利用Halomonas sp.菌株实现生物塑料的可持续生产：通过最小化废弃物生成的循环经济策略

本研究针对生物聚合物生产过程中残留生物质浪费问题，提出了一种创新解决方案。研究人员通过Halomonas sp.菌株生产聚羟基丁酸酯(PHB)，并采用CO2 催化热解技术将48 wt%的残留生物质转化为合成气，使产气量提升2.6倍至148.5 mmol，实现了生物塑料生产过程的零废弃闭环，为可持续生物经济提供了关键技术支撑。

　　

塑料污染已成为21世纪最严峻的环境挑战之一。自20世纪50年代以来，全球塑料产量以每年9%的速度增长，年产量已达3.6亿吨。传统石油基塑料难以降解的特性导致其在环境中持续积累，而回收利用又面临经济可行性低的困境。在此背景下，生物可降解塑料——特别是微生物合成的聚羟基烷酸酯(PHA)家族，被视为最具潜力的替代方案。其中聚羟基丁酸酯(PHB)因其与聚丙烯相似的机械性能备受关注，但传统PHB生产工艺存在两个关键瓶颈：一是微生物培养需要精确控制营养条件，二是提取PHB后残留的大量生物质(占培养物48 wt%)常被作为废弃物处理。

针对这一双重挑战，韩国原子能研究所等机构的研究团队开发了一套创新解决方案。他们利用从废弃盐田沉积物中分离的Halomonas sp. YJPS3-3菌株，通过γ射线诱变获得耐盐性提升至20% NaCl的突变株halo6，使其PHB产量达到细胞干重的52 wt%。更突破性的是，研究人员设计了CO₂
催化热解系统处理残留生物质，将传统视为废弃物的材料转化为高附加值合成气。该研究成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为生物塑料的可持续生产提供了闭环解决方案。

关键技术方法包括：1) 采用⁶⁰
Co-γ射线(1.5 kGy剂量)诱变获得耐盐突变株；2) 在含1% NaCl培养基中培养Halomonas sp. halo6生产PHB；3) 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)表征PHB；4) 建立双反应器催化热解系统，对比N₂
和CO₂
气氛下的热解效果；5) 采用镍基催化剂床强化CO₂
参与的热化学转化。

【细菌培养】
通过γ射线诱变获得能在20% NaCl浓度下生长的halo6突变株，该菌株在1% NaCl培养基中表现出最优PHB积累能力。相比原始菌株15%的耐盐极限，突变株的适应性扩展为工业化生产提供了更灵活的操作窗口。

【PHA生产】
halo6菌株在优化条件下实现52 wt%的PHB产率，经氯仿提取后获得高纯度PHB。FT-IR分析显示产物具有典型酯羰基特征峰(1720 cm^-1
)，TGA证实其热稳定性与商业PHB相当。值得注意的是，每生产1吨PHB就会伴随产生0.92吨残留生物质，这些富含蛋白质的废弃物成为后续热解处理的原料。

【热解转化】
常规N₂
热解产生的合成气(H₂
+CO)为56.8 mmol，而CO₂
气氛虽能促进挥发性物质裂解，但气化效率未显著提升(58.3 mmol)。引入镍基催化剂后，CO₂
-催化热解产生148.5 mmol合成气，较N₂
条件提高2.6倍。质量平衡分析显示，80 wt%残留生物质转化为合成气，剩余产物为生物油(12 wt%)和焦炭(8 wt%)。

这项研究构建了从微生物培养到废弃物资源化的完整技术链条。通过Halomonas sp. halo6的高效PHB生产和CO₂
-催化热解的组合，不仅解决了生物塑料生产中的盐度限制问题，更实现了生产过程的近零废弃。特别值得注意的是，CO₂
在催化热解中发挥了双重作用：既作为反应介质促进气化，又被还原为CO参与合成气组成，这为温室气体资源化提供了新思路。该技术的推广有望使生物塑料生产从传统的线性模式转变为符合循环生物经济理念的闭环系统，对实现塑料行业的可持续发展具有重要示范意义。