在日益严重的塑料废物危机中，聚羟基链烷酸酯的生产商认为世界已准备好迎接他们的可生物降解聚合物

作者： Alexander H. Tullo

Bio-on 在意大利博洛尼亚附近的工厂

       在加利福尼亚州红木城的硅谷清洁水公司，一个由集装箱、塑料管道、支架和一个小型钢反应器组装而成的装置正在测试可能导致更可持续塑料的技术。

       Mango Materials 自 2015 年以来一直在运行这个试点设施。来自水处理厂的原始沼气（含有甲烷、二氧化碳和硫化氢）通过反应器冒泡。容器中的细菌将甲烷代谢成生物聚合物聚（3-羟基丁酸酯）或 PHB。

“一旦它们成为最肥胖、最快乐的有机体，我们就必须打开它们的细胞并获取聚合物，”Mango 客户参与副总裁 Anne Schauer-Gimenez 说。芒果提取的聚合物每年约 250 公斤，在纤维和美容护理产品包装等应用中进行了测试。

       Mango 是试图围绕聚羟基链烷酸酯 (PHA)（一类可生物降解的生物基聚合物）创建行业的数十家公司之一。这些公司的高管都非常了解 PHA 公司Metabolix，现在称为 Yield10 Bioscience，该公司在 3 年前在 PHA 失败之前烧掉了数亿美元。但 Metabolix 可能已经超前了。

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       公众对塑料垃圾危机日益严重的认识正在上升，尤其是最终进入海洋的塑料。各国政府正在对一次性塑料实施禁令，大型消费品公司也呼吁寻求解决方案。一种可以完全从环境中消失的聚合物可能正是世界所需要的。

       PHA 的履历上有很多表明他们非常适合这一刻。它们发生在自然界。当细菌缺乏足够的营养来繁殖时，它们会使用它们来储存能量。科学家们已经发现了 150 多种具有不同聚合物结构的 PHA。细菌的种类和它们被喂食的物质——无论是糖、淀粉、甘油、甘油三酯还是甲烷——决定了产生的 PHA。

       生物降解性是 PHA 最有趣的特性。体积最大的生物基聚合物聚乳酸也会分解，但仅在工业堆肥设施中分解。PHAs 会在周围环境中生物降解，甚至在海洋中。

       PHA 的物理性能通常与聚烯烃（如聚乙烯和聚丙烯）相比较。事实上，公司所考虑的聚合物的许多应用——一次性产品，如食品包装、吸管和餐具——目前都属于聚烯烃。新塑料经济：重新思考塑料的未来，艾伦麦克阿瑟基金会 2016 年的开创性报告，甚至将 PHA 列为聚烯烃以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯的潜在替代品。

       PHA 开发商 Danimer Scientific 的首席技术官 Phil Van Trump 说：“有各种各样不同的 PHA，根据您生产的 PHA 类型，您可以获得与其他每种材料相似的特性。”

       PHA 的一个重要区别是短链和中链聚合物。短链 PHA，如 PHB，由较小的单体组成。中链 PHA，例如聚（3-羟基丁酸酯-共-3-羟基己酸酯）（PHBH），由较大的PHA制成。

       “悬垂在你的分子上的悬链会影响你的特性，”独立生物聚合物顾问、聚合物制造商 DSM 和陶氏的资深人士 Jan Ravenstijn 说。短链聚合物的结晶度更高——硬但脆。中链的更坚韧，更有弹性。

       Ravenstijn 表示，PHA 最适合那些“必须进行生物降解”的应用，例如“不可避免地会进入环境”的产品。他指出由合成聚合物制成的缓释肥料涂层，例如不会生物降解的聚氨酯。

       在另一个此类应用中，意大利 PHA 公司 Bio-on 最近与联合利华合作推出了名为 MyKai 的防晒霜系列。这些面霜含有由 Bio-on 的 PHB 制成的微粉，可以提高减少紫外线成分的有效性。

       “它是这种应用的完美分子，”Bio-on 的业务开发经理 Diego Torresan 谈到 PHB 时说。该公司在意大利博洛尼亚附近的示范工厂中使用糖蜜和甜菜生产的副产品生产 PHB。该工厂于去年投产，年产能为 1,000 公吨，专门生产特殊产品，例如联合利华的粉末和其他个人护理应用的微珠。

       Bio-on 也一直忙于开发其他 PHA 应用程序。去年年底，它与意大利水果经销商 Rivoira 成立了一家名为 Zeropack 的合资企业，将新鲜水果和蔬菜的 PHB 包装商业化。Bio-on 还致力于玩具、汽车零部件和家具等应用。

