TOÀN CẦU TRONG BỐI CÂNH COVID-
5.3. Các xu hướng khác trong sản phẩm dựa trên sinh học
Sinh học kỹ thuật có sức lơi cuốn, một phần nhờ khả năng hoạt động như một công nghệ nền tảng trên một loạt các ngành kinh tế quan trọng bậc nhất. Nhu cầu giảm phát thải cacbon và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch cũng tạo cơ hội cho sinh học kỹ thuật nổi lên như một lĩnh vực dịch vụ và sản xuất: vào năm 2100, hơn 95% hóa chất và polyme có thể cần được lấy từ các nguồn tài nguyên tái tạo. Các ứng dụng cho sinh học kỹ thuật thậm chí cịn tồn tại trong khơng gian: Cơ quan Hàng không và Vũ trụ quốc gia của Hoa Kỳ (NASA) đã hỗ trợ sinh học kỹ thuật để giảm rủi ro liên quan đến khám phá không gian. Trên Trái đất, sinh học kỹ thuật không những được sử dụng để tạo ra các vi khuẩn có khả năng sản sinh các chất dinh dưỡng cho con người, mà vi khuẩn cịn được thao tác để tạo ra các cơng cụ và vật liệu xây dựng nhẹ. Với phạm vi ứng dụng này, sinh học kỹ thuật cần tạo bước nhảy vọt từ một ngành học lấy khoa học làm trung tâm sang một lĩnh vực kỹ thuật kết hợp các mơ hình sản xuất hiện đại.
Sự chuyển dịch từ nhiên liệu sinh học sang các sản phẩm dựa trên sinh học có giá trị cao hơn. Phù hợp với liên kết các mục tiêu phát triển bền vững, những nỗ lực phát triển quy mô thương mại đầu tiên trong sinh học kỹ thuật là tập trung vào sản xuất nhiên liệu sinh học lỏng. Mặc dù có nhiều thành cơng trong nghiên cứu, tuy nhiên các công ty đã không chuẩn bị trước cho nhiệm vụ quan trọng là đưa nhiên liệu sinh học lỏng lên quy mơ đủ để có sự ảnh hưởng đáng kể đến thị trường nhiên liệu hóa thạch. Nhưng hiện nay, các công ty sinh học kỹ thuật “thế hệ thứ hai” đã xuất hiện, nhắm mục tiêu vào các sản
phẩm có giá trị cao hơn, khối lượng sản xuất thấp hơn. Việc thương mại hóa vanillin sinh học tổng hợp là một thành công đáng chú ý gần đây. Vanillin tổng hợp, được sử dụng trong nhiều sản phẩm, được sản xuất từ hóa dầu hoặc có nguồn gốc hóa học từ lignin (bột gỗ). Cơng ty Evolva Thụy Sĩ đã tạo ra một loại men biến đổi gen có thể chuyển đổi đường thành vanillin. Đây là chất phụ gia thực phẩm sinh học tổng hợp quan trọng lần đầu tiên có mặt tại các siêu thị. Những loại khác đang trong quá trình nghiên cứu phát triển. Hương liệu và nước hoa có thể có giá dao động từ 10 USD đến 10.000 USD/kg, nhưng so với nhiên liệu sinh học nó chỉ khoảng 1 USD/kg.
Vật liệu mới: tơ nhện
Ứng dụng của sinh học kỹ thuật đối với việc phát triển các vật liệu mới là một con đường đầy hứa hẹn cho ĐMST. Sợi tơ nhện, vật liệu sinh học bền nhất đã được biết đến là một ví dụ vơ cùng thú vị. Chúng cứng hơn thép nhưng cũng vô cùng linh hoạt và có nhiều ứng dụng. Sợi tơ nhện có trọng lượng nhẹ và hầu như không ảnh hưởng đối với hệ thống miễn dịch của con người, do đó nó dẫn đến “tiềm năng cách mạng” cho nền y học và ngành công nghiệp. Các nhà sinh học kỹ thuật quan tâm đến tơ nhện vì chúng có thể tùy chỉnh được cho các vật liệu và các ứng dụng khác nhau. Một trong số các ứng dụng tiềm năng mới của tơ nhện đó là micro trong máy trợ thính và điện thoại di động. Công ty AMSilk của Đức đã ký một thỏa thuận với Airbus để phát triển vật liệu cấu trúc cho máy bay sử dụng tơ nhện tổng hợp và Adidas đã phát triển một loại giày phân hủy sinh học sử dụng vật liệu này.
