針對海的合成生物塑料。阻止“白色污染”不是夢 [2019-02-26 09:01:26] 在過去的50年里，全球留下了70億噸塑料渣滓，被稱為“白色污染”。塑料渣滓對海洋的污染最為明顯。據(jù)《科學(xué)》雜志報道，每年有800萬噸的塑料被沖入大海。更可怕的是它們所產(chǎn)生的大量塑料微粒，經(jīng)過海產(chǎn)品、海鹽等途徑進(jìn)入人體，形成宏大的安康危害。破解“白色污染”之害，不斷是全球科學(xué)家努力的重要方向。近日國外媒體報道稱，以色列特拉維夫大學(xué)用最新的工藝技術(shù)，研討制造出一種生物塑料聚合物，這個過程不需求土地和淡水，而是源自以海藻為食的微生物，具有生物可降解性，可以產(chǎn)生零毒性渣滓，并可回收成為有機(jī)廢物。這有什么樣的生物技術(shù)背景?國內(nèi)開展前景如何?帶著一系列問題，科技日報記者采訪了相關(guān)科學(xué)家。 石化塑料一旦合成難以降解 POM日本寶理 普通塑料聚酯，是以不可再生的石油為原料，由多元醇和多元酸縮聚而成。由于其便當(dāng)、耐用、防水等特性以及低廉的價錢，應(yīng)用十分普遍。 2018國際生物聚酯大會(ISBP)主席、清華大學(xué)合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心主任陳國強(qiáng)教授向科技日報記者引見，目前全球每年僅一次性塑料制品就達(dá)1.2億噸，其中僅有10%被回收應(yīng)用，另外約12%被燃燒，超越70%被丟棄到土壤、空氣和海洋中。 在我國，土壤中僅每年殘留的農(nóng)膜就高達(dá)35萬噸，殘膜率42%。大量農(nóng)膜殘留在農(nóng)田0—30厘米的耕作層中，給農(nóng)業(yè)消費和食品平安帶來了宏大的要挾。塑料渣滓所形成的“白色污染”之所以如此惡劣，最重要的緣由在于塑料的化學(xué)性質(zhì)。塑料是由單體所聚合構(gòu)成的聚乙烯、聚苯乙烯等高分子聚合物，不同于其他渣滓，環(huán)境中的合成者微生物不能消化降解塑料中銜接單體的化學(xué)鍵，因而無法將其重新合成為單體方式。換句話說，塑料一旦合成，就再無“回頭路”。能否制造這樣一種物質(zhì)，既具有像傳統(tǒng)塑料一樣優(yōu)良的聚合物性質(zhì)，又能夠很容易被微生物降解為單體?國際生物聚酯學(xué)界為此努力了數(shù)十年。 從海藻扶植中找到新碳源 PC科思創(chuàng) 處理塑料渣滓眾多的獨一辦法是生物塑料替代，它不運用石油，降解速度快。但普通來說，生物塑料也有環(huán)境代價，培育生物基質(zhì)需求肥美的土壤和淡水，但是許多國度并不具備這樣的資源。 在以色列特拉維夫大學(xué)環(huán)境和地球科學(xué)分院，亞歷山大·古爾伯格博士和化學(xué)學(xué)院邁克爾·古辛教授協(xié)作的這項新成果，運用一種地中海野生型微生物，在模仿海藻水解產(chǎn)物培育基中生成一種名為聚羥基脂肪酸酯(PHA)的聚合物，這種聚合物制成的生物塑料，其產(chǎn)生的渣滓廢物不只零毒性，還可變成營養(yǎng)物質(zhì)被微生物合成應(yīng)用，并回饋到自然環(huán)境中。但應(yīng)用微生物和藻類消費可生物降解塑料，目前仍面臨著諸多應(yīng)戰(zhàn)，包括對葡萄糖純碳源的依賴、有機(jī)替代品對消費不同類型PHA的技術(shù)請求、在下游加工過程中產(chǎn)生的污染以及可能大量運用溶劑等。 “用海水來扶植藻類，這個想法是不錯的，海洋面積大，海帶等大型藻類長得也比糧食快。”陳國強(qiáng)教授引見，這項成果的創(chuàng)新之處在于找到一種新的生物聚酯碳源。 在我國，運用玉米、馬鈴薯、木薯等作為基質(zhì)合成的生物聚酯性能已接近傳統(tǒng)塑料制品，并取得歐洲一些廠商的認(rèn)可?！拔覀冄兄频纳锼芰袭a(chǎn)品以至可供動物食用?！标悋鴱?qiáng)說，依托傳統(tǒng)生物學(xué)的學(xué)問儲藏，借助基因合成、測序、系統(tǒng)生物學(xué)、生物信息學(xué)等技術(shù)的停頓，最新研討讓PHA構(gòu)造不時開展變化，可滿足于各種應(yīng)用，除用于包裝資料、農(nóng)膜、纖維、生物燃料等外，PHA在藥品、化裝品、動物飼料等方面的市場前景也十分寬廣。 