甲烷废气规模化制取生物塑料PHA技术落地

聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为一种可生物降解聚合物，正被视为传统塑料的有力替代品，其原料来源广泛且具备可再生特性。美国加州曼戈材料公司（Mango Materials，简称MM）在位于加州瓦卡维尔（Vacaville）的伊斯特利污水处理厂（Easterly Wastewater Treatment nt）建立了试点工厂及生产设施，利用富含甲烷的废气作为核心原料进行PHA生产。这项由MM开发的生物制造技术，关键在于利用能够以甲烷和氧气为食的强效甲烷氧化菌。正如MM首席执行官兼联合创始人莫莉·莫斯（Molly Morse）所解释的那样：“这些细菌通过其代谢途径自然生成PHA。在细菌完成PHA合成后，需经过一系列下游加工步骤将其转化为粉末形态。随后，该粉末会与少量组分混合并造粒成配方颗粒，可根据特定终端使用需求进行定制。”

从实验室到工业设施的跨越

与微生物发酵过程并行的是，MM正在扩大其独特工艺规模，以生产生物聚合物颗粒及特定的终端产品。MM首席技术官兼联合创始人艾莉森·皮耶贾（Allison Pieja）指出：“迄今为止，MM已通过十余年的发酵测试验证了其甲烷转PHA技术，涵盖实验室和田间试验。这些努力涵盖了从小型实验室发酵罐到试点规模测试单元，再到当前‘启动设施’（Launch Facility）——一个完全集成的甲烷转PHA生产单元的全链条规模。”该“启动设施”Zui初于2020年在加州红木城（Redwood City）的一座污水处理厂选址并投入使用。2023年，为拓展生物制造机会，该设施搬迁至瓦卡维尔。今年，MM预计将与BEAM Circular公司合作，启动一个新的试点规模气体发酵单元。

就地转化消除物流挑战

瓦卡维尔项目现场充分展示了MM工艺在规模经济上的可行性。美国生物制造联盟（BioMADE）技术与创新项目经理阿什利·阿内尔（Ashley Arnell）表示：“瓦卡维尔的试点设施直接设在污水处理厂内，以该厂的废气为主要原料。这种完全集成的设置能够在排放点捕获甲烷并将其转化为高价值材料，从而消除了气体运输带来的物流挑战。”她补充道：“通过证明在资源有限或偏远环境中也能生产高质量塑料，MM展示了该技术独特地支持农村或孤立社区发展的潜力。”BioMADE为该项目提供了资金和支持。

兼容现有基础设施加速商业化

目前，MM正在扩大PHA颗粒的生产规模，并通过家居护理和鞋履领域的合作项目，实现了其注塑级产品的商业化销售。同时，公司还在积极开发用于纤维、3D打印耗材（filaments）、薄膜挤出片材等特定应用的配方颗粒等级。MM首席运营官兼联合创始人安妮·绍尔-吉梅内斯（Anne Schauer-Gimenez）评论道：“我们的生物聚合物树脂经过配方调整，与现有的塑料制造基础设施兼容，并可挤出成用于3D打印的耗材。已有多个团队利用我们PHA生产的3D耗材制作了精美的原型产品。”这一进展表明，该技术不仅具备环保优势，更在工业应用兼容性上取得了实质性突破。