Axit adipic
Nhiều sản phẩm có nguồn gốc từ sinh học tổng hợp là các sản phẩm hóa dầu. Việc chuyển đổi sang các giải pháp thay thế dựa trên sinh học là rất khó khăn, một trong những lý do là hiện nay có nhiều loại hóa dầu được sản xuất rất hiệu quả (mặc dù không bền vững, với lượng phát thải khí nhà kính lớn). Một ví dụ là axit adipic, một trong những chất quan trọng nhất trong ngành cơng nghiệp hóa chất hiện đại và là chất trung gian trong sản xuất nylon. Công nghiệp sản xuất axit
adipic dựa vào nguyên liệu là hóa thạch và tạo ra một lượng lớn oxit nitơ, một khí nhà kính mạnh gấp 300 lần so với khí CO2. Sự tổng hợp đầu tiên của axit adipic từ guaiacol, một ngun liệu thơ có nguồn gốc lignin, trong ngành cơng nghệ sinh học vi khuẩn E. coli. Lignin có sẵn với số lượng lớn và có tính hịa hợp với nhiều ứng dụng. Nó thực sự là một sản phẩm từ chất thải, và việc chuyển đổi nó thành axit adipic bằng cách sử dụng sinh học tổng hợp giữ cho nó được lưu thơng, góp phần phát triển cả nền kinh tế sinh học và nền kinh tế tuần hồn.
Hóa học xanh
Hóa học xanh và hóa học tự động là những cơng nghệ có thể hội tụ với sinh học kỹ thuật. Hóa học tự động cũng đang được phát triển nhanh chóng. Nó sử dụng các nguyên tắc tương tự như sinh học kỹ thuật, tức là robot, trí tuệ nhân tạo và máy học.
Một ví dụ tiềm năng về sự hội tụ hóa học/sinh học là graphene, đây là vật liệu dẫn điện tốt hơn đồng và cuối cùng sẽ phổ biến trong các thiết bị điện tử tiêu dùng. Độ dẫn điện và tính linh hoạt của graphene tạo ra cho nó có rất nhiều ứng dụng tiềm năng, từ các thiết bị lưu trữ năng lượng đến chiếu sáng và hiển thị, tấm pin mặt trời, lốp xe, khung xe đạp và các mặt hàng thời trang. Ví dụ: pin graphene có khả năng biến dạng linh hoạt, có thể gập lại hoặc kéo dãn là đặc tính lý tưởng cho các thiết bị điện tử có thể đeo và di động và graphene có thể là vật liệu được lựa chọn cho pin có thể in 3D. Tuy nhiên, giá thành của graphene cho đến nay vẫn cao.
Lưu trữ dữ liệu lâu dài
Đến năm 2040, nếu tất cả dữ liệu được lưu trữ để truy cập tức thời, kho lưu trữ dữ liệu toàn cầu dự kiến sẽ tiêu thụ gấp 10 đến 100 lần nguồn cung silicon vi mạch. Nếu khơng có sự thay đổi triệt để, việc xảy ra sự cố dữ liệu có thể khó tránh khỏi. Tiềm năng lưu trữ của ADN được chứng minh là vượt xa tiềm năng lưu trữ của tất cả các phương tiện khác. Trên thực tế, người ta ước tính rằng tất cả dữ liệu của thế giới có thể được lưu trữ trong một kilogam ADN. Trước đây, việc lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số trong ADN có vẻ xa vời, nhưng cơng nghệ này đã không chỉ cịn là nghiên cứu trong các phịng thí nghiệm
nghiên cứu nữa: các công ty như Twist Bioscience đang nghiêm túc tham gia vào việc lưu trữ ADN cho các mục đích nghiên cứu và thương mại. Mặc dù hiện tại chi phí lưu trữ này rất đắt nhưng nó có thể sẽ giảm xuống khi lượng khách hàng tăng lên.