以藻類為原料還是一個新概念 PMMA可樂麗 基于包括中國科學(xué)家在內(nèi)的已有前沿成果，古爾伯格和他的協(xié)作者在國際著名期刊《生物資源技術(shù)》雜志上表示，由于低價而具有可用性的基質(zhì)缺乏，障礙了PHA的大范圍消費。他們應(yīng)用大型藻類，主要基于這種底物可獲取用于消費PHA的碳基質(zhì)。海洋中，包括海帶及紅藻、褐藻等在內(nèi)的絕大多數(shù)藻類都有這個才能，但因海藻的大量繁衍，又會引發(fā)水體的富營養(yǎng)化，其管理是個大問題。于是他們將眼光聚焦到一種綠色巨藻身上，它不只有水環(huán)境修復(fù)的機(jī)能，還可用于消費PHA，有望為生物聚酯的消費提供可持續(xù)的處理計劃。 他們最初挑選了7種海藻物種，這些藻類合成PHA消費潛力各不相同，從測試組合中，綠色巨藻組合物取得了PHA的最大產(chǎn)出率。他們還研討了不同濃度的水解產(chǎn)物對PHA的影響，測定了新合成的PHA的構(gòu)造特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與先前運用的其他碳源作為底物的報道相同。研討結(jié)果證明，近海生長的海藻可成為長期消費生物聚合物的可持續(xù)和環(huán)保的替代品，而且實驗展現(xiàn)的過程中，PHA的消費不運用淡水，這標(biāo)明可持續(xù)工藝范圍擴(kuò)展的可能性，這為生物加工和生物精煉技術(shù)開展邁出了一步。 但陳國強(qiáng)教授以為，這還是一個新概念，完成量產(chǎn)應(yīng)該是二、三十年后的事，特別在本錢控制上要做到像聚乙烯那樣低廉還很艱難。此外，在海洋上采收藻類的本錢也相對較高。 我國“藍(lán)水生物技術(shù)”工藝完成中試 陳國強(qiáng)教授引見，生物工業(yè)相比傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)有顯而易見的優(yōu)勢。大多數(shù)生物反響所需條件都相對溫和，不需求高溫高壓等嚴(yán)苛條件，所用的原料以及代謝廢物關(guān)于環(huán)境沒有危害，因此生物聚酯研討在國際上迅猛開展。我國在生物降解塑料，特別是生物聚酯如聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯、聚對苯二甲酸已二酸丁二酯(PBAT)和二氧化碳共聚物(PPC)等根底研討和產(chǎn)業(yè)化都停頓很快，已搶先國際同行程度。 據(jù)悉，由清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院首創(chuàng)的“下一代工業(yè)生物技術(shù)”已于2017年12月完成了PHA工業(yè)化消費的中試實驗，完成了無滅菌開放連續(xù)發(fā)酵低本錢PHA量產(chǎn)才能。為了完成這一技術(shù)的快速產(chǎn)業(yè)化，在清華大學(xué)的支持下，北京藍(lán)晶微生物科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)出基于嗜鹽微生物的低本錢消費技術(shù)——“藍(lán)水生物技術(shù)”，反動性地簡化了PHA的合成工藝，中試消費基地也已建成投產(chǎn)。估計將來5年內(nèi)，我國PHA本錢將不時降低，市場占有率或?qū)⒋蠓嵘?/p> 我國的“藍(lán)水生物技術(shù)”，一方面可完成無滅菌開放式連續(xù)發(fā)酵，減少滅菌過程的能耗及其所帶來的復(fù)雜操作和人力本錢，完成高效率消費;另一方面，培育嗜鹽微生物需求含高濃度鹽的底物培育基，這意味著能夠運用海水來替代淡水資源，從而防止水資源問題。此外，無需滅菌還意味著生物反響器無需運用不銹鋼資料來耐受高溫高壓蒸汽，運用塑料或陶瓷等資料即可，從而降低設(shè)備本錢。目前，全球首創(chuàng)的5噸級塑料生物反響器已組裝運轉(zhuǎn)，但面對市場，還有很多應(yīng)戰(zhàn)。陳國強(qiáng)教授說，固然目前此項工業(yè)技術(shù)已日趨成熟，本錢也在逐年降落，但從全球范圍看，阻斷“白色污染”的力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，政策導(dǎo)向與推行仍是一個普遍性問題。 >>回上一頁
