利用古代微生物创造碳负材料

甲烷是一种强效温室气体，在农业和废水​​处理等许多关键行业中自然产生。如果我们能在甲烷进入大气之前将其捕获，并将其转化为有用的东西，那会怎样?

总部位于加州的生物制造公司MangoMaterials发明了一种实现这一目标的方法。Mango的工艺使用一种特殊的甲烷食用微生物混合物，将甲烷转化为一种可生物降解的聚合物，称为聚羟基烷酸酯(PHA)，这种聚合物可以合成100%可生物降解的聚酯颗粒，制成耐用品、织物和柔性薄膜，这些产品具有塑料的所有便利特性，但对环境的影响却小得多。

如果PHA基材料最终进入环境，其分解时间将比塑料少很多。如果按照规定在废物处理设施进行处置，则PHA基材料最快可在几周或几个月内分解为甲烷和二氧化碳，具体取决于产品的厚度。

Mango联合创始人兼首席技术官AllisonPieja表示：“我们正在研究一种碳负性工艺。我们的分析表明，当全面运行时，它应该是碳负性的。”Pieja和她的同事最近在加利福尼亚州瓦卡维尔的一家废水处理厂建造了一个PHA生产设施，在那里他们捕获微生物在清洁公共供水时产生的甲烷并将其直接通过管道输送到含有甲烷消耗细菌的生物反应器中。

该公司目前已生产出足够的PHA来制作演示产品，包括一款可供购买的肥皂盒和两款时尚的原型产品——一双Allbirds的净零运动鞋和知名设计师StellaMcCartney的可持续太阳镜。

他们现在正在加速新工厂的建设，以大规模提供配方PHA颗粒，并最终成为各种环保产品的供应商。“我不知道还有哪种生物基塑料替代品具有与PHA相同的生物降解性，并且结合机械性能，因此市场机会巨大，”首席执行官兼联合创始人MollyMorse说道，她最初在斯坦福大学攻读博士学位时与联合创始人Pieja一起研究PHA。

与所有生物制造技术一样，Mango需要时间才能从实验室规模的概念转变为高效的商业流程。帮助学术和行业团体完成这一艰难的过渡是劳伦斯伯克利国家实验室(BerkeleyLab)下属先进生物燃料和生物产品工艺开发部门(ABPDU)科学家的专长。Mango团队于2012年成立公司后，花了数年时间优化其细菌培养物(可自然产生PHA且未经基因改造)和生长条件诱导它们产生高水平PHA的

Mango的目标是最大限度地提高从微生物中回收PHA的数量和纯度;为此，他们开始与由NingSun领导的ABPDU团队合作。在此期间，他们合作测试了工业规模的相关设备，以便科学家们在投资自己的中试规模系统之前确定哪些设备有效。

净化好东西

细菌将甲烷转化为PHA链，以储存能量供以后使用，类似于植物将二氧化碳串联起来形成的淀粉中储存能量的方式糖串联在一起而将能量储存在淀粉中，因此分子在细胞内积聚。孙的团队和Mango的科学家并肩工作，测试设备和精炼工艺，从生物反应器内的“肉汤”中提取细胞，打开细菌细胞壁和细胞膜，然后将PHA与其他细胞产品分离。

“我们从艾利森团队那里得到了不同规模的发酵液，最大的有几百升。我们尝试了不同的回收单元操作来优化条件，提高回收率以及最终产品的纯度，”ABPDU的研究员孙说。

由于新冠疫情的影响，该项目进展缓慢，但到项目结束时，合作流程已经达到了高产量的目标，Pieja和她的同事们也知道需要为自己的生产设施投资哪些下游加工设备。

“这项工作对我们非常有帮助，让我们能够接触到下游加工设施和知道如何使用它的人。我们能够彻底审查多种不同的技术，以了解我们的平台在这些技术中的表现，”Pieja说。“我们现在有了一个有信心能盈利的流程。”

与此同时，ABPDU团队在细胞内生物聚合物提取方面获得了额外的专业知识。迄今为止，ABPDU已与85个行业合作伙伴(从初创公司到成熟的生物技术公司)以及20个国家实验室、研究中心和大学合作，帮助扩大或推出创新的生物产品。

“我们确实从这次合作中学到了很多东西。该团队能够扩大实验室规模的流程，并测试不同配置的产品回收设备，这些设备将适用于类似的生物聚合物回收，”孙说。