II. Túm lược cỏc xu hướng
5.3.Sản phẩm và thị trường
Cụng nghệ Sinh học trong cụng nghiệp
5.3.Sản phẩm và thị trường
Cú thể phõn loại cỏc sản phẩm được sản xuất bằng cỏc quy trỡnh CNSH cụng nghiệp (hoặc một phần, hoặc toàn bộ) như sau:
Cỏc hoỏ chất chuyờn dụng (Dược phẩm, thực phẩm bổ dưỡng, thức ăn động vật, enzym v.v...);
Mỗi một nhúm sản phẩm trờn đang ở giai đoạn phỏt triển khỏc nhau, với những động lực, mối quan hệ phụ thuộc, nhu cầu phỏt triển kết cấu hạ tầng và những triển vọng giỏ trị khỏc nhau.
Một việc hữu ớch là so sỏnh chỳng để cú được bức tranh rừ nột hơn về lộ trỡnh tương lai của CNSH cụng nghiệp. Ta sẽ đề cập chi tiết hơn về:
Dược phẩm;
Chất dẻo sinh học;
Nhiờn liệu sinh học;
Năng lượng sinh học: sản xuất hydro.
5.3.1. Sản xuất dược phẩm
Hiện tại, mức độ thõm nhập lớn nhất của CNSH cụng nghiệp là ở cỏc ngành dược phẩm, trong đú 20-30% là cú sử dụng cụng nghệ lờn men hoặc xỳc tỏc enzym trong quỏ trỡnh sản xuất. Lĩnh vực cụng nghiệp này được dự bỏo là sẽ tăng trưởng cả về trước mắt lẫn lõu dài.
Xột ở quan điểm năng suất, cỏc vi sinh vật và enzym được hoàn thiện cũng sẽ giỳp giảm giỏ thành sản xuất thuốc. Điều này cũng đem lại khả năng sử dụng hiệu quả hơn năng lực sản xuất hiện cú và dựng vốn để đầu tư cho năng lực mới.
Như đó đề cập ở cỏc phần trờn, lộ trỡnh tăng trưởng trong tương lai của dược phẩm được dựa vào CNSH chứ khụng phải là hoỏ chất. Cỏc xu hướng trong thành phần cỏc dược phẩm hoỏ chất phõn tử nhỏ cũng là dấu hiệu cho thấy sự phụ thuộc ngày càng tăng vào CNSH cụng nghiệp để tối ưu hoỏ quy trỡnh sản xuất. Vớ dụ, việc sử dụng gia tăng cỏc kỹ thuật hoỏ chất bất đối xứng trong phỏt triển thuốc là thớch hợp với nền sản xuất sinh học. Cỏc hợp chất thuần tuý bất đối xứng cú thể giỳp giảm được một nửa lượng thuốc cần thiết và tăng hiệu quả của thuốc. Cỏc hoỏ chất xỳc tỏc khụng nhận biết được tớnh bất đối xứng, nhưng enzym lại cú khả năng đú, bởi vậy chỳng đạt hiệu quả hơn trong quỏ trỡnh sản xuất cỏc dược phẩm bất đối xứng.
Việc sử dụng CNSH trong ngành dược phẩm sẽ tiếp tục gia tăng. Điều này cũng đỳng đối với ngành hoỏ cụng nghiệp núi chung: Sẽ ngày càng cú nhiều sản phẩm cú khối lượng nhỏ, nhưng giỏ trị cao, chỉ cần kết cấu hạ tầng sản xuất ở mức “khiờm tốn” .
5.3.2. Chất dẻo sinh học
Trong vũng 2 năm qua, đó cú một số đột phỏ cụng nghệ trong sản xuất chất dẻo sinh học tỏi tạo. Quả thực, xột về ngắn hạn và trung hạn, chất dẻo sinh học được coi là cú khả năng lớn nhất để thõm nhập vào thị trường hoỏ dầu truyền thống.
Hiện tại, 2 dự ỏn sản xuất chất dẻo tiờn tiến nhất đang được thực hiện là của cỏc hóng Dupont và Cargill Dow. Sản phẩm của Dupont cú tờn là Sorona, được hợp tỏc phỏt triển với Genencor, chế biến bằng cỏch lờn men tinh bột ngụ. Tuy nhiờn, Sorona khụng phải là vật liệu tỏi tạo hoàn toàn, vỡ nú được kết hợp với một monomer dầu mỏ. Trỏi lại, sản phẩm của Cargill Dow, cú tờn gọi là Nature
Works, là vật liệu tỏi tạo 100%. Bao bỡ Nature Works được làm từ axit lactic, sản xuất từ glucose. Cỏc kỹ thuật hoỏ chất trước đõy được dựng chỉ phục vụ cho quỏ trỡnh polyme hoỏ axit lactic. Năm 2004, Nature Works đó được tung ra thị trường và mặc dự đắt hơn so với cỏc sản phẩm hoỏ chất, nhưng cú ưu điểm là thõn thiện với mụi trường. Cargill Dow đó đầu tư mạnh vào kết cấu hạ tầng sản xuất và đang cú kế hoạch đa dạng hoỏ sản phẩm.
