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生物技術及材料如何重構(gòu)糧食、水資源及本土供應鏈生態(tài)健康？

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月01日 21:11

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官宣｜「以碳為名，向綠而生」一場非凡的生物基新材料創(chuàng)變之旅

知耕研選

知耕研選旨在以研究分析的模式追蹤生物科技領域國內(nèi)外趨勢見解，為大家呈現(xiàn)不同行業(yè)背景、現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢，以期給生物科技生態(tài)圈伙伴打開創(chuàng)新視角。

生物技術及材料作為一種創(chuàng)新型碳減排策略能有效應對溫室氣體排放，減緩全球氣候變暖，同時也能適應極端環(huán)境變化。

2023年，氣候科學家發(fā)現(xiàn)全球氣候系統(tǒng)正接近大規(guī)模、突發(fā)性及不可逆轉(zhuǎn)的臨界點，并朝著不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變：南極洲冰層的覆蓋面積正在以極快的速度縮小、全球海洋溫度也達到了有史以來最高水平、英國及周邊國家遭遇極端高溫熱浪致上千人死亡......6月23日邁阿密大學氣候研究員Brian McNoldy發(fā)布相關研究，發(fā)現(xiàn)2023年每月海面平均溫度比1856年以來每30年的海面溫度差距愈發(fā)大。若以該加速度增長，到2024年平均溫度可能比工業(yè)化前的平均溫度高1.5攝氏度，這意味著全球氣候?qū)⒆兊酶鼝毫印?/p>

生物技術如何保障全球糧食安全

能源和氣候部門發(fā)現(xiàn)：2022年，由于氣候變化的影響，英國普通家庭的食品購物成本增加了170英鎊，主要原因是西班牙、印度等主要農(nóng)產(chǎn)品出口國遭遇極端干旱氣候，氣候變化給糧食生產(chǎn)帶來越來越大的壓力。氣候變化已嚴重威脅到糧食系統(tǒng)的安全性，生物企業(yè)如何采取新方案應對氣候問題？生物技術無疑是一個重要手段。

生物技術開發(fā)人員在農(nóng)業(yè)技術方面的核心任務是幫助農(nóng)民減少農(nóng)業(yè)投入和土地破壞并生產(chǎn)更多農(nóng)產(chǎn)品。參考目前農(nóng)作物增長趨勢，到2050年全球?qū)霈F(xiàn)40-70%的糧食供應缺口，需要更多糧食以滿足人類食品生活需求，同時生物基產(chǎn)品的原料占比將越來越大。如何獲取更多糧食？一方面，通過大量種植土地獲得更多糧食作物，會影響授粉昆蟲的數(shù)量，進一步破壞自然系統(tǒng)；另一方面，通過在土壤中施用大量化肥，會增加碳排放，長期以往更會破壞土壤肥力，也無法解決氣候環(huán)境問題。這些方法都存在或多或少的弊端。

目前，行業(yè)已經(jīng)通過生物創(chuàng)新技術開發(fā)能維持土壤中氮元素含量的微生物菌株，為作物提供生長所需的氮元素，并避免向土壤中額外施用化肥。當作物成熟并收獲后，土壤中會失去大量氮元素，通過向土壤中注入氮元素可以補充下一輪種植的氮元素損失。生物固氮過程具有更高的可持續(xù)性，該過程使用能夠從空氣中吸收氮并將其遞送到作物根部的微生物。

加利福尼亞初創(chuàng)企業(yè)BioConsortia已獲得5200萬美元融資。公司專注于天然微生物產(chǎn)品研發(fā)，通過基因編輯等技術對微生物菌株進行改造，創(chuàng)制了形成孢子且能固氮的微生物菌株，這些微生物菌株會定居在作物根系中，并從大氣中獲取氮元素為作物提供營養(yǎng)。同時，BioConsortia的微生物可以作為涂層被涂覆在種子上，只有在檢測到植物根部后才會開始發(fā)揮作用，將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為植物營養(yǎng)成分。公司產(chǎn)品線主要包括微生物固氮、生物農(nóng)藥、生物刺激素等。現(xiàn)有的微生物土壤調(diào)節(jié)劑需要使用活性微生物，而BioConsortia的微生物產(chǎn)品在包裝中能處于休眠狀態(tài)，在運輸過程中能保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性并延長產(chǎn)品貨架期，降低成本，使其更具商業(yè)可行性。

