廚余垃圾在生活垃圾中占比高達(dá) 59.3%。因?yàn)榘罅康挠袡C(jī)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(jì) 2023 年中國(guó)規(guī)模將達(dá) 4700 億。
目前，中國(guó)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(jì)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(fèi)原則下，傳統(tǒng)處理方式成本高，產(chǎn)物價(jià)值低，無(wú)法從根本驅(qū)動(dòng)。
那么，能否將廚余垃圾升級(jí)處理為價(jià)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。
（來(lái)源：受訪者提供）
目前，美國(guó)的 Full Cycle 公司利用天然細(xì)菌驅(qū)動(dòng)，將食物垃圾等有機(jī)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(jìn)其第一個(gè)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(guó)內(nèi)，菌菌科技蘇州有限公司（以下簡(jiǎn)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。菌菌科技于今年 3 月注冊(cè)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(dòng)下，越來(lái)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(zhēng)糧’的問(wèn)題將日益嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)曾因玉米儲(chǔ)備驟降而叫停乙醇汽油推廣計(jì)劃，因此我們希望用更加可持續(xù)性的原料進(jìn)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(wú)疑是更貼合我國(guó)國(guó)情的。”菌菌科技的創(chuàng)始人陳繁告訴生輝 SynBio。
▲圖丨菌菌科技創(chuàng)始人&CEO 陳繁（來(lái)源：受訪者提供）
陳繁博士就讀于德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)生物化學(xué)系，導(dǎo)師為 Wolfgang Eisenreich 教授和諾貝爾獎(jiǎng)得主 Robert Huber 教授。攻讀博士學(xué)位期間，陳繁致力于細(xì)菌、人體細(xì)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(wèn)學(xué)者的身份到德國(guó)衛(wèi)生部下屬的 Robert Koch Institut 交流學(xué)習(xí)。他先后主持?jǐn)?shù)項(xiàng)德國(guó)研究基金會(huì)（DFG）與中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）和墨西哥尤卡坦州科學(xué)研究中心（CICY）的合作項(xiàng)目。曾在德國(guó)聯(lián)合創(chuàng)辦基于代謝組學(xué)第三方診斷公司 M-Scout GmbH ，并負(fù)責(zé)企業(yè)研發(fā)與商務(wù)拓展。
從廚余垃圾到 PHB 的 24 小時(shí)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(biāo)高附加值產(chǎn)物的 24 小時(shí)內(nèi)全套處理方案。方案對(duì)廚余垃圾進(jìn)行高通量分析，基于分析結(jié)果調(diào)配適當(dāng)?shù)幕旌厦福瑢⒗纸夂笳{(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(zhǎng)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(xì)胞蛋白質(zhì)。
“整體來(lái)說(shuō)，我們會(huì)將廚余垃圾降解成培養(yǎng)基的時(shí)間縮短至 6 個(gè)小時(shí)，發(fā)酵過(guò)程控制在 12 個(gè)小時(shí)，終端處理即收獲產(chǎn)物控制在 6 個(gè)小時(shí)，整體實(shí)現(xiàn)一套 24 小時(shí)的解決方案。而這也要求菌菌科技精確到每一個(gè)步驟。”
▲圖丨24 小時(shí)全套處理方案流程圖（來(lái)源：受訪者提供）
他具體說(shuō)道，首先，菌菌科技根據(jù)廚余垃圾的漿液組成和光譜進(jìn)行建模，這樣一來(lái)，能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)廚余垃圾的組分，計(jì)算出最佳的酶配方。未來(lái)，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(shí)修正加入的酶的比例或者后期補(bǔ)充的碳氮源的比例。
其次，獨(dú)家專利的基因編輯后的細(xì)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(jìn)行改良，使其在更短的時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)化合物的生產(chǎn)。
除此之外，最關(guān)鍵的是菌種庫(kù)。除了內(nèi)部構(gòu)建的菌種庫(kù)平臺(tái)，菌菌科技還與慕尼黑工業(yè)大學(xué)有深度的合作。“未來(lái)會(huì)做類似于聯(lián)合研究中心的項(xiàng)目，與我的導(dǎo)師 Wolfgang Eisenreich 教授、諾貝爾獎(jiǎng)得主 Robert Huber 教授等人在細(xì)菌以及酶配方上面進(jìn)行深度合作。”
