TECA技术使碳生物制造从实验室向工业迈进

最近，Xi交通大学化工学院博士生张晨悦和教授费强在《自然通信》中(Nature Communications)发表文章。Xi交通大学是第一通信单位，化工学院博士生张晨悦和费强是共同的第一作者，北京化工大学谭天伟教授和费强是共同的通信作者。

目前，化工行业高度依赖化石资源，导致二氧化碳(CO2)排放急剧增加，资源枯竭，传统线性经济体系亟待转型。以碳原料回收为核心的第三代生物制造逐渐成为实现可持续化学制造的关键途径。然而，碳基生物制造的工业化面临着技术经济瓶颈和环境风险挑战。

基于此，Xi交通大学费强团队建立了生物制造“技术-经济-碳足迹”全链条评价体系(TECA)，其中包括通过技术经济可行性分析(TEA)量化技术指标与经济指标的关系，准确识别工业化过程中的成本趋势和经济瓶颈;借助全生命周期评估(LCA)跟踪从原材料到废弃处理全链条的污染排放，实现环境效益评价和风险预警。目前，甲烷生成活性产品、CO2制备依克多因、沼气生产生物航煤等多种原材料制备生物基产品的实践案例已经建立。

针对这一差距，费强团队最近借助TECA平台技术，结合生物转化一碳原料生成化学品的最新研究成果和测试数据，对一碳生物制造业从实验室向工业规模的发展进行了数值模拟和综合分析。该研究构建了从实验室研发到工业生产的全链评价体系，全面收敛和评价一碳生物制造技术路径的经济和环境影响。通过精细分解成本、动态演绎效益、碳足迹追溯跟踪，全面分析商品的经济效益和可持续性，旨在促进化工产品的生产和去化石化。

本研究首先提出通过构建具有工业属性的“微生物细胞工厂”、加快技术进步，提高碳转化率，深化电-生物催化级联系统的发展。其次，倡导工业与学术界的合作，整合工业废气、农业沼气和城市有机废弃物中的一碳资源，缓解供应链安全问题。此外，依托碳税征收和碳排放权交易机制，通过获取碳信用来降低成本，从而提高经济竞争力。最终，通过TEA识别关键成本驱动因素，可以为大规模投资决策提供量化依据，降低经营风险。通过LCA研究，该研究进一步证明，与传统工艺相比，每吨碳生物制造都具有显著的优势。