Mc Kinsey and Co dự bỏo rằng tới 2010, 10% cỏc sản phẩm polyme cú thể liờn quan đến CNSH ở một hỡnh thức nào đú. Cụng ty này cũng dự bỏo rằng tới 2010, 20% giỏ trị của ngành hoỏ chất toàn cầu sẽ cú nguồn gốc từ CNSH (hiện nay, con số ước tớnh là 5%). Những dự bỏo khỏc nhận định rằng cỏc c hất dẻo tự phõn huỷ bằng sinh học sẽ chiếm 30% thị trường chất dẻo vào năm 2015-2017.
Tuy nhiờn, cũn phải khắc phục một số trở ngại cụng nghệ để cho nguyờn liệu hoặc thành phẩm đủ rẻ. Khõu đột phỏ then chốt là phải sản xuất được glucose giỏ rẻ. Nguồn chủ yếu của glucose cụng nghiệp hiện nay trờn toàn cầu là tinh bột ngụ. Trong ngụ, tỷ trọng lớn nhất là xenlulo. Xenlulo cũng giống tinh bột ở chỗ cũng là polyme của glucose, nhưng khú phõn giải. Hiện cuộc đua đang diễn ra để phỏt triển cỏc enzym cú tỏc dụng chuyển hoỏ xenlulo thành sản phẩm thương mại.
5.3.3. Nhiờn liệu sinh học
Tớnh khả thi và kỹ thuật sản xuất nhiờn liệu vận tải từ sinh khối đó được khẳng định chắc chắn. Việc sản xuất etanon sinh học bằng cỏch lờn men đường mớa đó được thương mại hoỏ ở Braxin từ thập kỷ 80. Thập kỷ 90, một số bang của Mỹ đó tiến hành sản xuất từ ngụ và một số cõy ngũ cốc. Cỏc phụ phẩm động vật, chẳng hạn như nước sữa, cũng được sử dụng làm nguyờn liệu sản xuất etanon. Hóng Fonterra gần đõy đó thử nghiệm sử dụng nước sữa (chất thải của quỏ trỡnh sản xuất cazein) để sản xuất etanon làm nhiờn liệu cho ụ-tụ.
Chi phớ sản xuất etanon từ cõy trồng thường lớn hơn nhiều so với giỏ thành hiện nay của xăng và dầu, chủ yếu do khõu nguyờn liệu và quy trỡnh chuyển hoỏ. Việc sử dụng vật liệu lignocellulo từ cõy và dư lượng (phế thải) của cõy được coi là giải phỏp cho vấn đề trờn. Sinh khối lignocellulo đó được sử dụng để sản xuất etanon, nhưng vật liệu này khú phõn giải, vỡ nú đũi hỏi phải khử lignin, sau đú chuyển hoỏ xenlulo thành đường rồi mới cho lờn men để tạo thành etanon. Năm 2003, Genencor thụng bỏo đó phỏt triển được quy trỡnh enzym đạt chỉ tiờu về mặt kinh tế (giảm chi phớ xuống cũn cũn 1/10). Hóng đang tỡm đối tỏc để nõng quy trỡnh này lờn quy mụ tinh chế sinh học.
Trong khi etanol sinh học đem nguồn năng lượng tỏi tạo vào thị trường xăng dầu thỡ điờzen sinh học đang nổi lờn ở thị trường điờzen. Điờzen sinh học thường được sản xuất từ mỡ và dầu thực vật như dầu cải và dầu đậu tương. Glycerine là một phụ phẩm được dựng cho nhiều ứng dụng cụng nghiệp. Việc tăng cường cỏc sử dụng mới cho glycerine được coi là yờu cầu then chốt để tạo động lực cho nền kinh tế tương lai.
