用户名: 密码:
 |  | 设为首页 | 加入收藏

上海交大开发全球首个二氧化碳“一步法”合成聚乳酸技术

作者:碳中和战略合作网  来源:上海交通大学  发布时间:2022-04-20

碳中和战略合作网讯:

上海交通大学生命科学技术学院食品与环境生物技术团队(FEMlab)使用合成生物学技术开发了新一代可降解塑料 PLA 的“负碳”生产技术该技术不仅可解决塑料污染、PLA 生产的非粮原料替代问题,还能在合成 PLA 的过程中直接捕获二氧化碳,助力“碳中和”“碳达峰”。

2022年4月14日,论文《蓝细菌细胞工厂直接碳捕获生产高性能生物可降解塑料》(Direct carbon capture for production of high-performance biodegradable plastics by cyanobacterial cell factory)在国际著名刊物 Green Chemistry 上在线发表。


上海交大陶飞研究员为该论文通讯作者之一(左),上海交大博士生谭春林为该论文第一作者(右)


近日,上海交通大学生命科学技术学院食品与环境生物技术团队(FEMlab)使用合成生物学技术开发了新一代可降解塑料 PLA 的“负碳”生产技术该技术不仅可解决塑料污染、PLA 生产的非粮原料替代问题,还能在合成 PLA 的过程中直接捕获二氧化碳,助力“碳中和”“碳达峰”。


他们在光驱动蓝细菌平台上使用代谢工程和高密度培养的组合策略,在国际上首次以二氧化碳为原料,直接合成可降解塑料 PLA


“一步法”将二氧化碳直接合成 PLA


这种新一代的 PLA 生产技术,与以往 PLA 的制造思路完全不同。该团队首次建立自养微生物细胞工厂,直接以二氧化碳为原料一步实现 PLA 的生物合成。


与其他技术相比,该技术具有“一石三鸟”的作用。不仅可解决塑料污染、生物制造的非粮原料替代问题,还在合成 PLA 的过程中直接捕获二氧化碳,助力“碳中和”“碳达峰”。


第一,解决塑料污染的问题。解决白色污染的根本方案是使用可降解塑料,来代替传统的不可降解塑料。新一代的 PLA 生产技术,为可降解塑料生产,提供一种可持续的发展策略,从而为可降解塑料的替代提供保障。


第二,解决 PLA 生产中潜在的“与人争粮”“与粮争地”问题。值得注意的是,以糖基化合物作为原料合成可降解塑料,对于需要大宗生产的 PLA 来说,不是一种可持续发展策略。这个过程需要消耗大量粮食,其制造工艺的大规模铺开将不可避免地面临“与人争粮”或“与粮争地”的问题。


这一新技术将合成的过程“化繁为简”,把“二氧化碳-粮食-淀粉-糖-乳酸-丙交酯-PLA”的漫长的合成过程,转变为一个合成的“长链条”(代谢途径)装进细胞中,直接使用二氧化碳为原料,不再依赖粮食原料。


第三,在 PLA 的合成过程中直接捕获二氧化碳,将二氧化碳“变废为宝”,可实现减碳、助力“碳达峰”。以废弃的温室气体作为原料生产材料,能够在减碳的同时实现高值产品的制造,在经济性上更有吸引力,可帮助实现减碳的加速发展。


该技术的未来发展可能性


一方面,该方法将减碳与塑料生产相融合。该团队计划在日后使用无碳的可持续发展方式——直接用太阳能或新能源所产生的电作为生产 PLA 能源,使用电厂碳排放或者直接使用空气中的二氧化碳作为碳源。这符合全球提倡的“碳减排”“碳达峰”模式,未来将会形成“负碳”制造产业,也将带来规模的经济效益。


另一方面,该技术会带来双重环境效益。塑料污染和气候变暖都是重要的环境问题。可降解塑料尚处于早期发展阶段,用可降解塑料替代传统的塑料是未来发展趋势,这也意味着该领域有巨大的发展前景。通过减碳解决温室效应,也已经成为国际发展趋势。该技术为同时解决这两个环境问题提供了方案。


此外,该技术可用于高性能 PLA 制造。当前,PLA 被广泛地应用于在化学、医疗、制药和 3D 打印等领域。该技术采用生物法合成,与传统的化学法相比,没有重金属催化物残留的问题,使该技术生产的 PLA 在高端的领域应用前景更加广阔。


陶飞举例说道:“比如医用的手术缝线,其中的 PLA 不允许含重金属成分,而生物法合成的 PLA 可以满足这一要求。”


(来源:Green Chemistry)


该团队下一步的研究重点是提高 PLA 的细胞干重占比,拟将细胞干重的比例进一步提升到 50% 以上。


陶飞表示,一方面,用蛋白质工程的方法对关键酶进行改造。“我们发现酶的催化性能存在一些问题,目前已经用 AlphaFold2 把它的结构预测出来了,正在进行深入的蛋白质工程研究。接下来,我们将重点研究如何提高它对前体物质的亲合力以及 PLA 链聚合速度,以实现提高酶的催化效率,让 PLA 的整体产能更高。”他说。


另一方面,为工业化生产做准备。该团队希望能把细胞底盘的鲁棒性进一步提升,包括系列耐受性,例如耐高光、抗污染、耐盐等能力。此外,在产品中试之前,该团队还计划针对细胞的自絮凝进行相关研究。


对于该技术的未来发展,该团队也有清晰的规划。陶飞表示,“我们计划通过 3-5 年的持续投入,进行中试和全链条的优化,将各方面指标提升至工业化水平。”


关键字:   上海交大 全球首个二氧化碳“一步法”

碳中和战略合作网版权声明:凡注明来源为“碳中和战略合作网:xxx(署名)”,除与碳中和战略合作网签署内容授权协议的网站外,其他任何网站或者单位未经允许禁止转载、使用,违者必究。如需使用,请与13552701370联系;凡本网注明“来源:xxx(非碳中和战略合作网)”的图片或文字,均转载与其他媒体,目的在于传播更多信息,但并不意味着碳中和战略合作网赞同其观点或证实其描述,文章内容仅供参考。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何问题与本网无关,想了解更多内容,请登录网站http://www.jnzlhz.com

图片新闻

  • 阿里云首个双碳管理产品—能耗宝,重磅发布!阿里云首个双碳管理产品—能耗宝,重磅发布!
  • 立邦建筑节能双碳目标参编上海建筑外墙保温工程标准立邦建筑节能双碳目标参编上海建筑外墙保温工程标准
  • 打造双碳时代的基础设施:浙江衢州探索建设碳账户打造双碳时代的基础设施:浙江衢州探索建设碳账户
  • 湖北碳减排支持工具落地达17.04亿元湖北碳减排支持工具落地达17.04亿元
  • 预测:产品“碳中和”标签将带来企业减碳新一轮变革预测:产品“碳中和”标签将带来企业减碳新一轮变革
  •  绿色金融:绿色信贷余额15.9万亿、绿色债券存量1.16万亿 绿色金融:绿色信贷余额15.9万亿、绿色债券存量1.16万亿

在线评论

  • *请自觉遵守互联网相关法律规定,字数在200字以内。

战略合作联系

  • 投稿邮箱:jnzlhz@126.com
  • 广告合作热线:13552701370
  • 微信公众账号:
关于我们 | 联系方式 | 会员服务 | 多元化服务 | 招聘信息 | 在线留言 | 友情链接 | 版权申明 |