对话LanzaTech：碳固定技术如何成为制造业的下一个明星？

现代生活中，人们所能够接触到的大多数物品几乎都与石油相关。包括尼龙织物、塑料制品、橡胶制品等均是由化石原料提炼的副产品经过聚合作用形成的。

不幸的是，现代科技在给人们生活带来便利的同时，也对地球环境造成了持续威胁。在石油工业的开采、提炼乃至石油燃料在使用过程中，无时无刻不在释放大量的废气，因此导致了大气中大量废碳的积累。

2021 年夏，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）以一份报告再次敲响气候变化的警钟。报告指出，人类活动正在导致全球气温上升，未来 20 年，全球变暖将达到灾难性的程度。

回收大气中的碳并将其制成生活日用品。2005 年，来自新西兰的碳捕获和转化（CCT）创新公司 LanzaTech NZ Inc.（以下简称 “LanzaTech”）利用先进的气体发酵技术将这一构想带进了现实。截至目前，LanzaTech 已收获十余家制造企业成为其下游的合作伙伴，涉及生物燃料、服装跑鞋、塑料包装等各类日常用品。

近日，我们有幸对 LanzaTech 的联合创始人兼首席科学官 Sean Simpson 博士进行了专访。在其看来，合成生物学技术已经在大流行期间展示了其在制药或医疗行业中的巨大价值，“但现在，我们将要展示它在更多工业领域中的价值。”

让“碳智能”进入制造业“是一个供应链问题”

2021 年 7 月，LanzaTech 与时尚运动服饰品牌 Lululemon 签订合作协议，后者将使用一种基于废气的聚酯面料缝制更加环保的瑜伽裤，消息一经发布即受到了环保人士、合成生物学研究者和广泛制造企业的共同追捧。更多的人们意识到，“碳捕获”、“生物材料”不再是遥不可及的学术名词，而是变成了实实在在的一件衣服，一只手边的香水瓶。

众所周知，LanzaTech 通过以“气体发酵”为核心的“碳捕获”技术进入工业市场，这一过程就像酿造啤酒一样：让经过基因改造的微生物 “吃掉” 废气并生成乙醇。

然而，仅关注于技术本身并不足以解决广泛制造业的资源困境。在 Simpson 看来，想要让生物能源尽可能地取代化石资源，首要问题在于找到具有极大储备的可用替代资源，在此之后，还需要让替代资源顺利地进入到既有、成熟的制造业供应链之中。

据中东地区石油组织（OPEC）统计，全球每天大约要消耗 1 亿桶石油，一年总共消耗近 50 亿吨，这无疑将对替代资源的储备量和可再生性提出挑战。因此，LanzaTech 关注到了存在于废弃物中的碳资源——包括一切的废物碳和大气中的二氧化碳，所有这些资源的存量几近于无限，并且无处不在。利用其专有的工程化细菌，LanzaTech 将这些废碳源发酵并转化成为“碳智能（CarbonSmart）”产品，包括乙醇、乙二醇等等。

而在寻获了一种替代资源之后，继而要考虑的问题即为，如何才能让其取代石油？换句话说，如何让一种资源变成广泛流通的产品？“由此，我们关注到了乙烯价值链，” Simpson 说道。

乙烯是世界上最常见的化学品之一，其通过无水乙醇脱水获得。使用乙烯作为原料，可以衍生出聚乙烯塑料、PET 树脂、聚酯、表面活性剂等等各类不同的工业中间体，进而涉及更加广泛的日常用品。

让回收的“碳智能”分子取代石油，其中最重要的问题在于，如何建立从“碳智能”乙醇到乙烯、乃至聚乙烯等等成熟工业的规模化供应链？“这实际上是一个供应链问题，”Simpson 进一步解释道，“我们要将乙醇转化为聚乙烯、环氧乙烷或 PET 的技术连接起来，并确保这条供应链经济、可行。”

“我们花了很长时间把这个价值链整合起来，然后为其提供‘碳捕获’分子。如今看来，由 LanzaTech 制造的乙二醇与化石原料产出的乙二醇并没有什么不同。”

“短期内最大的问题就是成本问题”

让“碳智能”产品替换制造业供应链中的碳氢化合物，LanzaTech 的这一举措无疑是成功的。自 2005 年成立以来，该公司长期致力于在多种工业市场中验证其技术，并且成效显著。

目前，人们能够轻而易举地在日常生活中见到由 LanzaTech 原材料生产的日用品，包括联合利华、欧莱雅、Lululemon 和美容公司 Coty 等十余家知名企业相继成为该公司的下游合作伙伴。

