菊芋可以制造塑料?这个想法听上去有些异想天开,但Bo Mattiasson教授证明它是可以实现的。Mattiasson是一套独特的生物炼制法的倡导者之一。这套炼制法公布于2012年夏天。在以生物原料为基础的化学品、燃料及其它产品的生产工艺发展过程中,它扮演着非常重要的角色。

「生物炼制法就好比石油加工,即将原油提炼成不同的产品。然而,它们存在着根本的区别,尤其是它们所使用的原料。」瑞典厄勒海峡生物炼制合作项目的产品经理Josefin Ahlqvist说,「菊芋就是一种可用于生物炼制的原料。还有甜菜、甘蔗、小麦、土豆、油菜籽和农林业废弃物,都可作为原料。它们都有各自的生物起源,相比原油炼制中所使用的化石原料,它们的碳足迹要低得多。尽管这两种炼制技术不同,但用生物原料炼制成的最终产品,例如塑料、燃料和化学品却是一样的。」

「全世界有许多科研小组,都在研究将可再生材料转化为有价值产品的方法。然而,生物炼制法要想取得商业上的成功,还有很多工作要做。原料的成本要低、可用性要高;种植和提炼过程中的环境影响要低;原料转化成最终产品的效率也要够高。要想与传统的化学炼制法竞争,这些因素都必不可少。」

「在瑞典与丹麦共同合作的厄勒海峡生物炼制项目中,我们与位于斯科讷省安纳博格农场的炼制加工单位开展了广泛的合作。这也为我们测试不同的原料、酶系统和加工工艺提供了试验条件。」

用菊芋制造塑料?

「菊芋是一种长在地下的植物,含有一种名为菊粉的聚合物,而菊粉由果糖构成。」 Bo Mattiasson在瑞典UR电台节目中讲解到,「菊芋是熬汤的好材料,但这种植物地上的部分也含有有用的化学物质。这种植物可以大面积种植,但它的价值不仅仅是被端上餐桌。」

在厄勒海峡生物炼制项目中,化学品、燃料及其它产品是用可再生原料生产的。

Mattiasson和他的同事们用玻利维亚盐单胞菌生产多元酸(PHB)。这种细菌是在玻利维亚海拔4000米的红湖中发现的。这种细菌被运往隆德,成为了用有机体制造工业用化学品的案例之一。

将一群盐单胞菌放入专门的容器中(发酵),给予适当的营养,例如菊芋中的果糖,可使细菌快速生长。细菌中含有一种特有的酶,在生产PHB时起催化作用。

大约80%的细菌干重最终是由多元酸构成。这种聚合物被精炼后用作可生物降解塑料的原料。

「另一个例子是利用生物技术将葡萄糖转化为丙酸、乳酸、乙醇、丁醇等等。化学工业对此可是很感兴趣的,这些物质都是生产各类产品所需要的基本化学品。」Mattiasson介绍到,「目前我们正在设法生产丙酸,它可用于生产丙烯酸,而丙烯酸又可以生产塑料。」

「我们看到了许多机遇,并不断寻找可以用作生物催化剂的细菌及其它微生物。通常会在极端环境中寻找,例如温泉、北极地区或富含盐的环境中。」Mattiasson说,「如果幸运的话,这些微生物可以实现我们的愿望,在我们的发酵罐中发挥作用。有时我们会发现一些微生物的酶系统正是我们所需要的。于是我们便有机会进入微生物的DNA中,选择能够产生我们需要的酶的基因,并将这种基因植入其它有机体中。」

实际应用规模的试验

一旦研究人员找到合适的生物催化剂,生物炼制的时代就要到来了。安纳博格新建的试验工厂为研究人员以及企业客户提供了实际应用规模的试验机会。这些设施还可以用作教学目的。生物炼制的要点是大量尺寸在几百升到10立方米大小的容器。在第一步工序中,这些植物都被碾碎成了「汤」。

安纳博格的新试验工厂拥有大量尺寸在几百升到10立方米大小的容器。

添加何种生物催化剂(例如含特有酶系统得微生物)要根据最终产品的需求。这些微生物可以利用酶的特效将生物质转化为新的分子,精炼后的分子用途很多。

「虽然,我们的重点在于利用生物炼制生产出的最终产品,但我们也要想想如何充分利用生物化学过程中产生的物质。它们或许会是可用的材料、产品或由有害细菌形成的无用产品。」Mattiasson说,「我们不会丢弃其中任何东西,剩余物可用于生产沼气。而生产出的沼气一部分可以提供给项目人员,用作汽车燃料。我们还可以从中获得一种肥料。我们既要努力思考如何将炼制出的生物质用于化学品和材料的生产——这可是一大笔钱,也要用环保的方式将其中的副产品利用起来。」Mattiasson说。

本文于2013年10月发布