空氣造饅頭、尾氣當飼料、海水變塑料……譚天偉院士力挺的「第三代生物制造」，中國正崛起！

空氣造饅頭、尾氣當飼料、海水變塑料……

這些看似天方夜譚的設想，正在被中國科學家通過以合成生物為代表的生物制造技術變為現實。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院高翔團隊聯合電子科技大學夏川團隊，實現了將海水中的 CO ?轉化為可完全生物降解的PBS及PLA， 相關成果發表在國際學術期刊《自然·催化》。

海洋作為地球上最大的天然“碳庫”，每年吸收逾四分之一的人為排放二氧化碳。

而這項技術能把這些已進入海洋的碳，重新轉化為人類可利用的資源，不僅減緩了海水酸化，更實現了海洋資源的高值化利用。

實際上，讓二氧化碳變“廢”為“寶”的技術，我國早已處于領先地位。

早在2021 年，國際學術期刊《科學》就發布過一則來自中國合成生物團隊的學術成果，中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和團隊，在實驗室中首次實現從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

這項被稱為“ 空氣造饅頭”的技術， 用1立方米大小的生物反應器生產的淀粉量，就能與5畝土地種植出來的玉米相當。

隨后的2022年，電子科技大學夏川課題組、中國科學院深圳先進技術研究院于濤課題組與中國科學技術大學曾杰課題組實現了“空氣變糧油”。

該研究通過電催化結合生物合成的方式，將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，并進一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

上述種種突 破，為人類解決地球“糧食危機”和“氣候危機”提供了一條新道路，也掀起了“第三代生物制造”的熱潮。

什么是“第三代生物制造”

我們熟悉的功能糖、聚乳酸等生 物制造產品，都屬于 以玉米和秸稈為原料的第一、二代 生物制造。

他們或是需要淀粉及其他含糖物質，或是將木質纖維素等生物質為原料，都面臨著與人爭糧、與糧爭地的問題，危及國家糧食安全。

而第三代生物制造，將以我們身邊隨處可見的二氧化碳作為原料，不僅徹底擺脫了對農業資源的依賴，還能主動消耗溫室氣體，實現“雙碳”目標。

總的來說，第三代生物制造就是指利用微生物及藻類細胞工廠，在光或電等可再生能源的驅動下，將CO2等碳一化合物轉化為生物能源、化學品及材料等。

基于CO2的生物制造：從“概念驗證”到規模化工業應用

在《中國科學報》的采訪中，在國際上率先提出“第三代生物煉制”理念的譚天偉院士表示：最大的科學挑戰是設計超越自然光合作用效率的全新酶催化劑和光-酶耦合系統。

而最大的工程挑戰則在于如何將這種高效但往往脆弱的生物系統進行工程放大，設計出能穩定、連續、低成本運行的反應器。

這要求我們從“仿生”走向“超生”，從“實驗室”走向“工廠”，是一場從“0”到“1”再到“100”的全面挑戰。

中國已實現多點突破

目前，歐盟、美國、加拿大、英國、澳大利亞等均制定了將二氧化碳作為工業生物技術的新型替代原料的相關技術發展路線圖。

在中國，百年央企招商局集團成立了武漢二氧化碳綠色轉化與生物制造工藝實驗室，踐行國家雙碳戰略和糧食安全戰略，打造“馬利克曲線”。

合成生物企業吉態來博已牽頭完成國內首套“微生物利用二氧化碳制飼料蛋白”工業化示范項目。

該項目設計年產量為百噸級，將二氧化碳尾氣作為主要碳源，通過先進的生物發酵技術，將其高效轉化為營養豐富、安全性高、適口性良好的酵母蛋白。

該公司還獲得了我國批準的首張具有自主知識產權的、以二氧化碳為主要碳源生產的飼料原料新產品證書。

此外合成生物企業首鋼朗澤， 是擁有最早實現“碳捕獲乙醇”規模化生產的工廠，也是全球首個實現工業尾氣規模化生產微生物蛋白的企業。

該公司已研發出中國首個新型飼料蛋白原料，粗蛋白含量超過80%，比魚粉高出15%以上，是豆粕的近2倍，大幅優于傳統飼料來源。