毛利潤將達數(shù)千元每噸 從廚余垃圾到生物可降解塑料和單細胞蛋白質(zhì)

廚余垃圾在生活垃圾中占比高達59.3%。因為包含大量的有機物，具有很大的處理空間，因此，廚余垃圾處理得到廣泛關(guān)注，行業(yè)規(guī)模迅速發(fā)展，預(yù)計2023年中國規(guī)模將達4700億。

目前，中國廚余垃圾處理主要依靠填埋與焚燒，少數(shù)依靠厭氧消化、好氧堆肥、飼料化等方式。在碳中和與循環(huán)經(jīng)濟背景下，這些方式在碳排放和利用率等方面仍存在很大不足。產(chǎn)生者付費原則下，傳統(tǒng)處理方式成本高，產(chǎn)物價值低，無法從根本驅(qū)動。

那么，能否將廚余垃圾升級處理為價值更高的產(chǎn)物呢？生物可降解塑料或許是一種更優(yōu)的解決方案。

目前，美國的Full Cycle公司利用天然細菌驅(qū)動，將食物垃圾等有機廢物轉(zhuǎn)化為PHA（聚羥基脂肪酸酯）；加拿大的Genecis公司開發(fā)微生物和發(fā)酵工藝，利用食物垃圾生產(chǎn)PHA，已在推進其第一個產(chǎn)品 PHBV（3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物，PHA的一類）的生產(chǎn)。

在國內(nèi)，菌菌科技蘇州有限公司（以下簡稱菌菌科技）是目前唯一一家致力于利用工程化大腸桿菌將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為生物可降解塑料的公司。菌菌科技于2022年3月注冊成立，專門為生物可降解垃圾提供解決方案。

“在生物技術(shù)發(fā)展的推動下，越來越多的化學(xué)制造將被生物制造所覆蓋，這也意味著在生產(chǎn)原料方面‘與人爭糧’的問題將日益嚴重。國內(nèi)曾因玉米儲備驟降而叫停乙醇汽油推廣計劃，因此我們希望用更加可持續(xù)性的原料進行生物制造賦能低碳環(huán)保行業(yè)。菌菌科技打造的從廚余垃圾到可降解塑料的生產(chǎn)體系無疑是更貼合我國國情的?！本萍嫉膭?chuàng)始人陳繁表示。

陳繁博士就讀于德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)生物化學(xué)系，導(dǎo)師為艾森雷赫教授和諾貝爾獎得主胡貝爾教授。攻讀博士學(xué)位期間，陳繁致力于細菌、人體細胞的代謝組學(xué)和植物活性代謝產(chǎn)物的生物合成途徑研究以及應(yīng)用，曾以訪問學(xué)者的身份到德國衛(wèi)生部下屬的Robert Koch Institut交流學(xué)習(xí)。他先后主持數(shù)項德國研究基金會與中國國家自然科學(xué)基金委員會、法國國家科學(xué)研究中心和墨西哥尤卡坦州科學(xué)研究中心的合作項目。曾在德國聯(lián)合創(chuàng)辦基于代謝組學(xué)第三方診斷公司MScout GmbH，并負責(zé)企業(yè)研發(fā)與商務(wù)拓展。

菌菌科技創(chuàng)始人暨首席執(zhí)行官陳繁

從廚余垃圾到PHB的24小時全套處理方案

據(jù)陳繁介紹，菌菌科技已打造從廚余垃圾到目標高附加值產(chǎn)物的24小時內(nèi)全套處理方案。方案對廚余垃圾進行高通量分析，基于分析結(jié)果調(diào)配適當?shù)幕旌厦?，將垃圾分解后調(diào)節(jié)其碳氮源比例以及磷酸鹽濃度、pH值等，定制適配于不同工程菌生長的培養(yǎng)基。目前方案的主要是產(chǎn)物是PHB（聚羥基丁酸酯，PHA的一類）和單細胞蛋白質(zhì)。

“整體來說，我們會將廚余垃圾降解成培養(yǎng)基的時間縮短至6個小時，發(fā)酵過程控制在12個小時，終端處理即收獲產(chǎn)物控制在6個小時，整體實現(xiàn)一套24小時的解決方案。而這也要求菌菌科技精確到每一個步驟?！?/p>

他具體說道，首先，菌菌科技根據(jù)廚余垃圾的漿液組成和光譜進行建模，這樣一來，能夠?qū)崟r探測廚余垃圾的組分，計算出最佳的酶配方。未來，如果垃圾的組成有所改變，例如從廚余垃圾拓展至農(nóng)業(yè)垃圾、花卉垃圾等生物可降解垃圾，也能夠及時修正加入的酶的比例或者后期補充的碳氮源的比例。

24小時全套處理方案流程圖

其次，獨家專利的基因編輯后的細菌產(chǎn)出極高且效率大幅提升。菌菌科技將一種革蘭氏陰性菌的PHB代謝通路轉(zhuǎn)入大腸桿菌中并進行改良，使其在更短的時間內(nèi)完成目標化合物的生產(chǎn)。

除此之外，最關(guān)鍵的是菌種庫。除了內(nèi)部構(gòu)建的菌種庫平臺，菌菌科技還與慕尼黑工業(yè)大學(xué)有深度的合作?！拔磥頃鲱愃朴诼?lián)合研究中心的項目，與我的導(dǎo)師艾森雷赫教授、諾貝爾獎得主胡貝爾教授等人在細菌以及酶配方上面進行深度合作。”

