「固碳生物制造」吸收CO₂，替代石油实现化工产品可持续生产，这家合成生物学明星公司获投1800万美元

近百年间，煤、石油、天然气等化石资源被人类广泛地开发和利用，人类文明实现了快速发展，然而化石资源的过度开采使用也带来负面影响，其一，化石资源为不可再生资源且开采速度已远超再生速度，未来可能引发能源危机；其二，化石资源的大量应用导致 CO₂ 过量排放，进而引发温室效应，威胁全球。

如今，世界各国都把减少 CO₂ 排放、发展可再生能源、保护地球作为首要任务，发展和建立以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式也早已成为世界各国的共识。伴随着合成生物学的出现和发展，人们开始转向生物制造，利用可再生、可持续和低 CO₂ 排放的生物原料来取代化石资源，通过生物绿色途径来合成各种化学品。

近日，美国一家生物技术公司 ZymoChem 宣布完成 400 万美元的种子融资，在此次融资完成后，ZymoChem 的融资总额达 1800 万美元。该公司致力于改造微生物以及开发生物技术工艺，通过微生物制造一系列工业化学品和高性能材料。

此轮融资包括新投资者 Breakout Ventures、Cavallo Ventures、GS Futures、KdT Ventures 和 Litani Ventures，以及现有的投资者 SOSV 的 IndieBio。

据悉，本轮融资资金将用于扩展 ZymoChem 多种商业产品的生物工艺，以及扩大公司的研发和业务团队。

图｜ZymoChem 公司（来源：官网）

开发新型微生物合成化工产品，获美国能源部青睐

ZymoChem 是一家以生物技术为中心的化学品制造公司，创立于 2015 年，总部位于美国加州圣莱安德罗。

从技术层面来看，ZymoChem 公司的主打技术属于固碳生物制造。制造过程通过该公司开发的具有专利技术的 “碳保存微生物”（C² 微生物）技术平台实现，用可再生资源代替化石资源制造化学品，比如用糖来制造塑料、香水和织物等。

图｜ZymoChem 开发的 “C² 微生物” 技术平台（来源：官网）

ZymoChem 开发的技术平台有几个优势。比如，从头设计微生物，进一步优化生产效率，ZymoChem 开发的 C² 微生物能够利用传统发酵工艺 67% 甚至更少的原料来生产相同数量的产品；新开发人工生物合成途径，利用 C² 微生物将多种可再生原料转化为多种化工产品而不排放 CO₂。

此外，ZymoChem 能够生产传统化学过程无法获得的一些替换分子和新分子，比如脂肪分子、多功能分子、生物聚合物、生物单体等。ZymoChem 还开发了一套化学工具能够实现产品定制，创造出客户需求的新产品。

“我们希望您购买的下一件滑雪夹克或您家中的地毯由糖而不是通过石油制成的。” ZymoChem 联合创始人兼首席执行官 Harshal Chokhawala 表示。

当前，很多常见化学品都是使用传统化学工艺生产的，例如，制造己二酸（一种有机二元酸，在化工生产、有机合成工业、医药、润滑剂制造等方面有重要作用），以及地毯、夹克、塑料等都会用到石油等化石资源，而且生产过程中还会释放大量 CO₂。“我们的固碳生物技术平台可以减少碳废物，并以较低成本扩大用于生物化工生产的规模，这是减少化工产业碳足迹的有效解决方案。” 他补充道。

图｜ZymoChem 联合创始人兼首席执行官 Harshal Chokhawala

目前，ZymoChem 已经实现通过 C² 微生物生产包括己二酸在内的许多常见化学品，这种方法更具可持续性，以及较低的成本。“我们接下来将团队规模扩大一倍，拓展多种产品的碳高效生物制造工艺，并通过额外的合作伙伴关系扩大我们技术平台的影响，以扩大市场上可用的高性能、可持续产品。” 他补充道。

据了解，早在今年 5 月，该公司还获得了美国能源部高级研究项目局能源部（ARPA-E）颁发的两个奖项，总价值 420 万美元，将资助 ZymoChem 专有 C² 微生物制造技术生产化学品的项目，以取代目前以化石燃料为基础的材料和日常消费产品制造。

吸收利用 CO₂，固碳生物制造实现化学品的可持续生产

生物制造是减少碳排放、缓解温室效应的有效途径，其通过构建微生物细胞工厂，可将生物质转化成人类所需的各种化学品以及燃料，实现了传统依赖化石资源炼制生产化学品及燃料的加工生产，具有低碳循环、绿色清洁等特征。