广泛合作带来的是巨大的材料供应压力。事实上，所有从实验室走出的创新工厂都会面临同样的挑战：规模化生产。对于 LanzaTech 而言，找到微生物转化乙醇路径只是合成生物工业的第一步，更重要的是，将生物学与化学、工艺工程方案结合起来，使其能够大规模地应用于实际生产与制造过程中。

目前，基于该公司发明的商业规模生物反应器，LanzaTech 在全球已经建立起两个生产工厂和七个在建工厂。

早在 2018 年，LanzaTech 与首钢集团京唐钢铁厂合作建立了世界上第一座商业废气乙醇工厂，利用梭菌将钢厂废气应用于商业化合成燃料等，年产燃料乙醇 4.6 万吨、蛋白饲料 5000 吨，该工厂首年运营便生产了超过 3 万吨乙醇，这相当于从大气中保留了超过 12 万吨的 CO₂。

2021 年 5 月，由北京首钢朗泽新能源科技有限公司旗下合资公司出资，在宁夏建立的全球首套利用铁合金工业尾气制燃料乙醇项目已经正式投产，该设备预计年产燃料乙醇 4.5 万吨、蛋白饲料 5000 吨，每年可减少 18 万吨的 CO₂ 排放。

Simpson 表示，当前的产能与全球动辄亿吨级的需求量相比仍是杯水车薪，并且不可避免的问题在于，当前基于“碳固定” 技术制造出的乙醇成本价更高。

“我认为短期内最大的问题就是成本问题，这完全是由创新的制造过程所导致，”Simpson 对此强调，“我们正在和非常成熟并且古老的石油工业竞争。”

传统的石油工业能够达到每天 1 亿桶石油的量产速度，与之相比，创新的可持续生产方式仍在发展初期，其相对较低的产量必将导致更高的价格。

不过，生物工业带来的好处一方面在于原材料遍地可取，因此不会产生任何的地理限制性；另一方面，其生产过程在低温和低压下进行，因此也没有爆炸和有毒排放的风险。凭借以上优势，LanzaTech 的碳捕获工厂受到了“环境友好”需求地区的普遍青睐。

“类似于针对碳排放立法的举措会有所帮助，但实际上，最有帮助的仍是实现低成本的可再生能源。一旦我们能够实现低成本的可再生能源，那时的经济规模将会非常引人注目。”

“环保理念”将成为消费时尚？

随着全球气候危机的日渐紧迫，“碳中和” 已逐渐成为研究者、投资者乃至政府机构追求的目标，全球范围内越来越多的投资机构和企业开始寻找 “碳中和” 带来的变革机会。

在收获了众多合作企业递出的“橄榄枝”后，基于 LanzaTech 原料制造的终端产品已经涉及包括服装、洗衣粉、塑料产品包装、面霜等在内的各类生活用品。

不仅如此，2020 年，LanzaTech 成立并分拆出一家新公司 LanzaJet，用于扩大可持续航空燃料（SAF）的生产，并为包括维珍大西洋航空公司、英国航空公司和日本全日空航空公司等多家航空领域的业务伙伴制造并提供可持续的航空燃料。

毋庸置疑的是，用于航空领域的清洁能源将是可持续发展的重心之一，因为航空燃料很难在短期内被电能、氢能等取代。但 Simpson 也表示，LanzaTech 的核心业务将始终在于普适性的碳转化技术，制造乙醇仅仅是其发展的第一步。接下来，其将致力于在更大规模上制造新的化学中间体。

先进的基因测序和编辑技术正在为合成生物学产业添砖加瓦。当前，LanzaTech 正在对细菌进行基因改造以便让其代谢出更多种类的商业化产品。在实验室中，该公司已成功地诱导转基因细菌生产 50 余种不同的工业碳氢化合物，除已经进入商业规模生产的乙醇之外，丙酮和异丙醇也正在准备进入商业化。

“让二氧化碳成为制造原料，合成生物学可以允许并且驱动这种转化。我们要做的就是把合成生物学的产品从实验室拿出来，带入到工业生产之中。”

近年以来，无论是基于废气制造的产品，还是清洁能源汽车，打着“碳中和”旗号的产品普遍受到了消费市场的追捧。此前，“能源公司”特斯拉的市值一度冲破万亿美元大关，该成绩很大程度上是受到了“碳中和”概念的影响。

可以看出，新一代的消费者正在进入市场，而他们的观念必然会左右着市场的动向。并且，特斯拉、Lululemon 的成功已经证明，这些消费者确实乐于为环保理念买单。Simpson 对此赞叹道，“他们在学校中接受了有关气候变化的教育，所以其对于可持续发展的看法和之前的几代人完全不同。新的消费者很清楚，气候变化与二氧化碳息息相关。”