في إطار أهداف “الكربون المزدوج”، تم تقديم سلسلة من المبادئ التوجيهية للتنفيذ، مما يكشف عن إمكانات هائلة في المحيطات الزرقاء الناشئة. ويمكن تناول تحقيق الحياد الكربوني من ثلاثة اتجاهات رئيسية: توليد الطاقة، واستهلاك الطاقة، وإعادة تدوير الموارد. وتشمل الأمثلة على ذلك استبدال البترول غير المتجدد بالطاقة النظيفة، واعتماد عمليات ومعدات إنتاج تنبعث منها انبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكربون، وإعادة تدوير المنتجات البلاستيكية التقليدية وإعادة استخدامها. ومن بين هذه المسارات المختلفة، تبرز البيولوجيا التركيبية باعتبارها واعدة بشكل خاص.
المحيط الأزرق الجديد للبيولوجيا التركيبية
تنبع انبعاثات الكربون العالمية في المقام الأول من استهلاك الطاقة واستخدام المواد. حيث يتم استهلاك ما يقرب من 500 مليون طن من مواد البوليمر سنوياً، ويطلق كل طن منها 8-9 أطنان من ثاني أكسيد الكربون. وهذا يعني أن البشرية تولد ما يتراوح بين 4 و5 مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون من مواد البوليمر فقط، مما يشكل تحديات كبيرة للاستدامة البيئية والتنمية العالمية. ومن خلال الاستفادة من البيولوجيا التركيبية لبناء مصانع الخلايا الميكروبية، يمكن تحويل الموارد البيولوجية المتجددة مثل السكريات إلى مجموعة واسعة من المواد الكيميائية السائبة. وهذا يتيح الإنتاج الأخضر والنظيف للمواد الكيميائية السائبة مما يقلل من الاعتماد على الموارد البترولية ويعالج ارتفاع استهلاك الطاقة والتلوث المرتبط بتصنيع البتروكيماويات.وعلاوة على ذلك، برز استخدام الأساليب الكيميائية الحيوية أو البيولوجية لإنتاج المواد الكيميائية كمجال تصنيع جديد، مما يعيد تشكيل استراتيجيات الأعمال ويؤثر على تصورات المستهلكين.
تشهد مجموعة من شركات البيولوجيا التخليقية (مثل جينكو وأيميريس وزيمرجين وبيم وغيرها) نموًا سريعًا. ووفقًا لبيانات من Transparency Market Research، بلغ حجم سوق البيولوجيا التركيبية العالمية 1 تيرابايت 4.96 مليار تيرابايت 4.96 مليار تيرابايت في عام 2018، ومن المتوقع أن يتجاوز 1 تيرابايت 40 مليار تيرابايت (260 مليار يوان) بحلول عام 2027.
وقد مكّنت مصانع الخلايا التي تم إنشاؤها باستخدام تقنيات مثل تحرير الجينوم وتنظيم الجينات المتعددة وسقالات البروتين والفحص عالي الإنتاجية من إنتاج مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية السائبة. وقد أدى تدفق رأس المال إلى تمكين المزيد من شركات خدمات البيولوجيا التركيبية من زيادة الإنتاج وطرح منتجات ذات إمكانات كبيرة في السوق.
تتمتع البيولوجيا التركيبية بآفاق تطبيقية واسعة في مجالات مثل المواد الكيميائية الحيوية والمواد الحيوية والطاقة الحيوية. ومن بين هذه المواد، هناك ثلاث فئات من المواد الكيميائية السائبة - الأمينات العضوية (مثل الكادافيرين والبوتريسين والكابرولاكتام)، والأحماض العضوية (مثل حمض السكسينيك وحمض اللاكتيك وحمض المالونيك وحمض إل-ماليك وحمض الأديبيك) والكحولات العضوية (مثل 1،3-بروبانيديول و1،4-بوتانيديول وإيزوبوتانول) - لها تطبيقات واسعة النطاق بشكل خاص.
مع تقدم التكنولوجيا، تم تحقيق اختراقات في بناء مصانع الخلايا وتصميم مسارات الأيض لعمليات التخمير. ومع ذلك، لا تزال عملية فصل وتنقية منتجات التخليق الحيوي تشكل عنق الزجاجة أمام تصنيع البيولوجيا التخليقية. يشير خبراء الصناعة إلى أن التحدي المتمثل في استخدام “الطرق البيولوجية لتحل محل الطرق الكيميائية” لإنتاج المواد الكيميائية السائبة لا يكمن في التحويل بل في “التنقية”. بعد التخمير، هناك العديد من الشوائب داخل الخلايا. بالنسبة للبلمرة عالية الجزيئات، يجب أن تكون المواد الخام نقية بشكل استثنائي. ومع ذلك، فإن الخلايا البيولوجية معقدة ومتنوعة للغاية. وفي حين أنها يمكن أن تنتج مواد كيميائية متخصصة ذات أداء فائق لا يمكن للطرق الكيميائية تصنيعها، فإنها تولد أيضًا مجموعة متنوعة من المستقلبات، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجية المنتج المستهدف. وفي نهاية المطاف، من الصعب فهم التفاصيل المعقدة لجميع التحولات المعقدة أثناء التخمير فهمًا كاملًا. كما أن تعزيز نقاء المنتج المستهدف يزيد من التكاليف، مما يجعل تكلفة التصنيع البيولوجي أعلى بكثير من تكلفة إنتاج منتجات مماثلة كيميائيًا.
