《一个公司是如何使用温室气体减少世界饥饿》

  • 来源专题:人类遗传资源和特殊生物资源流失
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2019-03-12
  • 在过去的几年里,奶牛的名声一直不好,因为它们释放的甲烷的数量——一些人说这导致了温室气体排放不断上升的全球问题:甲烷的吸热能力几乎是二氧化碳的30倍。此外,清理森林和其他土地,为供人类消费的奶牛提供空间,会向大气中释放大量的二氧化碳。许多人建议大幅减少甚至完全停止食用牛肉和乳制品,但地球上不太可能人人都成为素食主义者。如果有另一个解呢?如果甲烷可以从废物转化为有用的产品,比如食物来源,给动物的每一个“部分”带来全新的意义,那会怎么样?

    一个将甲烷转化为人类食物的世界的愿景,可能会让人想起这位炼金术士将较少的元素转化为黄金的失败尝试,但有一个本质区别:一家公司实际上取得了成功。印度班加罗尔的String生物公司正在利用甲烷生产蛋白质。

    “将甲烷释放到环境中是危险的,因为与二氧化碳相比,甲烷是一种更强的温室气体……今天发生的情况是,甲烷气体被燃烧掉,称为燃除,将其转化为二氧化碳,然后释放到环境中。”所以我们的想法是,为什么不利用碳来制造有用的产品,而不是烧掉它呢?String Bio首席执行官Ezhil Subbian在2018年接受SolarImpulse基金会采访时说。

    真正可持续的蛋白质

    根据Subbian的说法,String的驱动力是找到“与亚洲地理基本问题相关的解决方案,然后将其带到全球市场。”“印度是实现他们目标的最佳地点,大量资源被用于改善农业的合成生物学方法。在2017年巴黎“你好,明天”全球峰会上,Subbian推出了该公司的第一款产品——一种高质量、低成本的蛋白质,旨在解决可持续食品供需之间日益扩大的缺口。该工艺使用甲烷串集成甲烷平台(SIMP),这是一个基于发酵的平台,旨在创建用于新产品的单体,如替代蛋白。

    String Bio的蛋白质目前只用于动物饲料,但进一步的提纯使其适合人类食用还在进行中。苏比安将弦蛋白的味道描述为类似于乳清。当它被提纯到可以供人类食用的程度时,他们计划把它卖给另一家公司,这家公司生产的肉替代品(如牛排或鱼)可以像真正的肉一样在烤架上烤熟。Subbian开玩笑说:“当它到达那里时,我们需要带上一位好厨师。”String计划在今年推出一款具有商业可行性的蛋白质产品。

    Subbian的想法引起了全球投资者的共鸣。在HT全球峰会上,Subbian展示了String Bio的蛋白质,该公司获得了10个HT全球峰会竞赛奖项之一,其中包括非股权现金,以及向国际deeptech投资者推介种子和首轮融资的机会。Subbian的热情关注公司的蛋白质也获得字符串生物资助未来2017年亚洲食品奖,以及SBIRI格兰特BIRAC和启用启动奖2016年在工业生物技术领域,和第一次的卡纳塔克邦政府资助在2013年创新想法。

    提出一个任何人都能接受的大胆想法

    尽管将温室气体转化为可使用的饲料的想法吸引了投资者,但String Bio等公司面临着一个重要的监管和社会障碍。2017年,在FLEDGE合成生物学政策与实施问题研讨会上,Subbian指出,通过合成生物学开发解决方案的公司面临的主要挑战之一,是对定义“通过合成生物学开发的新生命有机体”能力的担忧。

    这种担忧,以及对生物体本身的普遍担忧,在过去已经减缓了该领域对生物体的研究。其中一个担忧是,为某一用途而开发的生物体可能在相互作用中对其他生物体产生意想不到的、未预料到的影响。另一个令人担忧的问题是,对基因的完整理解可能被证明是不完整的,并带来不受欢迎的结果。

