18/02/2023
0Ученые из компании Genomatica из Сан-Диего, разрабатывающей нейлон на растительной основе. ГЕНОМАТИКА
Движимые государственными инвестициями и спросом акционеров, производители стремятся вывести на рынок биопродукты. Эти новые материалы, изготовленные из растений, грибов и микробов, призваны заменить те, которые содержат токсины и которые трудно перерабатывать или повторно использовать.
1930-х годах компания DuPont создала первый в мире нейлон — синтетический полимер, полученный из нефти. Сначала продукт появился в виде щетинок для зубных щеток, но в конечном итоге он будет использоваться для широкого спектра продуктов, от чулок до блузок, ковров, упаковки для пищевых продуктов и даже зубной нити.
Нейлон по-прежнему широко используется, но, как и у других пластиков, у него есть экологические недостатки: он сделан из невозобновляемого ресурса; при его производстве образуется закись азота, мощный парниковый газ; нейлон не биоразлагается и он сбрасывает микроволокна, которые попадают в пищу, воду, растения, животных и даже облака.
Однако теперь компания Genomatica из Сан-Диего предлагает альтернативу: так называемый нейлон на растительной основе, полученный путем биосинтеза, в котором генетически модифицированный микроорганизм ферментирует растительные сахара для создания химического промежуточного продукта, который можно превратить в нейлон. 6 полимерных фишек, а затем текстиль. Компания сотрудничает с Lululemon, Unilever и другими для производства этого и других продуктов на биологической основе, которые безопасно разлагаются.
«Мы находимся в начале перехода к устойчивым материалам, который изменит продукты, которые мы используем каждый день, и то, откуда они берутся», — говорит Кристоф Шиллинг, генеральный директор Genomatica.
В сентябре президент Байден запустил инициативу в области биотехнологии и биопроизводства стоимостью 2 миллиарда долларов.
Использование живых организмов для создания безопасных материалов, которые полностью разлагаются в окружающей среде, где они могут служить питательными веществами или сырьем для нового роста, — это лишь один пример растущего глобального движения, работающего в направлении так называемой биоэкономики. Его цель не ограничивается заменой пластика, но нацелена на все обычные синтетические продукты, включая химические вещества, бетон и сталь, которые токсичны при производстве или использовании, трудно перерабатываются и имеют огромный углеродный след. На их место придут продукты, сделанные из растений, деревьев или грибов — материалы, которые по окончании срока службы можно будет безопасно вернуть на Землю или перерабатывать снова и снова. Биоэкономика все еще невелика в глобальном масштабе, но стремление превратить успешные исследования в промышленные продукты растет, чему способствуют несколько факторов.
Во-первых, это широко распространенное отвращение к растущим экологическим потерям пластика, в том числе к тому факту, что люди и животные поглощают его. Во-вторых, поток финансирования, особенно в Соединенных Штатах и Европе, для ускорения отказа от продуктов, которые не поддаются биологическому разложению, токсичны и производят выбросы углерода. В сентябре прошлого года президент Байден подписал указ с финансированием более 2 миллиардов долларов о запуске Национальной инициативы в области биотехнологии и биопроизводства для поддержки исследований и разработок, включая использование устойчивых ресурсов биомассы и отходов для производства нетоксичных, био- на основе топлива, химикатов и удобрений, а также для строительства доступного жилья.
Министерство обороны США недавно профинансировало то, что оно называет Институтом производственных инноваций под названием BioMADE, или Экосистема биопромышленного производства и дизайна, государственно-частное партнерство со штаб-квартирой в Университете Миннесоты. Биопромышленное производство использует биологические системы, включая микробы, такие как бактерии, дрожжи и водоросли, для создания новых материалов или альтернатив существующим материалам на основе нефти. Текущие проекты включают создание бактерии из побочных продуктов молочной промышленности, которая заменяет пропилен на основе нефти в качестве сырья для акриловой кислоты, которая используется для производства винила, красок, клеев, подгузников и других продуктов, а также бактерии, которые безопасно убивает патогены у цыплят, заменяя антибиотики.
