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“细胞工厂” 里的“大经济”

6月5日是世界环境日。当天的天津空港体育中心就像一个大集市,熙熙攘攘的人群向“小贩”们不停询问着。这是由天津保税区环保局等主办、中科院天津工业生物技术研究所承办的“践行绿色生活,共享美丽空港”生物塑料公益宣传活动现场。

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展台摆着的高科技产品,让参观的人群感到既“陌生”又“熟悉”:“陌生”的是没想到这些产品居然是由秸秆等废弃农作物“变成的”,“熟悉”的是这些产品就是生活中经常用到的杯碗叉勺和塑料袋。


其中一个展台上摆着几个储蓄罐大小的透明瓶子,里面盛满了米粒般大小的白色物品。一旁的工作人员告诉记者:“这是聚丁二酸丁二醇酯(PBS),是生产桌上所有展览品的原材料。产品使用的是中科院天津工业生物所开发的新技术,可环保呢!”


创建“细胞工厂”


每1吨塑料需要消耗3吨石油,而我国每年消耗的塑料高达4000万吨。当化石能源走到尽头,人类何以为继?


从筹建伊始,利用现代生物技术创建“细胞工厂”,转变经济发展对石化资源的过度依赖,便成为中科院天津工业生物所的梦想。“创建细胞工厂,发展生物经济”,中科院院长白春礼也对此作出明确指示。


简单地说,这种“细胞工厂”的工作原理就是让生物提供今天人类所必需的一切,即用秸秆、杂草甚至二氧化碳等原料制造人类所需的食品、医药、织物、材料、能源等。


“细胞工厂”的重要性不言而喻。科学家将生物细胞设计成一个“加工厂”,以细胞自身的代谢机能作为“生产流水线”,以酶作为催化剂,通过计算机辅助设计高效、定向的生产路线,并且通过基因技术强化有用的代谢途径,从而将生物细胞改造成一个合格的产品“制造工厂”。


通过有效的设计,秸秆、木薯、海藻等生物质原料,通过这些吃苦耐劳、兢兢业业的生物“细胞工厂”的作用,可转变成戊二胺、丁二酸、己二酸、甲烷、乙醇等化学产品,为现代化学工业体系提供原料。


利用“细胞工厂”生产丁二酸、乳酸、丁二醇、二氧化碳聚酯中间体等,进而合成PBS、聚甲基乙撑碳酸酯、聚乳酸等生物基高分子材料的过程,能耗低且废弃物排放少。


京津冀的守护者


生物降解塑料PBS便是研究人员利用“细胞工厂”制造出来的成功代表。他们以秸秆为原料,成功创建出高效生产丁二酸的大肠杆菌“细胞工厂”,进而生产出丁二酸可用于制造PBS。


天津工业生物所所长马延和说,这种方法让生产丁二酸的成本较现有的石油路线大幅降低,二氧化碳排放量下降94%,使未来PBS生物塑料的大规模推广应用成为可能。


同时,研究人员还实现了生物可降解塑料PLA重要单体化合物——D-乳酸的生物制造技术,并将在今年6月完成3000吨/年生产示范线的建设。与国外技术路线相比,其生产成本下降50%,将为PLA生物基可降解塑料产业的发展带来新机遇。


最近,天津工业生物所的科研人员在做一件事,即建设生物基材料制品应用示范区。他们希望通过3年的时间,在天津空港经济区实现每年1000吨以上的生物基塑料制品替代一次性餐饮具、塑料购物袋等,替代率超过60%;在京津冀高铁实现每年8000吨以上的生物基塑料制品替代一次性餐具等,替代率超过80%;并逐渐向滨海新区、天津市、京津冀区域推广。


在这个过程中,马延和说,他们将致力于突破生物基材料制品的生产成本、性能两大技术瓶颈,促进生物基材料的规模化生产。


守护京津冀,进而守护全国,远离白色污染,这是天津工业生物所人服务天津、回报社会的目标。


发展生物经济任重道远


继医药生物技术、农业生物技术之后,工业生物技术已成为国际生物技术发展的“第三次浪潮”。


据世界经济合作与发展组织预测,至2030年,35%的化学品和其他工业品将出自工业生物技术;生物技术产生的经济与环境效益中,39%将来自工业生物技术的贡献。


如今,世界主要经济强国都把工业生物技术确定为21世纪经济与科技发展的关键技术。2012年2月,欧盟委员会通过欧洲生物经济战略,加大与生物经济相关的研发和技术投资力度,增强生物经济的竞争力;2013年,欧盟“地平线2020”计划启动。


与此同时,2014年4月,美国发布《生物学工业化路线图》,规划了生物基产品、生物经济发展的里程碑技术进程。


而在我国,生物技术领域往往关注的是医药医疗、转基因育种。工业生物技术创新能力不强,核心技术缺乏,队伍体量偏小,缺少有效的稳定支持。


“面对欧美再工业化的战略,面对我国转变发展方式的重大需求,我国生物工业发展需要更多的扶持。”马延和说。


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