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  • 客觀日本

    利用微生物從二氧化碳中生產塑料原料,為“脫碳”做貢獻

    2021年06月11日 化學材料

    利用微生物從廢氣中生產塑料——廣島大學加藤淳也特任助教和中島田豐教授等人與產業技術綜合研究所合作,共同開發了利用微生物從氫和二氧化碳(CO2)或者一氧化碳(CO)合成化學物質“丙酮”的方法。丙酮被廣泛用作塑料的原料和有機溶劑。預計該方法有助于達成日本政府提出的2050年之前實現溫室氣體凈零排放的目標。

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    利用微生物從合成氣體中制造丙酮(圖片由廣島大學中島田豐教授提供)

    近年來,利用微生物從二氧化碳等氣體中生成其他有用物質的發酵技術備受關注。這種技術的優點是可以把溫室效應氣體轉化為其他化學物質。如果能通過其他方式生產原本需要利用化石資源制造的化學物質,則將減少使用化石資源,從而有助于抑制溫室氣體排放。

    研究團隊此次發現了通過二氧化碳或者一氧化碳合成丙酮的微生物。丙酮是家電產品和汽車部件等使用的聚丙烯的原料,是工業用途不可或缺的物質,現在主要依靠石油制造。如果不使用石油就能制造丙酮,將有助于實現塑料生產的脫碳化。

    研究團隊著眼于可以生產乙酸的微生物“熱乙酸穆爾氏菌”。這種微生物能以氫為能源,利用二氧化碳或者一氧化碳生產乙酸。通過修改這種微生物的基因,還可以生產丙酮。

    研究團隊去除了微生物用來生成乙酸的兩條代謝途徑之一的基因,然后導入了其他基因,這樣可以利用在生成乙酸的過程中所產生的物質生成丙酮,并由此抑制乙酸的生成并合成丙酮。

    10克新開發的微生物每小時可以制造1克丙酮。據估算,使用一噸二氧化碳和121公斤氫一天最多可以生產約400公斤丙酮。中島田教授表示:“建立起量產體制的話,有望以與石油相同的成本合成丙酮”。

    燃燒廢塑料等時產生的“混合氣體”中含有一氧化碳和氫等。新開發的微生物還能利用這種混合氣體生產丙酮,減少處理廢棄物時產生的廢氣。

    新開發的微生物可以在55~65攝氏度的溫度下培養。通過使溫度高于丙酮的沸點56度,丙酮在生成的同時會立即變成氣體,便于輕松回收,無需進行分離和純化等。預計還能通過丙酮的連續生產降低成本。

    今后研究團隊打算改良導入的基因,進一步提高丙酮的制造效率。新開發的微生物接觸到氧氣后會死亡。如果能利用基因導入技術在工廠中輕松處理微生物,將有助于建立量產體制。未來計劃與企業合作推進實用化研發。

    中島田教授的目標是2030年實現實用化。他強調說:“這是在未來石油資源枯竭時維持現在的生活水平所必須的技術”。

    歐美領先,日本也在全面開展研發

    以歐美為中心,利用微生物生產有用化學物質的技術開發不斷取得進展。典型的例子有以玉米為原料,利用微生物制造乙醇的技術等。以二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)為基礎,利用微生物制造化學物質的氣體發酵技術也從2010年代開始盛行。日本方面,為利用微生物生產蛋白質和化學物質,東京大學成立了初創企業CO2資源化研究所(東京)等。

    該公司正在開發利用轉基因微生物制造聚乳酸等塑料原料的技術。計劃與其他企業合作,1年~1年半后使利用微生物塑料制造的副食品包裝在便利店等投入使用。該公司的代表湯川英明表示:“希望盡快讓消費者看到利用二氧化碳制造的塑料被制成了產品”。

    歐美率先展開了脫碳行動。日本也在政府提出2050年實現溫室氣體凈零排放的目標后逐漸開始行動起來。還出現了欲將噴氣式飛機的燃料換成利用廢塑料等制造的再生燃料的動向。因此有潛力的新技術普及的空間非常大。

    利用微生物獲得有用化學物質的技術動向及前景

    1990年代

    美國開發成功利用微生物從玉米中生產乙醇的技術

    2010年代

    以歐美為中心,開發出了利用微生物從二氧化碳(CO2)等氣體中生產有用物質的技術

    2030年

    開始推進利用微生物從氣體中生產有用物質的工業生產

    2040年

    使用微生物的塑料等產品普及

    2050年

    實現溫室氣體凈零排放(日本政府的目標)

    日文:下野谷涼子,《日經產業新聞》,2021/06/04
    中文:JST客觀日本編輯部