使用合成生物学创新技术,还可以助力可再生能源替代不可再生能源,助力碳中和

“从1960年开始到现在,全球气温升高了约30%。二氧化碳对整个气候的影响是很大的,包括气候的极端化,如冰川退缩、岛屿侵蚀等。十年前IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)会议上,各国都达成了共识——如果没有新的生产方式叠加,或者是有更多新能源技术引进,全球气温有可能会升高越来越高。如果有新的能源技术引进,以及新的生产方式变革,我们很有可能在不远的将来达到碳中和,全球的温度不会显著升高。”中科欣扬联合创始人兼董事长董亮在12月20日召开的2023《财经》可持续发展高峰论坛上表示。

中科欣扬,成立于2015年年底,主要是从事合成生物学的研究与开发。历经7年成长,中科欣扬从创业初期200㎡实验室,发展至拥有 “深圳、北京双研发总部+上海应用中心+无锡生产基地”,并成为国内最早完成合成生物学产业闭环并盈利的公司。

合成生物学(Synthetic Biology),诞生于21世纪初,迄今已发展了将近20年。2010年,首位运用合成生物学技术创造出“人造单细胞生物”的科学家克雷格·文特尔,曾将合成生物学描述为“像组装电路一样组装生命”。

实际上,作为一个二级分类下的交叉学科,合成生物学几乎涉及生物科学研究的所有领域,并与工程学、化学、物理学和计算机等学科进行了跨学科融合。

如今,合成生物已深入各行各业。在食品领域,合成生物技术可以通过合成酵母制造出一块以假乱真的人造肉;在农业领域,该技术可以借由改造噬菌体制成减少农药使用的微生物菌剂;在医疗领域,利用该技术分析病毒基因可以实现mRNA疫苗的快速制备;在化学品领域,用生物法制备戊二胺可用广泛应用于尼龙的生产。

正因合成生物的应用范围广泛且与制造业高度相关,投资人将其视为工业5.0概念中有望最先迎来爆发的产业。许多著名科技公司创始人,如微软的比尔·盖茨、雅虎的杨志远都在投资合成生物产业。

使用合成生物学创新技术,助力可再生能源替代不可再生能源。如在合成麦角硫因的工程菌中,中科欣扬重构了以甲醇等有机碳一为原料的利用途径,在生产过程中实现低碳制造和碳循环,麦角硫因合成全周期缩短了24小时,葡萄糖消耗量降低了28.5%。这些前瞻性的技术创新,有助于打破经济发展的资源环境瓶颈制约、构建新型可持续发展的绿色工业化道路。

据中科欣扬,合成生物学生物制造利用生物资源在细胞工厂内进行物质转化,通过系统性的设计和改造,可实现碳元素的闭环循环,降低原材料成本占比,缩短产业链长度以及生产周期。合成生物学大部分反应在微生物或酶的作用下进行,反应条件更温和,在生产过程中降低工业过程能耗15%-80%,减少空气污染50%-90%,减少水污染33%-80%,实现高效、环保、清洁生产,优化高碳排放行业。据世界自然基金会(WWF)预估,到2030年工业生物技术每年可降低10亿至25亿吨二氧化碳排放。

董亮表示,“未来‘双碳’还是有很多路径去做,也是一个技术不断进步和叠代的过程。现在做的还是一些附加值更高,技术难度相对小一点的,然后慢慢去进步,去提升。未来形成新的经济上可行的绿色生产方式。”

以下是董亮的发言全文:

谢谢主办方的邀请,我们企业是做合成生物学的,给大家做一个简单的介绍。

合成生物学是近年发展比较迅速的一个学科,它是继两次科技革命之后的第三次生命科技革命。我们人类从认知生命慢慢走向解读生命,21世纪是投资生物学的世纪,人类将实现从认知生命到创造生命的跨越。

合成生物学也可以推动第五次科技革命。实际上,合成生物学是一门多学科的集成,由生命科学、工程学、基因组学等多学科交叉的新兴技术,包括已经在医药领域实现突破。抗击新冠疫情,合成生物学做了很多贡献。此外,合成生物学在医药、食品,包括人造食品,在农业、能源、化工领域都已经开始展现它的巨大潜力,这是一种全新的生产方式,将推动第五次工业革命的发展进程。

