中科欣揚(yáng)董亮：合成生物學(xué)在碳中和時(shí)代大顯身手

使用合成生物學(xué)創(chuàng)新技術(shù),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(kāi)始到現(xiàn)在,全球氣溫升高了約30%。二氧化碳對(duì)整個(gè)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(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì))會(huì)議上,各國(guó)都達(dá)成了共識(shí)——如果沒(méi)有新的生產(chǎn)方式疊加,或者是有更多新能源技術(shù)引進(jìn),全球氣溫有可能會(huì)升高越來(lái)越高。如果有新的能源技術(shù)引進(jìn),以及新的生產(chǎn)方式變革,我們很有可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)達(dá)到碳中和,全球的溫度不會(huì)顯著升高。”中科欣揚(yáng)聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)董亮在12月20日召開(kāi)的2023《財(cái)經(jīng)》可持續(xù)發(fā)展高峰論壇上表示。

中科欣揚(yáng),成立于2015年年底,主要是從事合成生物學(xué)的研究與開(kāi)發(fā)。歷經(jīng)7年成長(zhǎng),中科欣揚(yáng)從創(chuàng)業(yè)初期200㎡實(shí)驗(yàn)室,發(fā)展至擁有 “深圳、北京雙研發(fā)總部+上海應(yīng)用中心+無(wú)錫生產(chǎn)基地”,并成為國(guó)內(nèi)最早完成合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)閉環(huán)并盈利的公司。

合成生物學(xué)(Synthetic Biology),誕生于21世紀(jì)初,迄今已發(fā)展了將近20年。2010年,首位運(yùn)用合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)造出“人造單細(xì)胞生物”的科學(xué)家克雷格·文特爾,曾將合成生物學(xué)描述為“像組裝電路一樣組裝生命”。

實(shí)際上,作為一個(gè)二級(jí)分類下的交叉學(xué)科,合成生物學(xué)幾乎涉及生物科學(xué)研究的所有領(lǐng)域,并與工程學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科進(jìn)行了跨學(xué)科融合。

如今,合成生物已深入各行各業(yè)。在食品領(lǐng)域,合成生物技術(shù)可以通過(guò)合成酵母制造出一塊以假亂真的人造肉;在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,該技術(shù)可以借由改造噬菌體制成減少農(nóng)藥使用的微生物菌劑;在醫(yī)療領(lǐng)域,利用該技術(shù)分析病毒基因可以實(shí)現(xiàn)mRNA疫苗的快速制備;在化學(xué)品領(lǐng)域,用生物法制備戊二胺可用廣泛應(yīng)用于尼龍的生產(chǎn)。

正因合成生物的應(yīng)用范圍廣泛且與制造業(yè)高度相關(guān),投資人將其視為工業(yè)5.0概念中有望最先迎來(lái)爆發(fā)的產(chǎn)業(yè)。許多著名科技公司創(chuàng)始人,如微軟的比爾·蓋茨、雅虎的楊志遠(yuǎn)都在投資合成生物產(chǎn)業(yè)。

使用合成生物學(xué)創(chuàng)新技術(shù),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(yáng)重構(gòu)了以甲醇等有機(jī)碳一為原料的利用途徑,在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)低碳制造和碳循環(huán),麥角硫因合成全周期縮短了24小時(shí),葡萄糖消耗量降低了28.5%。這些前瞻性的技術(shù)創(chuàng)新,有助于打破經(jīng)濟(jì)發(fā)展的資源環(huán)境瓶頸制約、構(gòu)建新型可持續(xù)發(fā)展的綠色工業(yè)化道路。