كيفية اختيار طريقة الفصل والتنقية الصحيحة
بالنسبة لمصنعي المواد الكيميائية البيولوجية الاصطناعية، لا يمكن اعتمادها على نطاق واسع من قبل المستخدمين النهائيين وتحقيق الربحية من خلال وفورات الحجم إلا من خلال إنتاج منتجات عالية النقاء. بالنسبة للمصنعين، عند إنتاج منتجات ذات قيمة مضافة عالية على نطاق أصغر، فإن الأولوية بالنسبة للمصنعين هي طرح المنتج بسرعة في السوق، مع جعل طرق الفصل التي تلبي متطلبات النقاء الخيار الأول. وبمجرد أن يتم إنتاج المنتج على نطاق واسع، يجب أن تكون الأولوية لطرق الفصل التي تقلل التكلفة. بالنسبة للمواد الكيميائية السائبة المنتجة على نطاق عشرات الآلاف من الأطنان، عادةً ما يتم استخدام مزيج من عمليات الوحدات المتعددة للفصل. ويوضح الرسم البياني أدناه النضج التكنولوجي لتقنيات الفصل المختلفة، مثل التقطير والامتصاص والتبلور والفصل الغشائي والفصل اللوني.
بالنسبة للشركات المنتجة للمواد الكيميائية التي تستخدم طرق البيولوجيا التركيبية، فإن الاعتماد على معدات الفصل والتنقية التقليدية يجعل من الصعب تلبية متطلبات الفصل عالية النقاء. وبالإضافة إلى ذلك، تميل المواد الحساسة للحرارة إلى التحلل في درجات حرارة عالية، ويشكل استهلاك الطاقة والتكاليف التشغيلية المرتبطة بالعمليات ذات درجات الحرارة العالية مخاوف كبيرة لهذه الشركات. على سبيل المثال، تنطوي الطريقة التقليدية لفصل الكادافيرين على الاستخلاص - التقطير، مما يحقق نقاءً يبلغ 99.19%[1]. وفي المقابل، تقوم طريقة الفصل الجديدة - التبلور الذائب - بفصل الكادافيرين من خلال عمليات التبلور والتعرق والصهر، مما يحقق نقاء المنتج بنسبة 99.92%[2]، مما يلبي متطلبات درجة البوليمر بشكل فعال. وعلاوة على ذلك، تعمل عملية التبلور بالذوبان في درجات حرارة منخفضة، مما يمنع التغيرات الكيميائية في المواد الحساسة للحرارة ويقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.
[1] دراسة عن تخليق l-Lysine إلى كادافيرين محفزًا بواسطة الإشريكية القولونية المؤتلفة Bl-DAB وتنقيتها [د]
[2] عملية تبلور ذوبان الكادافيرين [ف]
ومن الأمثلة الأخرى على كفاءة التخمير العالية ولكن مع وجود اختناقات في الفصل والتنقية إنتاج حمض اللبنيك (PLA). ويؤثر نقاء حمض اللبنيك بشكل كبير على تكلفته، مما يحدد في النهاية سعر حمض اللبنيك. ويُعد تطوير جيل جديد من تقنيات تنقية حمض اللاكتيك هو المفتاح للتغلب على عنق الزجاجة هذا. وقد اعتمدت DODGEN اقتران تقنيات فصل متعددة، بهدف خفض تكلفة حمض اللبنيك إلى أقل من $2,000، وقد أجرى مصنعنا النموذجي التجريبي في نينغشيا عملية تحقق على نطاق صناعي من صحة تقنيات الفصل المقترنة المختلفة، مما ساهم في تحقيق اختراقات للعديد من شركات البيولوجيا التركيبية محليًا ودوليًا.
إطلاق العنان لمسرّع الابتكار في العمليات والمعدات
لقد أحدثت البيولوجيا التركيبية ثورة في إنتاج المواد الكيميائية، وعزز التطور السريع للمؤسسات ذات الصلة محليًا وخارجيًا الثقة في السوق. إن تسريع عملية تصنيع المنتجات أمر حتمي، والشركاء المتقدمون ذوو الخبرة في مجال الفصل يعملون كمسرعات رئيسية في هذه العملية.
تعمل DODGEN كمحفز لدفع الابتكارات في عمليات الإنتاج والمعدات. وبفضل حلولنا الشاملة في مجال الفصل، نقدم حلولاً فعالة من حيث التكلفة والكفاءة لمساعدة العملاء على اختيار طرق فصل موثوقة. مركز البحث والتطوير الخاص بنا موجه نحو المستقبل، حيث يستفيد من القدرات العلمية والتكنولوجية القوية لتعزيز كفاءة الفصل من خلال اقتران تقنيات فصل متعددة، مع تطوير معدات عملية مبتكرة مصممة خصيصًا لتلبية احتياجات المواد الكيميائية البيولوجية الاصطناعية.في مجال المواد الكيميائية السائبة البيولوجية الاصطناعية، نمتلك خبرة واسعة في مراحل الفصل والتنقية النهائية. وبالإضافة إلى تقديم حلول فصل متقدمة، نقدم خدمات التحقق الصناعي على نطاق تجريبي لمساعدة عملائنا على تسريع عملية تصنيع المنتجات. وهذا لا يعزز وضعهم التنافسي في السوق فحسب، بل يمكّنهم أيضًا من اغتنام فرص التطوير المستقبلية.
إذا كنت مهتمًا بتقنية الفصل الأخضر لدينا و معدات الفصل الكيميائي, ، يرجى مسح رمز الاستجابة السريعة أدناه لمزيد من المعلومات.
إذا كنت مهتمًا بـ تقنية التبلور الذائب, ، يرجى مسح رمز الاستجابة السريعة أدناه لمزيد من المعلومات.