BioConsortia在2022年進行田間試驗，將氮肥使用量減少50%并施用其微生物固氮產(chǎn)品，小麥的產(chǎn)量仍舊保持穩(wěn)定，土豆、辣椒和生菜的產(chǎn)量也有所提高。2023年，BioConsortia將在各種作物和產(chǎn)品上進行300多次田間試驗，并將于2024年推出該款產(chǎn)品。

利用生物基材料解決淡水安全性問題

淡水是全球重要的戰(zhàn)略資源，全球有一半人口地區(qū)面臨缺水問題，包括洛杉磯、莫斯科、拉合爾德里、班加羅爾和北京等地區(qū)，這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水量占比較大，很大程度限制了家庭用水量。

從水質(zhì)安全角度，發(fā)達國家往往認為自來水是安全無危害的。然而，2022年，科學家們關注到一些歐洲自來水樣本中含有有害的永久化學物質(zhì)。這些永久化學物質(zhì)大約有4700種，已經(jīng)在制造行業(yè)中使用了60多年，并且已進入環(huán)境系統(tǒng)中對傳統(tǒng)凈化技術具有很強的抵抗性。

來源：Aquaporin官網(wǎng)

丹麥水資源解決方案初創(chuàng)Aquaporin正在開發(fā)用于替代傳統(tǒng)水處理方法的生物技術。傳統(tǒng)水處理技術是通過合成膜過濾廢水，而該公司建造的過濾器含有蛋白質(zhì)-水通道蛋白*(aquaporins)，可以過濾生物體中的水。Aquaporin的凈水裝置能夠比傳統(tǒng)裝置更快地從廢水中生產(chǎn)飲用水，速度可以提高50%。

*水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一種位于細胞膜上的蛋白質(zhì)（內(nèi)在膜蛋白），在細胞膜上組成“孔道”，可控制水在細胞的進出，就像是“細胞的水泵”一樣。

倫敦帝國理工學院孵化企業(yè)Puraffinity專注于為環(huán)境應用設計智能材料，公司已經(jīng)開發(fā)出一種生物基吸附劑，能夠捕獲去除水中的一些永久化學物質(zhì)——全氟/多氟烷基物質(zhì)（PFAS），公司除了提供工業(yè)廢水等環(huán)境問題解決方案外，其技術還可以大規(guī)模處理飲用水。

歐盟建議建設生物基新材料本土供應鏈

在疫情及經(jīng)濟壓力下，歐盟更加重視建立醫(yī)藥、商品、工業(yè)原材料等必需品的本土供應鏈，而利用可循環(huán)及生物基材料創(chuàng)建更具本土化和彈性的供應鏈是實現(xiàn)這一目標的關鍵途徑。通過直接從工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢棄物中提取大量原料可以顯著減少對長途貿(mào)易原料（易受到氣候影響）的依賴。

基于此，歐洲綠色協(xié)議制定了循環(huán)經(jīng)濟行動計劃，幫助歐盟建設生物循環(huán)供應鏈。該計劃重點關注通過有機材料提取廢水中的礦物及營養(yǎng)元素等化合物，對這些分散在環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)進行提取收集和再銷售，來建設更循環(huán)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。

作為該領域的創(chuàng)新型企業(yè)代表，美國能源公司Gen3Bio開發(fā)基于微藻的特種化學品材料，并利用該技術凈化廢水。公司通過專利酶技術提取并收集廢水中的所有糖、脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，進一步將其轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)魚類飼料及特種化學品等產(chǎn)品，同時為藻類處理提供了一種環(huán)境可持續(xù)的解決方案。

