價值鏈合作:從食物垃圾到生物塑料

該項合作是加拿大PHA初創公司Genecis創業之初的一部分。該公司以食物垃圾為原料，同時實現了沼氣和PHA的生產。由于利用了現有沼氣廠提供的基礎設施，該公司在原料采購和規?；矫姹绕渌鸓HA生產商更有優勢。深刻展示了循環性。

這也是一個關于PHA制作人如何決定做一些不同于其他人的事情的故事。

位于加拿大多倫多的初創公司Genecis Bioindustries的創始人兼首席執行官Luna Yu對食物浪費十分痛恨?，F在的處理方式（垃圾填埋），在可用空間和溫室氣體排放方面都造成了問題。越來越多地，有機廢物的分流是垃圾填埋場的一個日益重要的優先事項。

由于之前在沼氣行業獲得了經驗，Yu看到了機會。她被告知，如果沒有補貼，沼氣廠本質上是無利可圖的，盡管如她所說，沼氣廠是“重新利用食物垃圾并將其從垃圾填埋場轉移出去以及抵消碳排放的最佳途徑之一”。但她被告知，如果沒有補貼，沼氣廠是永遠不會盈利的。

她說：“我想，為什么不從這個過程中獲得那些真正有價值的脂肪酸，而不是從中制造低價值的甲烷。如果可以創造更高效的細菌，來制造更高價值的產品，會怎么樣？”

這個想法發展成為今天一個成熟的生物技術公司，該公司正在快速地從試驗規模向PHA的示范和商業規模生產邁進，并計劃在更長遠的時間內探索利用迄今開發的平臺中的揮發性脂肪酸生產化學品和材料。

來自微生物的塑料

2017年，Yu和一群志同道合的科學家開始尋找、識別和創造適合她所設想的過程的微生物；具體來說，就是能夠將食物垃圾中的短鏈脂肪酸轉化為PHA的細菌。

PHA家族是一個大家族?？茖W家們已經發現了150多種具有不同聚合物結構的PHA。細菌的種類和使用的底物（糖、淀粉、甘油、甘油三酯、甲烷）決定了產生的PHA的類型。在Genecis，利用在那里工作的科學家和工程師不同的知識背景，最終使用人工智能和遺傳工程的組合來開發能夠處理這一任務的微生物。

PHA以不溶于水的顆粒形式沉積在細胞內，由羥基脂肪酸組成，由微生物生產，是代謝能量的來源，也是碳儲存。在發酵罐中培養的細菌一旦成熟，就會進行機械或化學裂解，然后通過清洗步驟將PHA從細胞碎片中分離出來，以獲得純聚合物。然后將其壓縮成顆粒，可以進一步混合成化合物或加工成最終產品。

PHA是生物多酯，因此它們不僅是100%的生物基，而且還能在土壤、淡水和海洋環境中進行生物降解，并可在工業和家庭中堆肥。雖然這本身就使它們成為一類有趣的材料，但它們還可以提供與聚乙烯和聚丙烯甚至PET相當的物理特性和功能，并適合用于廣泛的應用，如餐具、杯子、薄膜、瓶子和其他包裝。

然而，盡管有這些極具吸引力的特點，幾十年來，PHA一直是研究的目標，而從未成為超過昂貴的利基產品。不難看出其中的原因：傳統的PHA生產方法極其昂貴。

大多數其他商業PHA制造商依賴于高成本的基質：純糖、脂肪和動物或植物蛋白?！俺杀景嘿F，難以規?；??！彼a充說，碳源的成本可能占PHA生產總成本的40% - 60%。為了使生產變得具有成本效益，必須找到豐富而廉價的碳來源。

“這正是我們所做的，”Yu解釋說，“我們沒有購買糖，而是使用有機食物垃圾，這簡直是不花錢，而我們的細菌使我們能夠以與糖原料相同的效率生產PHA。因此，我們的原料在處理和控制方面更具挑戰性，與糖不同，糖的質量非常穩定，但通過使用零成本的原料，我們一舉消除了所有這些成本?！?

此外，正如她所指出的，使用廢物不僅意味著不與人類的食物供應競爭，而且Genecis生產的PHA也比競爭對手的PHA更負碳。 通過將食物垃圾轉移到垃圾填埋場，使其降解并產生溫室氣體甲烷，該公司每處理一噸食物垃圾可以抵消0.8噸碳排放。

“食物垃圾本身實際上是第三大甲烷排放源，僅次于化石燃料、畜牧業或農業。能夠同時提供解決食物浪費、有限資源和污染問題的解決方案，這很令人興奮?！?