我介绍一下合成生物学和“双碳”的关系。目前为止,人们的衣食住行等都离不开化石来源材料,包括燃料,包括化学、农药、添加剂等,比如,在“住”里面像装饰材料,“行”里面的道路建设等。在这些领域如何实现减碳,合成生物学都是可以去发挥它的一些作用。

从1960年开始到现在,全球气温升高了约30%,二氧化碳的排放对整个气候的影响是很大的,包括气候的极端化,包括冰川退缩、岛屿侵蚀等严重的后果。

十年前,IPCC会议上大家都达成了共识——如果没有新的生产方式叠加,或者是有更多新能源技术引进,全球气温有可能会升高越来越高。如果有新的能源技术引进,以及新的生产方式变革,我们很有可能在不远的将来达到碳中和,全球的温度不会显著升高。

根据目前一些的一些预测,2027年我们就可以实现碳中和。2020年中国在75届联合国大会上宣布,我们要在2030实现碳达峰,2060年实现碳中和。

根据IPCC的指导方案,中国制定了符合中国国情的行动方案。其中之一,是推动产业结构转型,包括人员的合理使用和管理,高效排放行业优化生产等。比如,建筑节能行动,交通运输绿色低碳行动,循环经济的行动,绿色科技的低碳创新行动等等。

合成生物学的生命周期全过程离不开碳。合成生物学其实是实现“双碳”重要的目标对象,包括像糖类、蛋白质类都是碳元素。

在碳这块我们有两方面内容,一个是碳源,一个是碳汇。在碳源方面,有一些新的能源,非化石能源,还有一些是优化高碳排放行业,实现提质生产,提高能源管理效率,提高物质循环,降低生产能耗。碳汇方面,我们强调汇强化,发展生态碳汇。

生物领域有公认的固碳技术,也是传统微生物合成的固碳路径之一。

除了微生物之外,还有另外几个增加碳汇的方式,一个是物理的,一个是化学的。物理碳汇是把二氧化碳回填到采油矿区,促进石油生产,相对比较复杂,因为地质结构的问题很难去做碳循环,像中石化油田做的年产一万吨的物理碳汇。化学碳汇是比较传统的,通过化学的还原力去生成有机物。合成生物方面是我们一直想突破的,用二氧化碳去提取晶体蛋白是现在比较典型好用的方式。

所谓化学方法固碳,即有效地通过二氧化碳捕捉,通过电化学的方式还原成化合物,目前有比较高的技术难度。一般都是形成碳一化合物。另外是微生物固碳。这几年合成生物学在“双碳”解决方案里面有大量的技术涌现,可以更快更高效的捕获,生成一些目标产物。

从固定二氧化碳开始,通过一系列的反应得到一些有机物质。去年天工所通过人工路径实现二氧化碳到淀粉的合成。具体路径是,二氧化碳是通过电化学的方式固定到碳一,然后甲酸、甲醇,通过一系列反应最后实现了淀粉的合成。

现在正在做的,从二氧化碳直接到各个业态是比较难的。目前的做法是通过二氧化碳先通过电化学的方式能得到甲醇。甲醇开始作为微生物的碳源,可以很好的被微生物利用,是完全有经济价值的。甲烷、甲醇等等一系列物质通过二氧化碳开始,形成一系列的碳源,用最后这些微生物来使用。

综合一系列的,我们觉得接下来甲醇在近期是比较合适的一个合成生物学方式。随着科学家不断的改造,我们可以进行全新的设计,叠加合成生物学的不断发展,会有新的人工合成路径。另外合成生物学不单在生物本身,如果能生成目标产物,借助一些化学方法来做一些辅助。

未来‘双碳’还是有很多路径去做,也是一个技术不断进步和叠代的过程。现在做的还是一些附加值更高,技术难度相对小一点的,然后慢慢去进步,去提升……未来形成新的经济上可行的绿色生产方式。

中科欣扬作为国内最早从事合成生物学研究的公司,我们目前已经形成大量的前期积累,包括环境等方面的积累。我们有大量的合成生物学元器件,像火山、印度洋、冰川等,可以用于改造微生物。我们的团队主要都是复合型的微生物所、北大、南洋理工等复合型团队。北京、深圳、上海研发中心,还有在无锡的制造基地。

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