使用合成生物學創新技術,還可以助力可再生能源替代不可再生能源,助力碳中和

“從1960年開始到現在,全球氣溫升高了約30%。二氧化碳對整個氣候的影響是很大的,包括氣候的極端化,如冰川退縮、島嶼侵蝕等。十年前IPCC(聯合國政府間氣候變化專門委員會)會議上,各國都達成了共識——如果沒有新的生產方式疊加,或者是有更多新能源技術引進,全球氣溫有可能會升高越來越高。如果有新的能源技術引進,以及新的生產方式變革,我們很有可能在不遠的將來達到碳中和,全球的溫度不會顯著升高。”中科欣揚聯合創始人兼董事長董亮在12月20日召開的2023《財經》可持續發展高峰論壇上表示。

中科欣揚,成立于2015年年底,主要是從事合成生物學的研究與開發。歷經7年成長,中科欣揚從創業初期200㎡實驗室,發展至擁有 “深圳、北京雙研發總部+上海應用中心+無錫生產基地”,并成為國內最早完成合成生物學產業閉環并盈利的公司。

合成生物學(Synthetic Biology),誕生于21世紀初,迄今已發展了將近20年。2010年,首位運用合成生物學技術創造出“人造單細胞生物”的科學家克雷格·文特爾,曾將合成生物學描述為“像組裝電路一樣組裝生命”。

實際上,作為一個二級分類下的交叉學科,合成生物學幾乎涉及生物科學研究的所有領域,并與工程學、化學、物理學和計算機等學科進行了跨學科融合。

如今,合成生物已深入各行各業。在食品領域,合成生物技術可以通過合成酵母制造出一塊以假亂真的人造肉;在農業領域,該技術可以借由改造噬菌體制成減少農藥使用的微生物菌劑;在醫療領域,利用該技術分析病毒基因可以實現mRNA疫苗的快速制備;在化學品領域,用生物法制備戊二胺可用廣泛應用于尼龍的生產。

正因合成生物的應用范圍廣泛且與制造業高度相關,投資人將其視為工業5.0概念中有望最先迎來爆發的產業。許多著名科技公司創始人,如微軟的比爾·蓋茨、雅虎的楊志遠都在投資合成生物產業。

使用合成生物學創新技術,助力可再生能源替代不可再生能源。如在合成麥角硫因的工程菌中,中科欣揚重構了以甲醇等有機碳一為原料的利用途徑,在生產過程中實現低碳制造和碳循環,麥角硫因合成全周期縮短了24小時,葡萄糖消耗量降低了28.5%。這些前瞻性的技術創新,有助于打破經濟發展的資源環境瓶頸制約、構建新型可持續發展的綠色工業化道路。

據中科欣揚,合成生物學生物制造利用生物資源在細胞工廠內進行物質轉化,通過系統性的設計和改造,可實現碳元素的閉環循環,降低原材料成本占比,縮短產業鏈長度以及生產周期。合成生物學大部分反應在微生物或酶的作用下進行,反應條件更溫和,在生產過程中降低工業過程能耗15%-80%,減少空氣污染50%-90%,減少水污染33%-80%,實現高效、環保、清潔生產,優化高碳排放行業。據世界自然基金會(WWF)預估,到2030年工業生物技術每年可降低10億至25億噸二氧化碳排放。

董亮表示,“未來‘雙碳’還是有很多路徑去做,也是一個技術不斷進步和疊代的過程。現在做的還是一些附加值更高,技術難度相對小一點的,然后慢慢去進步,去提升。未來形成新的經濟上可行的綠色生產方式。”

以下是董亮的發言全文:

謝謝主辦方的邀請,我們企業是做合成生物學的,給大家做一個簡單的介紹。

合成生物學是近年發展比較迅速的一個學科,它是繼兩次科技革命之后的第三次生命科技革命。我們人類從認知生命慢慢走向解讀生命,21世紀是投資生物學的世紀,人類將實現從認知生命到創造生命的跨越。

合成生物學也可以推動第五次科技革命。實際上,合成生物學是一門多學科的集成,由生命科學、工程學、基因組學等多學科交叉的新興技術,包括已經在醫藥領域實現突破。抗擊新冠疫情,合成生物學做了很多貢獻。此外,合成生物學在醫藥、食品,包括人造食品,在農業、能源、化工領域都已經開始展現它的巨大潛力,這是一種全新的生產方式,將推動第五次工業革命的發展進程。

