背靠大海合成生物塑料 阻断白色污染不是梦

                        赵汉斌

                        2019年02月26日08:11  来源科技日报
                         
                        原标题背靠大海合成生物塑料 阻断白色污染不是梦

                        在过去的50年里全球留下了70亿吨塑料垃圾被称为白色污染塑料垃圾对海洋的污染最为明显据科学杂志报道每年有800万吨的塑料被冲入大海更可怕的是它们所产生的大量塑料微粒通过海产品海盐等途径进入人体造成巨大的健康危害破解白色污染之害一直是全球科学家努力的重要方向

                        近日国外?#25945;?#25253;道称以色列特拉维夫大学用最新的工艺技术研究制造出一种生物塑料聚合物这个过程不需要土地和淡水而是源自以海藻为食的微生物具有生物可降解性能够产生零毒性垃圾并可回收成为有机废物这有什么样的生物技术背景国内发展前景如?#21361;?#24102;着一系列问题科技日报记者采访了相关科学家

                        石化塑料一旦合成难以降解

                        普通塑料聚酯是以不可再生的石油为原料由多元醇和多元酸缩聚而成由于其方便耐用防水等特性以及?#22303;?#30340;价格应用非常广泛

                        2018国际生物聚酯大会ISBP主席清华大学合成与系?#25104;?#29289;学?#34892;?#20027;任陈国强教授向科技日报记者介绍目前全球每年仅一次性塑料制品就达1.2亿吨其中仅有10%被回收利用另外约12%被焚烧超过70%被丢弃到土壤空气和海洋中

                        在我国土壤中仅每年残留的农膜就高达35万吨残膜率42%大量农膜残留在农田030厘米的耕作层中给农业生产和?#31216;?#23433;全带来了巨大的威胁塑料垃圾所造成的白色污染之所以如此恶劣最重要的原因在于塑料的化学性质塑料是由单体所聚合形成的聚乙烯聚苯乙烯等高分子聚合物不同于其他垃圾环境中的分解者微生物不能消化降解塑料中连接单体的化学键因此无法将其重新分解为单体形式换句话说塑料一旦合成就再无回头路

                        能否制造这样一种物质?#26579;?#26377;像传统塑料一样优异的聚合物性质又可以很容易被微生物降解为单体国际生物聚酯学界为此努力了数十年

                        从海藻培植中找到新碳源

                        解决塑料垃圾泛滥的唯一方法是生物塑料替代它不使用石油降解速度快但一般来说生物塑料也有环境代价培育生物基质需要肥沃的土壤和淡水然而许多国家并不具备这样的资源

                        在以色列特拉维夫大学环境和地球科学分?#28023;?#20122;历山大古尔伯格博士和化学学院迈克尔古辛教授合作的这项新成果使用一种地中海野生型微生物在模拟海藻水解产物培养基中生成一种名为聚羟基脂肪酸酯PHA的聚合物这种聚合物制成的生物塑料其产生的垃圾废物不仅零毒性还可变成营养物质被微生物分解利用并回馈到自然环境中但利?#26790;?#29983;物和藻类生产可生物降解塑料目前仍面临着诸多挑战包括对葡萄糖纯碳源的依赖有机替代品对生产不同类型PHA的技术要求在下游加工过程中产生的污染以及可能大量使用溶剂等

                        用海水来培植藻类这个想法是不错的海洋面积大海带等大型藻类长得也比粮食快?#32972;?#22269;强教授介绍这项成果的创新之处在于找到一种新的生物聚酯碳源

                        在我国使用玉?#20303;?#39532;铃薯木薯等作为基质合成的生物聚酯性能已接近传统塑料制品并获得?#20998;?#19968;些厂商的认可我们研制的生物塑料产品甚至可供动物食用?#32972;?#22269;强说依靠传?#25104;?#29289;学的知识储备借助基因合成测序系?#25104;?#29289;学生物信息学等技术的进展最新研究让PHA结构不断发展变化可满足于各种应用除用于包?#23433;?#26009;农膜纤维生物燃料等外PHA在药品化妆品动物饲料等方面的市场前景也非常广阔