荷蘭生物基創(chuàng)新企業(yè)Paques Biomaterials于2023年在荷蘭建立了一個示范工廠，利用微生物從廢水中生產(chǎn)可降解生物材料Caleyda。Caleyda由天然微生物生產(chǎn)的PHA組成，產(chǎn)量可達到每天25公斤。這些微生物以廢水中的化合物為食，同時化合物在微生物體內(nèi)積聚形成聚羥基脂肪酸酯（PHA），積累量高達其細胞重量的90%，再將PHA制造為可生物降解聚合物。同時，Caleyda是一種天然材料，可以直接被土壤、淡水或海洋中的微生物分解，具有天然碳循環(huán)效應。

國際呼吁發(fā)展中國家的生物初創(chuàng)企業(yè)應推進債務減免和氣候投資

工業(yè)革命的發(fā)展增加了全球90%的溫室氣體排放，其中最貧困地區(qū)遭受的影響最為嚴重。對于發(fā)展中國家而言，需要開發(fā)本土生物技術來應對氣候經(jīng)濟轉(zhuǎn)型。

印度有60%的人口從事農(nóng)業(yè)，對其而言，在保障農(nóng)作物產(chǎn)量的基礎上使用低土壤投入和用水量，并建設一個能抵御氣候變化的經(jīng)濟生態(tài)至關重要。目前，數(shù)千萬印度農(nóng)民主要依賴喜馬拉雅冰川融化水來維持作物生長，但隨著淡水資源的迅速減少，保濕技術將尤其重要。基于此背景，印度農(nóng)業(yè)初創(chuàng)企業(yè)EF Polymer Private Limited開發(fā)了一種天然可生物降解的土壤保水聚合物，用于土壤調(diào)理。

在資源相對匱乏的生態(tài)系統(tǒng)中，通過高效低成本的微生物發(fā)酵平臺也能有效推動生物經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。非洲的初創(chuàng)企業(yè)正在開發(fā)將廢棄物轉(zhuǎn)化為基本必需品的解決方案。Rwanda Bio Solution使用微生物技術生產(chǎn)有機肥料，與100多名農(nóng)民合作將該產(chǎn)品引入田間?？夏醽喌腂io-Alkano gel產(chǎn)品是通過微生物發(fā)酵將水果皮和蛋殼等廢棄物轉(zhuǎn)化為可再生燃料，該產(chǎn)品廣受全球關注。

然而，發(fā)展中國家初創(chuàng)企業(yè)往往缺乏資本助力，阻礙全球生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。目前，國際社會逐漸呼吁并要求富裕國家解除財務限制，使發(fā)展中國家能夠真正實施脫碳和氣候適應。對于發(fā)展中國家而言，在全球氣候變化的生態(tài)經(jīng)濟建設中，很難實現(xiàn)債務減免和氣候投資。只有將數(shù)萬億美元的公共資金投入到較貧困地區(qū)，才能保障本土解決方案能實現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

在氣候適應方面，生物技術及材料可以在糧食安全、水污染修復以及本土供應鏈等關鍵領域發(fā)揮作用，在未來十年內(nèi)，這些市場將迎來創(chuàng)新式爆發(fā)增長。

目前，全球氣溫比工業(yè)平均氣溫高出1.2攝氏度，遠高于一萬多年前。2015年《巴黎協(xié)定》表示要在本世紀末實現(xiàn)將溫度上升區(qū)間控制在1.5攝氏度以內(nèi)，但這個目標暫時無法實現(xiàn)。因此，在惡劣的環(huán)境局勢下，政府和企業(yè)必須協(xié)同共進，利用生物技術及生物材料實現(xiàn)碳減排，降低氣候影響，共建和諧美好的人類社會。

具體信息參考：

https://worldbiomarketinsights.com/bio-based-technologies-in-climate-adaptation-food-water-and-feedstock/

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