我介紹一下合成生物學和“雙碳”的關系。目前為止,人們的衣食住行等都離不開化石來源材料,包括燃料,包括化學、農藥、添加劑等,比如,在“住”里面像裝飾材料,“行”里面的道路建設等。在這些領域如何實現減碳,合成生物學都是可以去發揮它的一些作用。

從1960年開始到現在,全球氣溫升高了約30%,二氧化碳的排放對整個氣候的影響是很大的,包括氣候的極端化,包括冰川退縮、島嶼侵蝕等嚴重的后果。

十年前,IPCC會議上大家都達成了共識——如果沒有新的生產方式疊加,或者是有更多新能源技術引進,全球氣溫有可能會升高越來越高。如果有新的能源技術引進,以及新的生產方式變革,我們很有可能在不遠的將來達到碳中和,全球的溫度不會顯著升高。

根據目前一些的一些預測,2027年我們就可以實現碳中和。2020年中國在75屆聯合國大會上宣布,我們要在2030實現碳達峰,2060年實現碳中和。

根據IPCC的指導方案,中國制定了符合中國國情的行動方案。其中之一,是推動產業結構轉型,包括人員的合理使用和管理,高效排放行業優化生產等。比如,建筑節能行動,交通運輸綠色低碳行動,循環經濟的行動,綠色科技的低碳創新行動等等。

合成生物學的生命周期全過程離不開碳。合成生物學其實是實現“雙碳”重要的目標對象,包括像糖類、蛋白質類都是碳元素。

在碳這塊我們有兩方面內容,一個是碳源,一個是碳匯。在碳源方面,有一些新的能源,非化石能源,還有一些是優化高碳排放行業,實現提質生產,提高能源管理效率,提高物質循環,降低生產能耗。碳匯方面,我們強調匯強化,發展生態碳匯。

生物領域有公認的固碳技術,也是傳統微生物合成的固碳路徑之一。

除了微生物之外,還有另外幾個增加碳匯的方式,一個是物理的,一個是化學的。物理碳匯是把二氧化碳回填到采油礦區,促進石油生產,相對比較復雜,因為地質結構的問題很難去做碳循環,像中石化油田做的年產一萬噸的物理碳匯。化學碳匯是比較傳統的,通過化學的還原力去生成有機物。合成生物方面是我們一直想突破的,用二氧化碳去提取晶體蛋白是現在比較典型好用的方式。

所謂化學方法固碳,即有效地通過二氧化碳捕捉,通過電化學的方式還原成化合物,目前有比較高的技術難度。一般都是形成碳一化合物。另外是微生物固碳。這幾年合成生物學在“雙碳”解決方案里面有大量的技術涌現,可以更快更高效的捕獲,生成一些目標產物。

從固定二氧化碳開始,通過一系列的反應得到一些有機物質。去年天工所通過人工路徑實現二氧化碳到淀粉的合成。具體路徑是,二氧化碳是通過電化學的方式固定到碳一,然后甲酸、甲醇,通過一系列反應最后實現了淀粉的合成。

現在正在做的,從二氧化碳直接到各個業態是比較難的。目前的做法是通過二氧化碳先通過電化學的方式能得到甲醇。甲醇開始作為微生物的碳源,可以很好的被微生物利用,是完全有經濟價值的。甲烷、甲醇等等一系列物質通過二氧化碳開始,形成一系列的碳源,用最后這些微生物來使用。

綜合一系列的,我們覺得接下來甲醇在近期是比較合適的一個合成生物學方式。隨著科學家不斷的改造,我們可以進行全新的設計,疊加合成生物學的不斷發展,會有新的人工合成路徑。另外合成生物學不單在生物本身,如果能生成目標產物,借助一些化學方法來做一些輔助。

未來‘雙碳’還是有很多路徑去做,也是一個技術不斷進步和疊代的過程。現在做的還是一些附加值更高,技術難度相對小一點的,然后慢慢去進步,去提升……未來形成新的經濟上可行的綠色生產方式。

中科欣揚作為國內最早從事合成生物學研究的公司,我們目前已經形成大量的前期積累,包括環境等方面的積累。我們有大量的合成生物學元器件,像火山、印度洋、冰川等,可以用于改造微生物。我們的團隊主要都是復合型的微生物所、北大、南洋理工等復合型團隊。北京、深圳、上海研發中心,還有在無錫的制造基地。

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