合成生物产业化加速，生物基材料有望推动化工行业绿色发展
合成生物产业化加速，生物基材料有望推动化工行业绿色发展
合成生物学作为第三次生物技术革命，正在加速推动化工行业的绿色转型。通过生物基材料的创新应用，合成生物学不仅能够显著降低能耗和碳排放，还为传统化工产业带来了新的发展机遇。本文将为您详细介绍合成生物学在化工领域的最新进展及其广阔前景。
第三次生物技术革命——合成生物学
合成生物学以生物科学为基础，融合化学、物理、信息技术和工程技术等多学科知识，通过基因技术和工程学概念设计改造现有的或合成新的生物体系。这一领域被誉为继“DNA双螺旋结构”发现和“基因组测序”之后的“第三次生物技术革命”。
合成生物学的生产过程主要包括四个环节：底盘细胞筛选、生产细胞设计与构建、发酵生产和分离纯化。其中，底盘细胞是生产的基础，主要包括真核细胞、原核细胞和通用植物底盘细胞。生产细胞的设计与构建采用工程学的“自下而上”思维，通过DBTL（设计-构建-测试-学习）策略对微生物进行有目标的改造。
发酵工艺是实现产业化的关键环节，需要从实验室阶段逐步放大到大生产线。产品最终通过分离纯化达到特定标准。近二十年来，合成生物学经历了创建、扩张、创新和应用转化等阶段，目前正处于全面提升、快速迭代的新阶段。
全球已有40多个国家、500多个机构资助合成生物学研究，美国、欧盟、日本等国家和地区均有相关政策支持。中国也陆续出台相关政策，推动合成生物学的发展。根据中商产业研究院数据，2023年全球市场规模约为151亿美元，预计到2026年将增长至307亿美元。
合成生物学打造化工绿色基因，选品是关键
生物基材料——合成生物学化工领域代表
生物基材料以淀粉、木质纤维素、蔗糖和植物油等为原料，通过生物合成等方式形成脂肪酸等有机酸、生物醇、烯烃和烷烃等生物基化学物质，再进一步得到生物基塑料和生物基纤维等终端产品。原料来源广泛，理论上绝大多数化工材料都可以借助合成生物技术从生物原料中得到。
生物基化学产品主要有聚酰胺（PA）、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚羟基烷酸酯（PHA）等。其中，生物基聚酰胺材料是将粮食或非粮食环保生物质通过生物技术转化为生物基单体，再通过聚合反应生成生物基聚酰胺。生物基PA56是一种新型生物基聚酰胺，其单体生物基1,5-戊二胺来源于葡萄糖，热性能、力学性能及加工性能与PA66相当，且具有更优异的吸湿、染色及熔融流动性能。
生物基可降解塑料PHA、PLA和PBS迎来高速发展。根据欧洲生物塑料协会数据，2022年全球生物塑料产能达到181.3万吨，预计至2028年将快速增长至743.2万吨，年均复合增长率达26.51%。
聚羟基脂肪酸酯（PHAs）和聚乳酸（PLA）是目前最常见的可降解材料。PHA材料存在于微生物细胞中，具有可降解和结构多样化的特性。聚乳酸（PLA）在特定条件下具备一定的可降解特性，但降解条件苛刻。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是在包装和膜领域具有良好发展前景的生物降解材料。
显著降低能耗且具备替代价值是选品关键
合成生物应用于化工品将带来显著的环境及社会效益。全球绿色高质量发展已经成为不可逆转的趋势，不同行业中，以石化资源为原料的化工行业碳排放量位居前列，因此石化产业的绿色低碳转型比其他行业更为紧迫。世界经合组织预测，到2030年将有35%的化学品和其他工业产品可能通过低碳生物来合成。用低碳生物合成生产的生物基产品替代石化产品，可以降低工业过程能耗15%～80%、原料消耗35%～75%、水污染33%～80%，生产成本9%～90%，可以减少燃料相关的温室气体排放量75%～80%。