Рамон Гонсалес видит факелы, сжигающие метан из дымовых труб над нефтеперерабатывающими заводами в Хьюстоне, и думает: «Какая трата». Он считает, что метан представляет собой возможность для биопроизводства, которую нельзя упускать.
Профессор Университета Райса и директор его новой инициативы Advanced Biomanufacturing Initiative, также известной как iBIO, уже знает, что начинает осознавать целый сектор химической промышленности: метан из отходов можно и нужно превращать в прибыль.
Учитывая неуклонное развитие биопроизводства - использование диких или генетически модифицированных бактерий для превращения богатого углеродом метана и других веществ в ценные химические вещества - должна быть возможность производить химические вещества в меньших, более экологически чистых масштабах., он сказал. Но это потребует отхода от нынешних представлений о том, что экономическая жизнеспособность может быть достигнута только за счет экономии на масштабе, обеспечиваемой крупными предприятиями.
Обещание биопроизводства является предметом перспективной статьи в Science на этой неделе, написанной Гонсалесом и его коллегами из Райс, старшим научным сотрудником Джеймсом Кломбургом и аспиранткой Анной Крамбли.
Гонсалес, который специализируется на создании генно-инженерных бактерий для биотехнологии, взял на себя роль провидца, осведомленного как о своих собственных исследованиях, так и о годах, проведенных в качестве директора программы в правительственном агентстве перспективных исследовательских проектов., где он обострил свой взгляд на новые технологии.
В онлайн-документе, который также кратко изложен в текущей печатной версии Science, авторы отмечают, что достижения в области метаболической инженерии, геномики и проектирования промышленных процессов приблизили промышленное биопроизводство как никогда к широкому внедрению. Они утверждают, что это может и должно пойти гораздо дальше.
«Биотехнологии в целом имеют четыре области применения: медицинскую, сельскохозяйственную, экологическую и промышленную, в которой мы в основном работаем», - сказал Гонсалес, профессор химической и биомолекулярной инженерии, а также биоинженерии из исследовательского центра Rice’s BioScience Research. Совместная. «Промышленная сторона нацелена на создание молекул, которые в наши дни производятся из многих видов сырья, включая нефть и природный газ..
"То, что мало изучено в этой области, это то, что биология предлагает на стол, независимо от того, используете ли вы исходные материалы, которые являются возобновляемыми или нет."
Возобновляемое сырье включает кукурузу и лигноцеллюлозную биомассу, используемую для производства этанола и других молекул. К невозобновляемым ресурсам относятся нефть и газ, используемые для производства тысяч химических веществ, необходимых промышленности, как правило, на огромных предприятиях, обеспечивающих экономию за счет масштаба. Гонсалес сказал, что мелкомасштабное биопроизводство, как правило, связано в первую очередь с возобновляемыми источниками, но он и его команда не обязательно видят в этом единственное применение технологии выращивания..
"Вам не нужно делать что-то большое", сказал он. «Это область, которую почти никто не исследует. На самом деле, компании делают наоборот: они говорят: «Давайте разовьемся с биологией» и заставляют ее делать вещи, которые не подходят для биопроизводства естественным образом. Это не обязательно то, чем является биология. хорош."
Он сказал, что среди выводов наиболее удивительным может быть то, что метан, сожженный только в 2014 году, мог быть преобразован посредством биопроизводства в семь важных органических химических веществ: метанол, этилен, пропилен, бутадиен, ксилол, бензол и толуол. - в количествах, достаточных для обеспечения 100-процентной потребности отрасли в текущем году.
«Между сжиганием метана, очистными сооружениями, расположенными рядом с населенными пунктами, и сельскохозяйственными объектами по всей стране, у нас есть много сырья», - сказал Гонсалес. «Вы можете сказать, что это мелочи, но если их сложить - а мы получили это число, - мы обнаружим, что можем производить большинство химикатов, которые нам нужны сегодня».
Немногие, если вообще какие-либо из этих видов сырья легко доступны для мегаобъектов, которые требуют эффективной доставки больших количеств преимущественно ископаемого сырья, сказал он. Напротив, предприятия биопроизводства работают в гораздо меньших масштабах и требуют количества сырья, соответствующего объему производства распределенных (и часто расточительных) предприятий по производству метана.
Распределение мелких фабрик приближает их не только к сырью, но и к точке потребности. По словам Гонсалеса, это также будет способствовать более быстрому внедрению инноваций и более быстрому реагированию на потребности рынка. По его словам, более низкая стоимость входа позволит создать более разнообразную группу технологических игроков.
В качестве примера он отметил, что небольшие, стратегически расположенные предприятия по биоконверсии увеличили производство этанола в стране в десять раз за последние два десятилетия.
Исследователи отметили, что экологические, геополитические и экономические факторы уже подталкивают производителей к поиску более мелких и лучше распределенных решений для удовлетворения насущных потребностей. По словам Гонсалеса, наука о программировании бактерий, таких как быстрорастущая кишечная палочка, для производства химических веществ с использованием методов редактирования генома, таких как CRISPR/Cas-9, быстро удовлетворяет спрос.
"Вам нужно производить миллионы тонн химикатов?" он спросил. «Как вы собираетесь это делать, если у вас есть небольшой завод, и вы все еще оказываете влияние? Ну, если у вас есть сотни или тысячи небольших заводов, вы, конечно, окажете влияние.
Вы можете использовать модель «экономии на количестве единиц», которую можно определить как переход от небольшого количества единиц или объектов высокой производительности к большому количеству единиц или объектов, работающих в меньшем масштабе. Хорошая новость заключается в том, что, как мы показываем в этой статье, промышленное биопроизводство может как поддерживать, так и извлекать выгоду из экономии на единицу продукции».
Гонсалес сказал, что развивающиеся страны могут извлечь большую выгоду из децентрализованного биопроизводства, а затем он заглянул еще дальше.
«Атмосфера Марса на 95 процентов состоит из углекислого газа, и чтобы установить там флаг, вам действительно нужно начать с этого и солнечной энергии, нравится вам это или нет», - сказал он. «И вы можете сделать это с чем-то вроде того, что я здесь описываю.
"Вам не нужно доставлять химический завод на Марс. Вы можете принести микробы в пробирке, которая размножается, растет и производит то, что вам нужно, из уже имеющегося там изобилия углерода."