                        以藻类为原料还是一个新概念

                        基于包括中国科学家在内的已有前沿成果古尔伯格?#36864;?#30340;合作者在国际著名期刊生物资源技术杂志上表示由于廉价而具有可用性的基质缺乏阻碍了PHA的大规模生产他们利用大型藻类主要基于这种底物可获取用于生产PHA的碳基质海洋中包括海带及红藻褐藻等在内的绝大多数藻类都有这个能力但因海藻的大量繁?#24120;?#21448;会引发水体的富营养化其治理是个大问题于是他们将目光聚焦到一种绿色巨藻身上它不仅有水环境修复的机能还可用于生产PHA?#22411;?#20026;生物聚酯的生产提供可?#20013;?#30340;解决方案

                        他们最初筛选了7种海藻物种这些藻类合成PHA生产潜力各不相同从测试组合中绿色巨藻组合物获得了PHA的最大产出率他们还研究了不同浓度的水解产物对PHA的影响测定了新合成的PHA的结构特征结果发现与先前使用的其他碳源作为底物的报道相同研究结果证明近海生长的海藻可成为长期生产生物聚合物的可?#20013;?#21644;环保的替代品而且实验展示的过程中PHA的生产不使用淡水这表明可?#20013;?#24037;艺规模扩大的可能性这为生物加工和生物精炼技术发展迈出了一?#20581;?/p>

                        但陈国强教授认为这还是一个新概念实现量产应该是二三十年后的事尤其在成?#31350;?#21046;上要做到像聚乙烯那样?#22303;?#36824;很困难此外在海洋上采收藻类的成本也相对较高

                        我国蓝水生物技术工艺完成中试

                        陈国强教授介绍生物工业相比传统化学工业有显而易见的优势大多数生物反应所需条件都相对温和不需要高温高压等严苛条件所用的原料以及代谢废物对于环境没有危害因而生物聚酯研究在国际上?#35813;?#21457;展我国在生物降解塑料特别是生物聚酯如聚乳酸PLA聚羟基脂肪酸酯聚对苯二甲酸已二酸丁二酯PBAT和二氧化碳共聚物PPC等基础研究和产业化都进展很快已领先国际同行水?#20581;?/p>

                        据悉由清华大学生命科学学院首创的下一代工业生物技术已于2017年12月完成了PHA工业化生产的中试试验实现了无灭菌开放连续发酵低成本PHA量产能力为了实现这一技术的快速产业化在清华大学的支持下?#26412;毒?#24494;生物科技有限公司研发团队开发出基于嗜盐微生物的低成本生产技术蓝水生物技术?#20445;?#38761;命性地简化了PHA的合成工艺中试生产基地也已建成投产预计未来5年内我国PHA成本将不断降低市场占有率或将大幅提升

                        我国的蓝水生物技术?#20445;?#19968;方面可实?#27835;?#28781;菌开放式连续发酵减少灭菌过程的能耗及其所带来的复杂操作和人力成本实现高效率生产另一方面培养嗜盐微生物需要含高浓度盐的底物培养基这意味着可以使用海水来替代淡水资源从而避免水资源问题此外无需灭菌还意味着生物反应器无需使用不锈?#26893;?#26009;来耐受高温高压蒸汽使用塑料或陶瓷等材料即可从而降低设备成本目前全球首创的5吨级塑料生物反应器已组装运行但面对市场还有很多挑?#20581;?/p>

                        陈国强教授说虽然目前此项工业技术已日趋成熟成本也在逐年下降但从全球范围看阻断白色污染的力度还?#23545;?#19981;够政策导向与推广仍是一个普遍性问题赵汉斌

                        (责编蒋琪杨曦)

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