图｜生物制造（来源：Pixabay）

生物制造能够利用广泛、可再生的生物质资源作为碳源，根据所用原料的不同，可将生物制造划分为三类：

第一类，原料主要是油料（比如植物油、废弃食用油）、含淀粉和含糖植物等，这些也是当前生物制造领域的主要原料。这类生物制造的产物一般为生物燃料，例如乙醇、丁醇等。值得注意的是，这类生物制造的原料供给在一定程度上对人类食物供应造成了竞争；

第二类，原料主要是纤维素、半纤维素等 “非食用” 生物质（比如农作物秸秆、森林残留物、城市固体废物的有机成分），这些原料来自农业、工业、林业的副产物或废弃物。相较于第一类，此类生物制造不存在与人类食物供应的竞争问题；

第三类，原料是大气中的 CO₂。如今，通过微生物细胞工厂将 CO₂ 固定并用于生产化学品和燃料的研究方向吸引了全球科研者的广泛关注。

CO₂ 是大多数能源应用后的最终产物，也是地球上最丰富的碳源。据数据统计显示，每年人为产生的 CO₂ 排放量约为 330 亿吨。对 CO₂ 进行重复再利用可以显著减少其生命周期排放量，同时还可实现燃料、材料和化学品的可持续生产。相较于前两类，此类固碳生物制造不仅不会对食物供应造成竞争，还可直接实现温室气体 CO₂ 的消耗，可以说是一举两得。

另外，这类固碳生物制造的能量来源可以是光能、电能、化学能等，在能量利用率方面更具优势（其能量转化率最高可达 10%，而前两类则不足 1%）。

目前，全球范围已有数家公司实现了基于 CO₂ 的商业化生物制造。例如，Algenol 和 LanzaTech 分别利用微藻和梭菌将 CO₂ 转化为生物燃料。与此同时，在政策层面，包括中国、美国、欧盟在内的诸多政府机构也出台了相关政策，支持和鼓励基于 CO₂ 的生物制造。

图｜Algenol 公司和 LanzaTech 公司（来源：官网）

虽然固碳生物制造优势众多，但当前还面临着一些困难和挑战，有业内人士指出了几个主要层面：

其一、固碳生物制造技术仍然落后于传统的生物工艺，现阶段成本较高；

其二、CO₂ 中的碳为 + 4 价，将其转化为生物质或相应产品需较高的能量和还原力，需要为生物固碳途径提供高效经济的能量来源；

其三、很多有效的 CO₂ 固定宿主为非模式生物，需要特殊培养条件，且缺乏分析和工程工具。

除此之外，为了获取可利用 CO₂ 的高效固碳生物制造细胞工厂，还有一些技术需要优化和完善。比如，进一步挖掘、设计有效的 CO₂ 固定酶、途径，并同步改进 CO₂ 捕获技术，开发更低成本、更高效率的碳转运、碳浓缩机制；在可利用 CO₂ 的天然宿主中开发更多的代谢工程和合成生物学工具；完善代谢工程工具、构建合成生物学自动化平台、用于生产各种产物重组途径的整合及细胞工厂中的固碳途径的重组表达。

碳中和背景下，固碳生物制造将颠覆传统化石工业

去年 9 月，习近平总书记在联合国大会上明确提出二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和；同年 12 月召开的中央经济工作会议，“做好碳达峰，碳中和工作” 被列为 2021 年的重点任务之一。

全球层面，目前气候变暖已成为全人类面临的最严重的挑战，减排 CO₂ 等温室气体，已成为人类应对气候变暖的关键举措。在碳中和大背景下，加之合成生物学技术的不断成熟，生物制造尤其是固碳生物制造已然成为热门产业，一是通过吸收利用 CO₂ 减缓全球变暖趋势，二是替代石油制造各种高值化学品。

图｜温室效应的元凶 CO₂（来源：Pixabay）

就国内而言，为加速推进 “3060” 双碳目标，固碳生物制造被视为化工产业变革的一项重要技术，同时还将广泛应用在发酵、制药、纺织、饲料、食品等其他行业。

业内专家指出，“当前艰巨的环境问题可以看作是绿色生物制造的机遇，并且这将会有一个广阔的未来，会有大量的创新技术用于生物碳固定，以期初步完成碳中和的目标。”

可以说，固碳生物制造技术已经开始颠覆当今的传统化石工业。

参考资料：

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[2] Guo Shuyuan，Wu Lianghuan，Liu Xiangjian，Wang Bo，Yu Tao. The biotransformation outlook of C1-based metabolic networks in methylotrophy［J］. Synthetic Biology Journal，2021，2. DOI：10.12211/2096-8280.2021-079

[3] Huifeng Jiang, Yuwan Liu, Qiaoyu Yang. Progress of Bbiological Carbon Sequestration［J］. Journal of Microbiology, 2020, 40(2):9

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[6] https://www.zymochem.com/seed

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