據(jù)中科欣揚(yáng),合成生物學(xué)生物制造利用生物資源在細(xì)胞工廠內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化,通過(guò)系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)和改造,可實(shí)現(xiàn)碳元素的閉環(huán)循環(huán),降低原材料成本占比,縮短產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)度以及生產(chǎn)周期。合成生物學(xué)大部分反應(yīng)在微生物或酶的作用下進(jìn)行,反應(yīng)條件更溫和,在生產(chǎn)過(guò)程中降低工業(yè)過(guò)程能耗15%-80%,減少空氣污染50%-90%,減少水污染33%-80%,實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、清潔生產(chǎn),優(yōu)化高碳排放行業(yè)。據(jù)世界自然基金會(huì)(WWF)預(yù)估,到2030年工業(yè)生物技術(shù)每年可降低10億至25億噸二氧化碳排放。

董亮表示,“未來(lái)‘雙碳’還是有很多路徑去做,也是一個(gè)技術(shù)不斷進(jìn)步和疊代的過(guò)程。現(xiàn)在做的還是一些附加值更高,技術(shù)難度相對(duì)小一點(diǎn)的,然后慢慢去進(jìn)步,去提升。未來(lái)形成新的經(jīng)濟(jì)上可行的綠色生產(chǎn)方式。”

以下是董亮的發(fā)言全文:

謝謝主辦方的邀請(qǐng),我們企業(yè)是做合成生物學(xué)的,給大家做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

合成生物學(xué)是近年發(fā)展比較迅速的一個(gè)學(xué)科,它是繼兩次科技革命之后的第三次生命科技革命。我們?nèi)祟悘恼J(rèn)知生命慢慢走向解讀生命,21世紀(jì)是投資生物學(xué)的世紀(jì),人類將實(shí)現(xiàn)從認(rèn)知生命到創(chuàng)造生命的跨越。

合成生物學(xué)也可以推動(dòng)第五次科技革命。實(shí)際上,合成生物學(xué)是一門(mén)多學(xué)科的集成,由生命科學(xué)、工程學(xué)、基因組學(xué)等多學(xué)科交叉的新興技術(shù),包括已經(jīng)在醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。抗擊新冠疫情,合成生物學(xué)做了很多貢獻(xiàn)。此外,合成生物學(xué)在醫(yī)藥、食品,包括人造食品,在農(nóng)業(yè)、能源、化工領(lǐng)域都已經(jīng)開(kāi)始展現(xiàn)它的巨大潛力,這是一種全新的生產(chǎn)方式,將推動(dòng)第五次工業(yè)革命的發(fā)展進(jìn)程。

我介紹一下合成生物學(xué)和“雙碳”的關(guān)系。目前為止,人們的衣食住行等都離不開(kāi)化石來(lái)源材料,包括燃料,包括化學(xué)、農(nóng)藥、添加劑等,比如,在“住”里面像裝飾材料,“行”里面的道路建設(shè)等。在這些領(lǐng)域如何實(shí)現(xiàn)減碳,合成生物學(xué)都是可以去發(fā)揮它的一些作用。

從1960年開(kāi)始到現(xiàn)在,全球氣溫升高了約30%,二氧化碳的排放對(duì)整個(gè)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(yán)重的后果。

十年前,IPCC會(huì)議上大家都達(dá)成了共識(shí)——如果沒(méi)有新的生產(chǎn)方式疊加,或者是有更多新能源技術(shù)引進(jìn),全球氣溫有可能會(huì)升高越來(lái)越高。如果有新的能源技術(shù)引進(jìn),以及新的生產(chǎn)方式變革,我們很有可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)達(dá)到碳中和,全球的溫度不會(huì)顯著升高。

根據(jù)目前一些的一些預(yù)測(cè),2027年我們就可以實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年中國(guó)在75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布,我們要在2030實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。

根據(jù)IPCC的指導(dǎo)方案,中國(guó)制定了符合中國(guó)國(guó)情的行動(dòng)方案。其中之一,是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,包括人員的合理使用和管理,高效排放行業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)等。比如,建筑節(jié)能行動(dòng),交通運(yùn)輸綠色低碳行動(dòng),循環(huán)經(jīng)濟(jì)的行動(dòng),綠色科技的低碳創(chuàng)新行動(dòng)等等。