    政府机构和普通公众也有过这样的经验,他们把一些物种带到一个地区,只是为了解决一个问题,结果却导致了另一个不同的、更严重的问题。当生物被用于发酵等过程时,情况就不一样了,但对一系列全球和环境问题的可持续解决方案的需求,很可能导致未来生物的解决方案。

    String的团队已经积极应对了未来监管环境的不确定性和公众接受度。它有政府的支持——在印度,这通常伴随着公众对一项新技术的接受——它在班加罗尔的位置也不是偶然的,因为这座城市位于一个普遍欢迎合成生物学和生物技术创新的邦。String Bio也努力获得全球投资者的积极肯定。所有这些工作都得到了回报——不仅公司开发了一项经过验证的技术,而且他们还拥有SIMP平台的专利。

    String将自己描述为一家相信“大胆押注”的公司。他说:“把注意力集中在一种能源上,即甲烷,而不是它的所有产品,这似乎是一个大胆的赌注。然而,苏比安相信,她成立这家公司的目的是通过“健全的、从摇篮到摇篮的解决方案”,提供更清洁的生活方式。“现在我敢打赌,即使是母牛也会落后。

    ——文章发布于2019年2月26日

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    • 根据两项新的研究,生物燃料更接近于成为一种具有成本竞争力、对气候友好的减少汽车和卡车碳排放的解决方案。 美国能源部(DOE)阿贡国家实验室与美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)、太平洋西北国家实验室(PNNL)和爱达荷国家实验室(INL)合作进行这项研究。结果表明,生物燃料与先进的发动机设计相结合,可以减少约60%的温室气体排放,同时提高燃料效率或减少尾气排放。 生物燃料比化石汽油有明显的优势。但发动机本身的能源效率也至关重要。设计低碳燃料和发动机协同工作可以最大化能源效率和汽车性能。 “我们正处于发动机和生物燃料新创新的交叉点,”阿贡燃料和产品组经理特洛伊·霍金斯说,他同时也是论文的作者。“我们的目标是开发与传统燃料混合的新型生物燃料,以提高发动机性能。这意味着以汽油为动力的汽车或卡车在耗油量相同的情况下可以跑得更远。或者柴油车可以达到更严格的排放标准。” 在这两项研究中,阿贡的科学家与其他国家实验室合作,为不同类型的发动机确定有前途的燃料。研究人员考虑了成本、环境影响和扩展到商业市场的潜力。 该研究得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室、生物能源技术办公室和汽车技术办公室联合领导的燃料和发动机协同优化(Co-Optima)计划的支持。 阿贡是由9个国家实验室和20多个大学和工业合作伙伴组成的Co-Optimas联盟的一部分。该联盟研究如何在燃料和发动机上同时创新,以提高燃油经济性和车辆性能,同时减少排放。 霍金斯说,能源部每个实验室的科学家和专家在研究的每个阶段都发挥了重要作用。 寻找生物燃料途径 Co-Optimas项目的研究建立在识别和理解生物燃料的目标之上。生物燃料是由生物质的有机材料生产的,包括植物、农业废物和湿垃圾。生物燃料可以与传统燃料混合,以减少排放,改善燃料和发动机性能。 贝纳维德说,研究人员与Co-Optima燃料专家合作,使用筛选过程为他们的研究开发了一份生物燃料清单。 “我们与其他专家合作,使用特定的标准,将许多生物燃料候选人缩小到我们研究的短名单中。”贝纳维德说,“这份清单是根据所需性能和发动机燃烧模式制定的。将生物质转化为生物燃料是一个复杂的过程,涉及原料、转化技术和燃料类型的变量。寻找同时满足经济、技术和能源目标的生物燃料途径尤其具有挑战性。” 贝纳维德是其中一项研究的共同第一作者。该团队评估了12种生物燃料生产途径,以优化多模式内燃机。