市場趨勢

邁向永續未來,落實SDGs技術動向受矚目

  • 刊登日期:2024-06-11
  • 資料來源:材料世界網
  • 作者:范淑櫻編譯
世界局勢的未來變化難以預測,優勢轉瞬即逝,在致力於實現全球永續發展的同時,建立持續創新的能量可望為今後因應之道。在各產業積極推動創新的當前,化學產業將發揮關鍵作用,而有助於實現永續發展目標(SDGs)的技術動向亦備受關注。
 
微生物在工業生產中躍升要角
利用微生物進行發酵代謝過程的「生物製造」自古以來即利用於化學品、藥品的生產,如今與基因組編輯、DNA合成、人工智慧(AI)等先進技術融合,逐漸發展成為被冠以「合成生物學」、「工程生物學」等名稱之新興產業。且有預測指出,2030年全球「生物製造」的產業規模將擴大至200~400兆日圓。
 
目前透過微生物發酵大量生產各種物質已成為可能,例如日本生物新創企業Spiber在泰國以人工結構蛋白質材料「Brewed Protein」製成的量產纖維獲得專業戶外機能服飾品牌GOLDWIN採用,應用實績持續增加。雖與化石資源由來的供應鏈相比,仍存在製造成本等課題,但在全球迎向生物經濟(Bioeconomy)的推波助瀾之下,產業利用將可望持續推進。
 
另有見解認為,未來10年內全球工業生產的3分之1將被生物製造所取代,且如同半導體般,美國、歐洲、中國、日本皆在產業育成上挹注鉅額預算。然而,生物製造仍屬發展中的未成熟產業,過度的投資熱、商業策略的失敗也迫使美國的Amyris、Zymergen等先進企業陷入破產等困境。
 
在此發展歷程之下,產業價值鏈分工日趨清晰,主要參與者也陸續到位。生物製造係透過多種微生物發酵代謝路徑的組合應用以生產目標物質,因此能夠找到最短路徑且高產收量的企業將具有競爭優勢。相較於未利用/非可食用的生物質或是二氧化碳、氫氣等營養源(原料),「微生物製造」將會是競爭力的來源。
 
在微生物製造領域首屈一指的美國生技新創公司Ginkgo Bioworks即致力於開發細胞編輯技術,利用基因工程推動合成生物學領域的發展,並將技術應用於生物醫學、化妝品、食品、農業等領域。Ginkgo Bioworks的技術亦採用於新型冠狀病毒疫苗中使用之信使核醣核酸(mRNA)的原料製造。
 
Ginkgo Bioworks的優勢在於強大的基因工程平台,其中包含與微生物代謝路徑相關之數十億個基因組序列的數據資料庫。Ginkgo Bioworks也利用人工智慧預測產生目標物質的代謝路徑並設計微生物,透過快速執行「設計-構建-測試-學習(DBTL)」循環,大幅縮短了獲得最佳微生物的開發週期 ---此為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
負碳排為重要手段
為實現更勝於碳中和的負碳排(Carbon Negative),可將大氣中或火力發電廠、化工廠排放之二氧化碳予以回收,並利用做為化學產品原料的二氧化碳分離、回收技術日漸受關注。根據試算,此項技術市場可望在2030年增長至6兆日圓,2050年則擴大到10兆日圓。日本也推估國內市場規模在2050年約可達4,000億日圓,因此眾多化學企業競相投入魚與熊掌可望兼得,同時創造環境貢獻與事業機會的技術開發。日本政府亦認為從工廠排氣、大氣中分離、回收二氧化碳至關重要,並計畫透過進一步技術開發與低成本化,於2050年取得全球市場30%的佔有率。
依據排氣成分、二氧化碳濃度、排放源等條件,諸如化學吸收法、物理吸收/吸附法、薄膜分離法、低溫冷凝法等二氧化碳分離、回收技術持續推進。
 
日前引領日本國內二氧化碳分離、回收技術發展首推地球環境產業技術研究機構(RITE)。RITE在早期即投入化學吸收液的研究,且於新能源產業技術總合開發機構(NEDO)轄下的低碳煉鐵計畫COURSE50計畫中與日本製鐵共同開發了化學吸收液,2014年採用於Nippon Steel Engineering的節能型二氧化碳捕集設備,2018年啟動的第二台機組則是日本第一個利用化學吸收法從燃煤發電廠煙氣中分離並捕獲二氧化碳的商業設施---此為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。 
 
分離膜以低能耗、小型化決勝負
二氧化碳膜分離技術是利用壓力差驅動,俾使二氧化碳滲透、分離的方法。在分離材料方面,化學吸收或物理吸附的回收方法存有消耗大量能量的問題,因此原理上無需熱能之薄膜分離的優勢漸受矚目,相關實用化的研究開發亦接續展開。其中日本Daicel與產業技術總合研究所(AIST)合作,積極推動高分子/無機材料複合式二氧化碳分離、回收膜的開發。薄膜為促進傳輸膜的一種,技術關鍵是在---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。 

 

 


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