Министерство сельского хозяйства США также является крупным игроком в этой области. Агентство недавно объявило, что выделит 41 миллион долларов на развитие новых рынков для продукции из дерева, и уже давно управляет программой BioPreferred., который требует, чтобы федеральные агентства и подрядчики преимущественно закупали продукты, включая чистящие средства, ковры, смазочные материалы и краски, с высоким содержанием биологического сырья. Среди продуктов, которые в настоящее время используют федеральные агентства, — охлаждающая жидкость для трансформатора, изготовленная из соевого масла, которая на 99 процентов разлагается биологически за 21 день, и стиральный порошок седьмого поколения, который на 97 процентов состоит из ингредиентов на биологической основе. Хотя концепция биоэкономики существует уже некоторое время, всплеск финансирования и интереса породил ряд новых объектов и проектов. Центр передовых конструкций и композитов Университета штата Мэн только что изготовил полностью перерабатываемый дом; организация по защите прав животных PETA управляет Центром инициативы по инновациям в области материалов, который разрабатывает экологичный текстиль без продуктов животного происхождения. Окриджская национальная лаборатория имеетЦентр инноваций в области биоэнергетики , который изучает топливо из растений и цепочку поставок биоэнергии.
ЕС предложил новые правила, требующие, чтобы к 2030 году вся упаковка продуктов была пригодна для вторичной переработки и, возможно, повторного использования.
Через Атлантику Horizon Europe, ключевая программа финансирования Европейского союза, выделила не менее 2 миллиардов долларов на ускорение своего перехода к биоэкономике. Цели программы заключаются в том, чтобы финансировать инновационные продукты на биологической основе, чтобы сделать инвестиции в их производство менее рискованными,, убедиться, что новые продукты и системы работают так, как заявлено, и быстро вывести их на рынок.
Новые правила, регулирующие потоки отходов, являются еще одним важным фактором этого перехода. ЕС только что предложил новые правила, требующие, чтобы к 2030 году вся упаковка продуктов подлежала переработке экономически выгодным способом и, возможно, повторному использованию. Текстильная промышленность континента также готовится к новым правилам устойчивого развития. «Индустрия моды, с точки зрения ЕС, будет регулироваться от А до Я в течение нескольких лет», — заявил недавно в интервью Women’s Wear Daily Раннвейг ван Итерсон, старший консультант отдела по связям с общественностью Оханы . «Это происходит практически с нуля без законодательства об устойчивом развитии, чтобы охватить все: от производства до проектирования и отходов». Другими словами, весь процесс изготовления одежды вскоре может стать биологическим.
Индустрия моды находится под огромным давлением, чтобы привести свои действия в порядок, говорит Фрэнк Замбрелли, исполнительный директор Коалиции ответственного бизнеса Фордхэмского университета в Нью-Йорке. Этот сектор производит 92 миллиона тонн отходов во всем мире каждый год, а его выбросы CO2, по прогнозам, увеличатся на 50 процентов к 2030 году. Для дубления шкур для кожи требуется ряд токсичных химикатов, включая хром, формальдегид и мышьяк. Одна многообещающая альтернатива коже исходит от грибов. В 2016 году MycoWorks начала производить ткань, похожую на кожу, под названием рейши, из мицелия грибов. Разработанный материал имеет углеродный след, который составляет всего 8 процентов от следа производства бычьей кожи. Компания добилась бешеного успеха и теперь производит текстиль, от простыней до брезента и автомобильных сидений для крупных брендов. Компания MycoWorks, базирующаяся в Эмеривилле, штат Калифорния, насчитывает более 160 сотрудников и только что заложила фундамент завода площадью 150 000 квадратных футов.
Обеспокоенность по поводу надвигающихся ограничений привела к большому толчку к расширению масштабов производства новых, более безопасных материалов. «Появляется все больше и больше ответственных вариантов», — говорит Замбрелли. «Многие из этих альтернатив существуют уже некоторое время, но мы начинаем видеть реальные инвестиции».
По мере того, как в действие вступает все больше правил, компаниям придется более серьезно относиться к раскрытию экологической информации о своих продуктах в официальной отчетности, добавил Замбрелли. «Когда у вас есть финансовые директора [главные финансовые директора] и главные юрисконсульты, участвующие в составлении отчетов, внезапно появляется легитимизирующий фактор в том, что они делают».
По словам Роба Хэндфилда, изучающего цепочки поставок на основе биоресурсов в Университете штата Северная Каролина, помимо регулятивного давления, растет давление со стороны акционеров. «Все больше и больше компаний теперь имеют инвесторов, которые запрашивают научно обоснованные цели», — сказал он. «Кроме того, существует большое давление со стороны клиентов. Они просят компании не только взять на себя обязательства, но и вложить свои деньги туда, где они говорят».
Помогает и то, что биопродукты становятся все более прибыльными. По одной оценке, стоимость биоэкономики в США составляет 1 триллион долларов, а глобальная стоимость – в 4 триллиона долларов. В отчете Всемирного совета предпринимателей по устойчивому развитию за 2020 год прогнозируется, что к 2030 году экономические возможности для биопродуктов могут вырасти до более чем 7 триллионов долларов.