多模式内燃机可以根据驾驶需求,通过使用不同的点火、燃烧和燃料制备方法,实现更高的效率和成本节约。研究人员使用了可再生的生物质原料,这些原料来自农林副产品,如木材废料和农业副产品,如玉米秸秆。他们使用的转化技术包括发酵、高温高压催化或两者结合。 巴特林说:“我们发现,不仅七种生物燃料的生产成本具有竞争力,而且这七种生物燃料在使用的原料和转化技术方面也各不相同。这意味着生物精炼厂可以更灵活地选择在哪里和如何建造他们的设施。”NREL和PNNL的研究人员对生物燃料生产途径进行了技术经济评估,分析了成本和技术性能。菲利普斯说:“我们的研究结果表明,许多生物燃料与目前的石油燃料成本相比具有竞争力。” 研究人员还分析了环境影响。使用Argonnes GREET(温室气体、管制排放和技术中使用的能源)模型对路径进行的生命周期分析,显示出了令人印象深刻的结果。与化石汽油相比,10种生物燃料有可能减少60%的温室气体排放。该清单包括醇、呋喃混合物和烯烃。 柴油发动机的生物燃料前景 第二项研究是由巴特林共同撰写的。研究人员分析了生产生物燃料的25种优化途径,以改善混合控制压缩点火发动机的燃烧。这是一种主要用于货物运输的柴油发动机。为了开发生物燃料生产途径,研究人员使用了各种原料,从植物材料,如木屑或玉米秸秆,到大豆和木瓜的油,到湿垃圾和回收油脂。他们使用的转化技术包括发酵、气化和热液液化。 INLs运营研究和分析小组负责人达蒙·哈特利表示,现有的各种生物质资源具有巨大的潜力,可以取代部分来自石油的燃料和化学品。然而,最大的障碍之一是原材料质量的参差不齐。这对材料在转换中的表现有很大的影响。与第一项研究一样,大多数技术表现良好。大多数生物燃料与目前的天然气价格相比具有成本竞争力。 在环境影响方面,根据GREET生命周期分析,在25个路径中,有12个路径的温室气体排放减少了60%以上。“我们评估了每种混合控制压缩点火发动机路径的生命周期温室气体排放。”霍金斯说,“这不仅包括尾气排放,还包括生物质种植、原料运输、生物燃料生产和生物燃料分配所产生的上游排放。” 创造生物燃料途径 贝纳维德说,研究人员不打算制定一个生物燃料的最终清单。相反,这些研究为利益攸关方选择最能满足其需求的生物燃料途径提供了指导。他说:“我们为研究人员和行业提供基于许多复杂变量的生物燃料评估指导。”生命周期和技术经济分析对于尽早指导利益相关者非常重要。我们不能告诉利益相关者该做什么选择。但这些工具可以从一开始就为他们指明正确的方向。虽然许多生物燃料途径可能具有成本竞争力,但在不断波动的天然气市场上锁定价格还为时过早。 霍金斯说,从长远来看,面临的挑战是提供具有成本竞争力的价格。虽然这些生物燃料生产途径的目标是乘用车和柴油卡车,但阿贡的研究人员也在研究航空和海事等难以电气化的行业使用这些途径的潜力。其目标是尽快将生物燃料引入一系列行业的市场。 “美国能源部(DOE)一直致力于为运输部门制定可持续的脱碳解决方案。”霍金斯说,生物燃料是其中的重要组成部分。“我们将继续扩大Co-Optimas的重要工作。” 除了Argonne、ORNL、NREL、PNNL、INL和SNL,参与Co-Optima计划的其他美国能源部国家实验室有洛斯阿拉莫斯、劳伦斯伯克利和劳伦斯利弗莫尔国家实验室。