合成生物學(xué)的生命周期全過(guò)程離不開(kāi)碳。合成生物學(xué)其實(shí)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”重要的目標(biāo)對(duì)象,包括像糖類、蛋白質(zhì)類都是碳元素。

在碳這塊我們有兩方面內(nèi)容,一個(gè)是碳源,一個(gè)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(yōu)化高碳排放行業(yè),實(shí)現(xiàn)提質(zhì)生產(chǎn),提高能源管理效率,提高物質(zhì)循環(huán),降低生產(chǎn)能耗。碳匯方面,我們強(qiáng)調(diào)匯強(qiáng)化,發(fā)展生態(tài)碳匯。

生物領(lǐng)域有公認(rèn)的固碳技術(shù),也是傳統(tǒng)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(gè)增加碳匯的方式,一個(gè)是物理的,一個(gè)是化學(xué)的。物理碳匯是把二氧化碳回填到采油礦區(qū),促進(jìn)石油生產(chǎn),相對(duì)比較復(fù)雜,因?yàn)榈刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題很難去做碳循環(huán),像中石化油田做的年產(chǎn)一萬(wàn)噸的物理碳匯。化學(xué)碳匯是比較傳統(tǒng)的,通過(guò)化學(xué)的還原力去生成有機(jī)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(xiàn)在比較典型好用的方式。

所謂化學(xué)方法固碳,即有效地通過(guò)二氧化碳捕捉,通過(guò)電化學(xué)的方式還原成化合物,目前有比較高的技術(shù)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(xué)在“雙碳”解決方案里面有大量的技術(shù)涌現(xiàn),可以更快更高效的捕獲,生成一些目標(biāo)產(chǎn)物。

從固定二氧化碳開(kāi)始,通過(guò)一系列的反應(yīng)得到一些有機(jī)物質(zhì)。去年天工所通過(guò)人工路徑實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的合成。具體路徑是,二氧化碳是通過(guò)電化學(xué)的方式固定到碳一,然后甲酸、甲醇,通過(guò)一系列反應(yīng)最后實(shí)現(xiàn)了淀粉的合成。

現(xiàn)在正在做的,從二氧化碳直接到各個(gè)業(yè)態(tài)是比較難的。目前的做法是通過(guò)二氧化碳先通過(guò)電化學(xué)的方式能得到甲醇。甲醇開(kāi)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(jīng)濟(jì)價(jià)值的。甲烷、甲醇等等一系列物質(zhì)通過(guò)二氧化碳開(kāi)始,形成一系列的碳源,用最后這些微生物來(lái)使用。

綜合一系列的,我們覺(jué)得接下來(lái)甲醇在近期是比較合適的一個(gè)合成生物學(xué)方式。隨著科學(xué)家不斷的改造,我們可以進(jìn)行全新的設(shè)計(jì),疊加合成生物學(xué)的不斷發(fā)展,會(huì)有新的人工合成路徑。另外合成生物學(xué)不單在生物本身,如果能生成目標(biāo)產(chǎn)物,借助一些化學(xué)方法來(lái)做一些輔助。

未來(lái)‘雙碳’還是有很多路徑去做,也是一個(gè)技術(shù)不斷進(jìn)步和疊代的過(guò)程。現(xiàn)在做的還是一些附加值更高,技術(shù)難度相對(duì)小一點(diǎn)的,然后慢慢去進(jìn)步,去提升……未來(lái)形成新的經(jīng)濟(jì)上可行的綠色生產(chǎn)方式。

中科欣揚(yáng)作為國(guó)內(nèi)最早從事合成生物學(xué)研究的公司,我們目前已經(jīng)形成大量的前期積累,包括環(huán)境等方面的積累。我們有大量的合成生物學(xué)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(tuán)隊(duì)主要都是復(fù)合型的微生物所、北大、南洋理工等復(fù)合型團(tuán)隊(duì)。北京、深圳、上海研發(fā)中心,還有在無(wú)錫的制造基地。

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