（來(lái)源：受訪者提供）
在團(tuán)隊(duì)方面，發(fā)酵工藝負(fù)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(zhǎng)，擅長(zhǎng)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(fù)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(zhǎng)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(dòng)化負(fù)責(zé)人是法國(guó)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(jī)器人及智能制造設(shè)備已在南京、無(wú)錫、泰州等地企業(yè)日常應(yīng)用。
另外，菌菌科技邀請(qǐng)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(fù)責(zé)合成生物學(xué)產(chǎn)物的安全性評(píng)估。
主要產(chǎn)物為 PHB 和單細(xì)胞蛋白質(zhì)
不過(guò)，陳繁也坦言道，目前整個(gè)體系還是分步式的，即幾個(gè)過(guò)程加在一起總共 24 個(gè)小時(shí)，尚未實(shí)現(xiàn)整合在一起的效果。
“未來(lái)我們會(huì)讓整個(gè)體系變得更加流暢，同時(shí)針對(duì)菌種進(jìn)行更定向化的改造。具體來(lái)說(shuō)，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。”他說(shuō)。
目前，方案的主產(chǎn)物為 PHB，產(chǎn)量能夠達(dá)到干細(xì)胞質(zhì)量的 70%~80%；其次為單細(xì)胞蛋白質(zhì)，產(chǎn)量達(dá)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(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn) PHB 的技術(shù)比較成熟，但由于細(xì)菌培養(yǎng)需要較昂貴的發(fā)酵底物和消耗能源使其價(jià)格難以下降，無(wú)法與現(xiàn)今價(jià)格低廉的化學(xué)合成塑料競(jìng)爭(zhēng)。
▲圖丨菌菌科技PHB成品（來(lái)源：受訪者提供）
“PHB 在當(dāng)前市場(chǎng)上的售價(jià)約為 4~5 萬(wàn)元/噸，而以我們公司小試規(guī)模來(lái)看，成本為 12000~15000 元/噸，未來(lái)隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，可能壓縮至 9000 元/噸。而且我們的 PHB 純度能夠達(dá)到 95% 以上。”
副產(chǎn)物單細(xì)胞蛋白作為動(dòng)物飼料則有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。
“其一，蛋白含量超過(guò) 80%，傳統(tǒng)的大豆蛋白的蛋白含量?jī)H為 43% 左右；其二，經(jīng)過(guò)高溫滅菌過(guò)程蛋白已解旋，更易于動(dòng)物消化；其三，多糖等其他產(chǎn)物帶來(lái)的甜味使其具有更好的適口性；其四，單細(xì)胞蛋白質(zhì)作為我們的副產(chǎn)物，將具有更好的議價(jià)權(quán)。”
毛利潤(rùn)將達(dá)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(fù)責(zé)幫其他公司搭建所需設(shè)備以及進(jìn)行后期的維護(hù)。
“對(duì)于采購(gòu)公司，初期我們會(huì)幫助其進(jìn)行產(chǎn)品銷售渠道的對(duì)接”，他補(bǔ)充道，“整套體系帶來(lái)的高收益，將幫助采購(gòu)者在 1~2 年時(shí)間內(nèi)回本。”
傳統(tǒng)處理方式收益較低，且嚴(yán)重依賴于國(guó)家的補(bǔ)貼。目前國(guó)家對(duì)于廚余垃圾的清運(yùn)以及處理，補(bǔ)貼費(fèi)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(shuō)，若無(wú)補(bǔ)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(rùn)將達(dá)到每噸數(shù)千元，凈利潤(rùn)也將較傳統(tǒng)方式增長(zhǎng)幾十倍。”
（來(lái)源：受訪者提供）
在工業(yè)化上，菌菌科技正由小試向中試推進(jìn)。據(jù)陳繁透露，目前公司正在進(jìn)行第一輪融資，這筆資金將用于打造 500 公斤級(jí)別的樣機(jī)，預(yù)計(jì)半年左右完成。
菌菌科技希望兩年后打造出 5 噸級(jí)別的樣機(jī)，屆時(shí)將作為明星產(chǎn)品進(jìn)行推廣。未來(lái)，整套方案將迭代擴(kuò)大到 10 噸、50 噸，最終目標(biāo)是達(dá)到 100 噸左右的體量。同時(shí)，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(kuò)展性。
菌菌科技的愿景是使用合成生物學(xué)技術(shù)，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(shí)現(xiàn)真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)，積極響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策。