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    • 由于原子能机构与联合国粮食及农业组织(粮农组织)合作开展了一项研究项目,已确定了在不同气候条件下减少农业温室气体(GHG)排放的方法。利用同位素技术,来自世界各地的科学家们已经开发出技术包,各国可以通过更有效地利用水和养分来减缓气候变化。 当农民在他们的庄稼上施肥时,植物将肥料转化为植物需要繁殖的营养。与这些过程相关的一些副产品作为温室气体释放,如氧化亚氮(N2O),二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4),肥料的过度使用导致释放过量的温室气体。据粮农组织称,农业,林业和其他土地使用占温室气体的近四分之一,合成肥料的使用占农业温室气体排放总量的12%。 反过来,这些气体会在地球大气层中捕获热量,导致全球变暖,从而改变粮食作物生长的条件,不仅影响作物产量,还影响食品质量和粮食安全。 “大量N2O的释放特别令人担忧,因为它在捕获热量方面比二氧化碳强300倍,比CH4强16倍,”粮农组织/国际原子能机构联合核技术处土壤科学家Mohammad Zaman表示。粮食和农业。 “因此,提高农业氮效率和阻止土壤中氮的逸出可以极大地促进减缓气候变化的战略。” 为优化农业实践,来自10个国家的科学家 - 孟加拉国,巴西,智利,中国,哥斯达黎加,埃塞俄比亚,德国,伊朗,巴基斯坦和西班牙 - 以及国际原子能机构和粮农组织的专家利用同位素技术确定影响温室气体的因素在五年期间结束于2019年7月的农田排放。专家们使用稳定同位素氮-15和碳-13来确定N2O和CO2排放的来源,以及研究碳和氮的累积。不同的土地用途(参见跟踪具有稳定同位素的温室气体)。 该项目的目的之一是研究所谓的硝化抑制剂作为温室气体减排方案的适用性。将这些抑制剂添加到氮肥中以减少N2O排放。 “这个项目的一个主要优势是我们可以在不同的气候系统中进行这些实验,无论是温带,热带还是干燥。这很重要,因为土壤过程和因此每个区域的缓解策略都不同,“Zaman说。 在巴西,世界上最大的农业生产国之一,农民生产足够的食物来养活该国人口的五倍,因此了解抑制剂在减少氮损失方面的作用非常重要,巴西农业研究员Segundo Urquiaga说。研究公司。 “尿素是巴西合成氮的主要来源,我们的研究结果非常有希望,因为我们证明农民可以通过使用这些抑制剂来减少尿素的使用,同时提高氮的利用效率,”他说。 “因此,更多的氮可以留在土壤中,最大限度地减少N2O的释放。” 然而,根据Urquiaga的说法,合成肥料占巴西农业用氮总量的不到20%。 “超过75%来自生物固氮,这是植物将大气中的氮转化为需要繁殖的氮的过程,”他说。 “因此,氮-15技术对于我们确定哪些作物具有高生物氮效率至关重要。由于这一举措,我们现在知道我们不再需要将氮肥用于大豆作物,这是巴西的主要作物。“ 同样,西班牙的研究人员通过量化氨的排放来研究种植系统的氮损失,氨是在肥料中氮分解过程中释放的气体,这可能导致温室气体排放。 “我们的研究证实了尿素抑制剂可以减少氨气排放,”马德里理工大学农业与环境风险管理研究与研究中心研究员Alberto Sanz-Cobena说。 同位素技术是该研究领域的独特工具,德国吉森Justus-Liebig大学植物生态学教授ChristophMüller说。 “为了制定阻止温室气体的战略,我们需要知道它们的来源,同位素技术是定量分析土壤中温室气体生产过程的唯一方法 - 告诉我们每种气体的排放源和数量,”他说。 “由于这项研究项目,我们现在拥有的信息对于减少土壤碳消耗和增强土壤碳和氮在不同气候条件下的捕获和储存至关重要。然而,要实施这些战略,我们需要科学家与农民携手合作。“ 科学 用稳定同位素追踪温室气体 与传统的温室气体排放测量技术相比,核技术具有明显的优势。通过添加标有稳定同位素氮-15的氮肥作为示踪剂,科学家们可以追踪同位素并确定作物如何有效地吸收肥料。同位素还用于量化作物通过生物固氮过程从大气中获得的氮的量。 碳-13稳定同位素技术利用环境中天然丰富的碳-13,使研究人员能够评估土壤质量和土壤中螯合的碳源。这有助于确定作物轮作,耕作和地被植物的各种组合如何提高生产力并提高使用日益稀缺的资源(如水和化学营养素)的效率。跟踪碳-13以确定二氧化碳和甲烷的运动和来源。