協作模式

自從在從多倫多大學租來的實驗室中啟動以來，Genecis已經擴展到位于多倫多附近的士嘉堡的一個10000平方英尺的設施，并建立了一個試驗設施。然而，它已經開發了一種進一步發展的模式，即基于合作和許可，而不是建立自己的工廠。

Genecis的增長和伙伴關系主管Rob Celik解釋說，這種模式本質上是一種分散的擴展模式，專注于與沼氣公司合作，并利用它們現有的基礎設施。通過這種方式，Genecis能夠以較低的成本生產材料，并以大規模交付材料，實現與這些合作伙伴之間存在的各種協同效應。與現有工廠的合作確保了Genecis作為原料的脂肪酸的穩定和可靠供應，同時節省了建造自己的設施所需的投資。此外，它還可以被用于世界各地的沼氣廠，使當地的生活垃圾生產成為可能。

“沼氣廠收集了幾乎所有城市地區的大量有機垃圾。這是目前處理廢物的首選方法，但這些工廠產出的產品價值很低，而且過程很長。所以，我們希望做的是與沼氣廠相結合。通過將低價值的垃圾轉化為高價值的生物塑料，我們幫助他們產生更多的收入，可能為沼氣廠和我們自己創造一個更有利可圖的系統?！?

Genecis設想為現有的基礎設施創造一種可在全球推廣的落地解決方案——通過一種簡單地固定在現有沼氣裝置上的打包解決方案，在全球范圍內實現大量的pH值生產。

Celik補充說，需要大量資本投入的替代方案是在一片綠地上建廠，目前很多生物塑料公司都是這么做的?！八麄儽仨殢念^開始：獲得所有的建筑、地基、電力和公用設施許可證，以建立一個全新的工廠。所有這些都已經存在于一個沼氣廠。他們已經有了環境許可、公用事業和基礎設施。使用這種與現有沼氣廠合作的整合模式，而不是自己建造這些大型工廠，在更少的資源上進一步發展這項技術，是很有意義的?！?

第一個項目

實現這一模式的第一步已經邁出。Genecis去年獲得了加拿大下一代制造公司600萬美元的合作資助，用于其與StormFisher公司共同開發的項目，StormFisher是一家有機廢物和清潔能源解決方案的開發商和運營商。

“我們從2018年起就認識StormFisher，當時該公司剛剛起步。他們對我們正在做的事情感興趣，此后我們一直保持聯系。他們是我們合作的自然選擇，也是因為他們渴望與我們合作，并成為第一個嘗試我們解決方案的人?！盰u說。

這兩家公司在一個項目上合作，將看到一個示范規模的Genecis裝置與Storm Fisher去年夏天在加拿大安大略省Drumbo開設的新食物垃圾回收中心相結合。在該中心，StormFisher公司對廢棄的包裝食品和綠色垃圾箱的有機廢物（每年約11萬噸）進行預處理，之后被送往該公司在倫敦附近的好氧消化器。

Yu表示，Storm Fisher本身是一家清潔技術公司，了解這項技術的好處，以及它如何能從每噸食物垃圾中產生更多收入，從而提高有機回收業務的盈利能力?！斑@就是為什么我們能夠最終與加拿大最大的沼氣廠合作?！盰u指出。

她補充說，一旦這個項目完成，公司顯然會在適當的時候將這個概念推廣到其他工廠。

未來產能

作為一種商業模式，與現有設施合作是明智之舉。據Rob Celik說，Genecis開發的螺栓連接裝置一旦達到工業規模，將達到4000至12000噸的PHA年產量，這取決于沼氣廠的規模。

他說:“在荷蘭和丹麥有一些非常大的沼氣廠，我們對此感到非常興奮，因為它們比加拿大最大的沼氣廠大三倍。該公司最近在丹麥注冊，使其能夠與歐洲客戶更密切地合作?！?

和所有PHA生產商一樣，Genecis也將努力爭取與目前行業使用的普通樹脂價格相同?！斑@是我們創辦這家公司的原因之一，”Luna Yu強調說，“以糖為原料的PHA非常昂貴——大約是聚丙烯價格的四倍。所以，是的，對于Genecis，我們的最終目標是實現與具有競爭力的石油基商品塑料相比的一對一成本。我們相信這可能需要5到10年的時間才能實現。但我們也相信，憑借我們的技術，我們最有可能實現這一目標，因為沒有其他人能像我們利用食物垃圾那樣降低成本?！?

分類是關鍵？

“沒錯，”Yu說，“正如我們所討論的，我們的方法與這個領域的其他公司有很大的不同。但事情遠不止如此?！?

Celik補充說，Genecis在處理每一件事上都與以前有所不同。他解釋說:“就擴大我們的技術規模而言，很明顯，我們討論過的分散模式是通過與沼氣廠整合，這將使我們創建一個分布式生產網絡，這是其他人沒有真正做過的?！?

“在技術方面，我認為我們正在做很多不同的事情。例如，我們正在使用代謝工程來創造更有效的過程，這也是我們沒有看到其他人在做的事情。去年，我們創造了第一個廢物轉化PHA的重組細菌，并為其申請了專利，這使得增加產量成為可能，同時通過直接改造細菌，減少了很多非常昂貴的加工步驟?！?

“最后，在商業牽引方面也是如此，盡管我們是一家早期創業公司，但我們的重點一直是客戶。我們沒有把時間花在建設生產設施和讓這些設施運行上，而是從一開始就與客戶合作，了解他們的需求，建立關系，并創造收入。目前，我們只針對超高端應用，我們與主要品牌合作，仍然可以收取利潤。我可以自信地說，我們比一些非常大的公司有更大的商業吸引力?！?