA產業的發展，越來越多的PHA應用正在開發中，除了常見的包裝材料、農膜之外，PHA在藥品、化妝品、動物飼料等方面的市場前景也非常廣闊。

在科技部、財政部等主管部門的大力支持下，我國科學家在PHA的基礎研究和應用研究領域取得了世界矚目的成就。陳國強團隊就通過對嗜鹽微生物進行優化改造，並以此為基礎開發出高效節能的「下一代工業生物技術」，也稱「藍水生物技術」用於高效低成本生產PHA。

據介紹，該技術利用嗜鹽微生物進行發酵生產，一方面能夠實現無滅菌開放式連續發酵，從而減少滅菌過程的能耗及其所帶來的複雜操作和人力成本，實現高效率生產；另一方面，培養嗜鹽微生物需要含高濃度鹽的底物培養基，這意味著可以使用海水來替代淡水資源，從而解決水資源問題。此外，無需滅菌還意味著生物反應器無需使用不鏽鋼材料來耐受高溫高壓蒸汽，可使用塑料或陶瓷等材料降低設備成本。

為了實現這一技術的快速產業化，在清華大學的支持下，北京藍晶微生物科技有限公司於2016年10月正式成立。2017年9月，該公司基於「藍水生物技術」平臺的PHA中試生產基地建成投產，實現了無滅菌開放連續發酵生產低成本PHA。目前，全球首創5噸級塑料生物反應器已經在該公司的PHA生產基地組裝運行。

《中國科學報》 (2018-11-15 第6版 前沿)

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