在團隊方面，發(fā)酵工藝負責(zé)人師從華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院的莊英萍院長，擅長多組學(xué)整合分析，代謝工程改造，生物發(fā)酵工藝；分離工藝負責(zé)人為華東理工大學(xué)、慕尼黑工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士，擅長催化劑制備、反應(yīng)工藝條件優(yōu)化及放大、精餾分離技術(shù)開發(fā)及優(yōu)化等相關(guān)工作；自動化負責(zé)人是法國巴黎十一大信息科學(xué)與技術(shù)博士，其參與研發(fā)的工業(yè)機器人及智能制造設(shè)備已在南京、無錫、泰州等地企業(yè)日常應(yīng)用。

另外，菌菌科技邀請上海大學(xué)酈鑫耀教授擔(dān)任公司分離體系的技術(shù)支持；與江南大學(xué)吳世嘉教授合作創(chuàng)建菌菌科技-江南大學(xué)聯(lián)合研究中心，負責(zé)合成生物學(xué)產(chǎn)物的安全性評估。

主要產(chǎn)物為PHB和單細胞蛋白質(zhì)

菌菌科技PHB成品

不過，陳繁也坦言道，目前整個體系還是分步式的，即幾個過程加在一起總共24個小時，尚未實現(xiàn)整合在一起的效果。

“未來我們會讓整個體系變得更加流暢，同時針對菌種進行更定向化的改造。具體來說，目前需要將垃圾變成培養(yǎng)基以后，調(diào)整它的碳氮源比例去適配某一款工程菌，之后將轉(zhuǎn)變方式，優(yōu)化工程菌的產(chǎn)物合成路徑，更大限度地提高生產(chǎn)潛力。產(chǎn)物也將拓展至益生元、法呢烯、γ-癸內(nèi)酯以及玻尿酸等更多高附加值產(chǎn)物?！彼f。

目前，方案的主產(chǎn)物為PHB，產(chǎn)量能夠達到干細胞質(zhì)量的70%～80%；其次為單細胞蛋白質(zhì)，產(chǎn)量達到10%～15%；剩下的部分是多聚糖、氨基酸，或者是脂肪酸等化合物。

PHB擁有較好的物理延展性和熱穩(wěn)定性。盡管如今利用細菌發(fā)酵生產(chǎn)PHB的技術(shù)比較成熟，但由于細菌培養(yǎng)需要較昂貴的發(fā)酵底物和消耗能源使其價格難以下降，無法與現(xiàn)今價格低廉的化學(xué)合成塑料競爭。

“PHB 在當前市場上的售價約為4～5萬元/噸，而以我們公司小試規(guī)模來看，成本為12000～15000元/噸，未來隨著生產(chǎn)規(guī)模擴大，可能壓縮至9000元/噸。而且我們的PHB純度能夠達到95%以上?！?/p>

副產(chǎn)物單細胞蛋白作為動物飼料則有多項優(yōu)勢。

“其一，蛋白含量超過80%，傳統(tǒng)的大豆蛋白的蛋白含量僅為43%左右；其二，經(jīng)過高溫滅菌過程蛋白已解旋，更易于動物消化；其三，多糖等其他產(chǎn)物帶來的甜味使其具有更好的適口性；其四，單細胞蛋白質(zhì)作為我們的副產(chǎn)物，將具有更好的議價權(quán)?！?/p>

毛利潤將達約每噸數(shù)千元

在商業(yè)模式上，菌菌科技將以出售解決方案和耗材盈利。模式一，打包技術(shù)解決方案出售給大型環(huán)保公司，收益包括后期的耗材更新；模式二，將整套搭建體系的圖紙技術(shù)授權(quán)給第三方環(huán)保工程裝備公司，由他們負責(zé)幫其他公司搭建所需設(shè)備以及進行后期的維護。

“對于采購公司，初期我們會幫助其進行產(chǎn)品銷售渠道的對接”，他補充道，“整套體系帶來的高收益，將幫助采購者在1年～2年時間內(nèi)回本?！?/p>

傳統(tǒng)處理方式收益較低，且嚴重依賴于國家的補貼。目前國家對于廚余垃圾的清運以及處理，補貼費用約為280元/噸，在此基礎(chǔ)上，以厭氧消化方式為例，收益約40元/噸，也就是說，若無補貼作為前提，目前的處理方式可能每噸凈虧200多元。

“使用我們的解決方案處理廚余垃圾，毛利潤將達到每噸數(shù)千元，凈利潤也將較傳統(tǒng)方式增長幾十倍?！?/p>

在工業(yè)化上，菌菌科技正由小試向中試推進。據(jù)陳繁透露，目前公司正在進行第一輪融資，這筆資金將用于打造500公斤級別的樣機，預(yù)計半年左右完成。菌菌科技希望兩年后打造出5噸級別的樣機，屆時將作為明星產(chǎn)品進行推廣。未來，整套方案將迭代擴大到10噸、50噸，最終目標是達到100噸左右的體量。同時，也將從原料端、產(chǎn)品端不斷提升解決方案的完整性和可擴展性。

以生物可降解垃圾作為原料生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，不僅是為了降低成本，更希望實現(xiàn)真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟，積極響應(yīng)國家“雙碳”政策。