Быстро развивающиеся технологии позволяют создавать новые подходы и продукты. Обычная старая низкотехнологичная древесина — из деревьев — привлекает огромное внимание в качестве замены стали и бетона в строительстве. (На производство стали приходится около 8 процентов глобальных выбросов углекислого газа, а на производство бетона — еще примерно 8 процентов.)
Переход от лабораторных образцов к массовому производству является следующим и более серьезным препятствием для многих продуктов.
Продукт под названием MettleWood, разработанный в Центре инноваций в области материалов Университета Мэриленда, получают из мягкой древесины коммерческих плантаций, из которой был удален лигнин. В запатентованном процессе древесина без лигнина затем уплотняется под высоким давлением, создавая древесину, которая, по утверждению ее производителя, на 80 процентов легче стали, на 20 процентов прочнее и примерно вдвое дешевле. InventWood, компания, производящая MettleWood, только что получила грант в размере 20 миллионов долларов от Министерства энергетики США на расширение производства.
Центр передовых конструкций и композитов Университета штата Мэн недавно продемонстрировал напечатанный на 3D-принтере дом, сделанный из смеси побочных продуктов леса с многочисленных лесопильных заводов штата: опилок, древесной муки (очень мелкие опилки), биосмолы и ингредиентов, которые ешё не раскрыты. Вся оболочка дома — стены, пол и крыша — напечатана из древесных волокон и биосмол и изолированы 100-процентной изоляцией из древесного сырьяю.
«Этот материал подлежит вторичной переработке, — сказал Эван Гилман, главный инженер центра. «Если через сто лет этот дом придет в негодность, вы можете взять материал, измельчить его и напечатать другой дом, или другую постройку, или еще что-нибудь полезное. Его можно использовать в будущем».
Массивная древесина, также известная как кросс-клееная древесина, также становится все более популярной в качестве строительного материала. Изготовленный из кусков дерева, ламинированных или сколоченных вместе, она в некотором смысле прочнее стали и бетона. А поскольку древесина остается неповрежденной на протяжении всего срока службы здания, она будет связывать углерод в течение десятилетий или даже дольше, потенциально превращая здания из источников в поглотителей углерода.
В то время как исследования и разработки находятся на подъеме, переход от лабораторных образцов к массовому производству является следующим и более серьезным препятствием. Фактически, разрыв между открытием и успешным маркетингом нового продукта или процесса, известен венчурным капиталистам как «долина смерти». В США «очень хорошо идут этапы исследований и разработок, и у нас есть производство в промышленных масштабах», — сказала Мелани Томчак, главный технический директор BioMADE. «Но именно середины между ними, а именно опытного производства у нас пока нет, так как раньше не было таких сильных стимулов для его создания как сегодня».
Существует также обеспокоенность тем, что продукты на основе биологического сырья подвержены «зеленому отмыванию» — переоценке их добросовестности с точки зрения окружающей среды — или к непредвиденным последствиям. Восемнадцать лет назад, например, федеральное правительство значительно расширило программу поощрения производства биотоплива, в основном из кукурузы, чтобы сократить выбросы CO2 от ископаемого топлива. Сейчас более трети урожая кукурузы в США идет на биотопливо. Однако одно недавнее исследование показало, что федеральные стимулы выращивать кукурузу для производства этанола привели к преобразованию земель в пахотные земли, что привело к выбросу парниковых газов в атмосферу, что нивелировало выгоды от программы.
И хотя строительство из массивной древесины может быть более устойчивым, чем строительство из стали и бетона, в зависимости от ряда факторов, в том числе от того, как долго балки остаются нетронутыми, спрос на массивную древесину может привести к увеличению вырубки.
Хотя настоящая биоэкономика далека от реализации, повышенное внимание к этой области и ее финансирование создают импульс. Большая часть битвы может быть просто осведомленностью общественности. «Нам нужно больше первых последователей, чтобы стимулировать экономию за счет масштаба», — сказал Гилман из Университета штата Мэн. «Технологии существуют, но они не используются, потому что они еще не настолько эффективны, или люди просто не понимают их потенциала. Нам нужен импульс, некоторые первые последователи, которые покажут что продукты новых технологий востребованы и хорошо продаются. Это действительно будет стимулом для развития».
Джим Роббинс — опытный журналист из Хелены, штат Монтана. Постоянный автор Yale Environment 360 , он писал для New York Times, Conde Nast Traveler и многих других изданий. Его последняя книга — « Чудо птиц: что они рассказывают нам о мире, о себе и о лучшем будущем» .