Điờzen sinh học đang dành được sự quan tõm đỏng kể của EU (đặc biệt là Đức) và Mỹ. Nú cú thể dựng được ngay cho động cơ điờzen và cú mức phỏt thải thấp hơn nhiều. Chỉ riờng ở Mỹ, mức tiờu thụ điờzen sinh học đó tăng từ 15 triệu galon (1 galon=3,785 l) năm 2002 lờn 25 triệu galon năm 2003. Cỏc xe buyt và mỏy kộo sử dụng phần lớn điờzen sinh học sản xuất ở Mỹ. Tuy nhiờn, chõu Âu hiện đang dẫn đầu cuộc tấn cụng, với 30% hỗn hợp điờzen sinh học cú ở Phỏp, cũn ở Đức và ỏo, điờzen sinh học nguyờn chất đó cú mặt ở thị trường.
Sản xuất điờzen sinh học cũng nhận được sự ủng hộ của cỏc hóng lớn trong ngành chế tạo ụ-tụ. ở chõu Âu, DaimlerChrysler vừa qua đó tiến hành cỏc bước để khơi dậy mối quan tõm của người dựng bằng cỏch mở ra một dũng sản phẩm mới cú thể sử dụng hỗn hợp điờzen sinh học. Hóng này cũng liờn doanh với hóng cạnh tranh là Volkswagen và hóng phỏt triển nhiờn liệu Chloren để sản xuất hỗn hợp điờzen sinh học cú tờn là Sundiesel. Lụ sản phẩm đầu tiờn đó được sản xuất năm 2003, cú thể dựng cho mọi động cơ điờzen.
Cũng giống như cỏc CNSH cụng nghiệp khỏc, để nhiờn liệu sinh học chiếm lĩnh thị trường thỡ cũn phụ thuộc vào sự phỏt triển của cỏc kết cấu hạ tầng và cụng nghệ khỏc, vớ dụ kết cấu hạ tầng phõn phối nhiờn liệu và cụng nghệ động cơ đốt trong. Theo một dự bỏo được trớch dẫn nhiều nhất, xột về ngắn hạn và trung hạn (2005-2020), cỏc nhiờn liệu sinh học sẽ thõm nhập thị trường với tư cỏch là hỗn hợp với cỏc nguồn nhiờn liệu truyền thống, tiếp theo là sự phỏt triển kết cấu hạ tầng cơ bản hơn và sau năm 2020 sẽ là thời kỳ của cỏc pin nhiờn liệu dựng hyđro sinh học.
5.3.4. Năng lượng sinh học: sản xuất hyđrụ
Mặc dự nhiờn liệu hoỏ thạch vẫn tiếp tục giữ vai trũ chủ đạo trong số năng lượng được sản xuất và sử dụng tới năm 2025 và lõu hơn nữa, nhưng cú một nhận thức ngày càng gia tăng rằng kết cục, năng lượng sẽ phải được sản xuất từ cỏc nguồn tài nguyờn cú khả năng tỏi tạo. Ngành sản xuất hyđro từ sinh khối cú thể sẽ trở thành bộ phận quan trọng của cỏi gọi là “nền kinh tế hyđro”.
Hiện việc sản xuất hyđro từ sinh khối đang ở giai đoạn R&D và theo dự bỏo, nú sẽ bắt đầu nổi lờn ở thị trường vào năm 2025. Nếu dự bỏo này diễn ra đỳng như vậy thỡ khi đú việc sản xuất hyđro sẽ giỳp phỏt triển cỏc pin nhiờn liệu phục vụ ngành vận tải và kết cục sẽ phỏt triển nền kinh tế hyđrụ. Cỏc cụng nghệ này sẽ được phỏt triển từ 2020 trở đi.
Hiện đang nghiờn cứu một số cỏch tiếp cận khỏc để sản xuất h yđro. Vớ dụ, sản xuất hyđro bằng quỏ trỡnh lờn men kỵ khớ cacbonhydrat nhờ quang hợp trực tiếp và quay vũng theo chu kỳ giữa cỏc điều kiện lờn men sunphua và khụng sunphua. Một cỏch tiếp cận nữa cũng cú hứa hẹn, bao gồm quỏ trỡnh phản ứng sinh học 3 khõu: (1) sản xuất cacbonhydrat thụng qua quang hợp; (2) chuyển hoỏ cacbonhydrat thành axit lactic nhờ lờn men bằng vi khuẩn; (3) sản xuất hyđro từ axit lactic bằng vi khuẩn.
Một trở ngại kỹ thuật lớn để thương mại quy mụ lớn là vấn đề lưu trữ hyđro. Hiện tại, cỏc nhà nghiờn cứu đang theo đuổi phương ỏn sử dụng hệ thống kim loại/hợp kim. ống nano cacbon cũng là một cụng nghệ đầy hứa hẹn.