       Danimer 拥有 2007 年从 Procter & Gamble 收购的 PHA 技术。该公司已经是一家大型聚乳酸混炼商，年产能为 50,000 吨反应挤出。其位于佐治亚州班布里奇的试点工厂每月使用菜籽油生产约 10 吨 PHA。

       Van Trump 表示，Danimer 的聚合物配方专业知识，加上其多功能的中链 PHA 技术，使其能够追求雄心勃勃的应用。例如，与百事可乐的 Frito-Lay 部门合作，Danimer 一直在开发一种零食袋材料，以取代目前使用的聚丙烯薄膜。它正在与雀巢合作开发 PHA 水瓶。

       由于对其材料如此浓厚的兴趣，PHA 公司已准备好采取下一步行动：建造商业工厂。

       Metabolix 十年前就走到了这个阶段，但它的失败仍然是该行业其他人的警示故事。2010 年，该公司与阿彻丹尼尔斯米德兰 (ADM) 在爱荷华州克林顿成立了一家 PHA 合资企业，年产能为 50,000 吨。

       由于客户对材料的采用缓慢，ADM 在 2 年后关闭了该工厂。该工厂甚至无法达到每年销售 500 吨的里程碑。ADM 不得不注销 3.39 亿美元。Metabolix 自己出局，但不得不在 2016 年以 1000 万美元的价格将其技术出售给韩国公司 CJ CheilJedang。它将重点转向农业技术，并更名为 Yield10。

       “他们建立了太多的产能，”Ravenstijn 说。“没有市场。为一种新的聚合物开发市场是一个循序渐进的过程。我的建议始终是在产能之前建立需求。” 他认为，这就是当前 PHA 参与者正在采取的方法。

       自 2007 年从夏威夷大学购买制造 PHA 和其他 PHA 的技术以来，Bio-on 一直在开发 PHA 市场。“当我们开始时，环境还没有准备好接受 PHA，”Torresan 说。他说，现在已经改变了，因为客户和品牌所有者对塑料垃圾的认识提高了。

       Torresan 还看到了监管驱动因素，例如欧盟要求到 2021 年找到基于化石燃料的一次性塑料制品的可持续替代品，例如棉签棒、餐具、盘子和吸管。“对于这些类型的应用程序，如果它不是唯一的解决方案，它也是其中之一，”他谈到 PHA。

       “这是一场正在酝酿的完美风暴，”丹尼默的范特朗普说。“现在的需求比 3 或 5 年前要多。” 该公司去年展示了 PHA 吸管。“由于塑料禁令和人们不太喜欢纸吸管，人们对此很感兴趣，”他说。

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       在肯塔基州温彻斯特，Danimer 正在建设世界上最大的 PHA 工厂，该工厂将于 10 月启动，年产能约为 8,000 吨。这个耗资 3600 万美元的项目涉及改造闲置的藻类发酵设施。

       Bio-on 的模式不是建立大容量，而是授权其技术。虽然它在博洛尼亚附近的示范工厂正在为 Bio-on 自己的销售生产特殊产品，但它也旨在为被许可人证明这一过程。

       该公司已经签署了许多 PHA 许可证。家族企业 SECI 计划在意大利建造一座年产量为 5,000 吨的工厂。俄罗斯 TAIF 公司获得了在鞑靼斯坦共和国建造 10,000 吨工厂的许可证。Bio-on 还将其工艺授权给法国、西班牙和墨西哥的公司。

       其他几家公司也在涉足该业务。到今年年底，日本 Kaneka 在日本高砂的 PHBH 产能将达到 5,000 吨。公司业务开发团队的 Sim Do Yong 告诉 C&EN，CJ CheilJedang 拥有 Metabolix 的技术，计划建立一个试验工厂或外包小规模 PHA 生产。该公司的目标是在 2022 年实现商业化生产。

       RWDC Industries 由 Daniel Carraway 共同创立，他也创立了 Danimer，但后来离开了公司。它已从投资者那里筹集了 3500 万美元，并计划在佐治亚州雅典建造一座 PHA 工厂。

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       与此同时，Mango Materials 在其运营试点工厂的 Redwood City 基地几乎完成了一个示范装置。该装置将连续运行，每周生产超过 100 公斤的材料。“我们可以去除该技术的一些组成部分，同时实际生产大量材料以将其用于应用，”Schauer-Gimenez 说。

       她承认，距离一座商业工厂还有几年的路程。Schauer-Gimenez 表示，Mango 将很快完成一轮融资，投资者会意识到让这项技术落地所需的时间。

       “现在对我们来说，患者资本才是真正的关键，”她说。“我们不是 iPhone 应用程序。你的归来不是一朝一夕的。”