综述：下游处理如何影响聚羟基脂肪酸酯生产的可持续性和技术经济性

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【字体：大中小】 时间：2025年07月26日 来源：Journal of Cleaner Production 9.8

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　　这篇综述深入探讨了聚羟基脂肪酸酯（PHA）生产中下游处理（DSP）对可持续性和技术经济性的关键影响，系统分析了溶剂提取、机械破碎等方法的优缺点，并指出DSP可占全流程70%的成本与环境负担。文章强调整合生物精炼厂、使用绿色溶剂（如DMC）和废料流可降低50%温室气体排放，为PHA规模化生产提供了优化路径。

摘要

聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为微生物合成的生物可降解聚酯，是化石基塑料的理想替代品。尽管PHA产品如包装材料、杯子和吸管已上市，但全球年产能预计需在2028年达到百万吨级才能满足需求。实现这一目标亟需可持续且经济的生产工艺，而下游处理（DSP）正是核心瓶颈——其成本与环境负担可占全流程70%。本文综述了不同DSP策略对PHA生产的影响，涵盖溶剂提取、机械破碎等方法，并探讨了整合生物精炼厂和废料资源化的创新路径。

1. 引言

PHA因其生物基和可降解特性备受关注，但生产成本高达1–2 € kg^?1，远高于传统塑料。生命周期评估（LCA）显示，DSP的优化对降低环境影响至关重要。例如，使用混合微生物培养（MMC）处理废水可降低成本，但面临产量低（<10 mol% HHx时需高压均质预处理）和产物均一性差的问题。

2. PHA生产的挑战

底物成本、发酵效率和DSP是三大瓶颈。MMC可利用废料流作为碳源，但DSP仍占成本70%以上。典型案例显示，传统氯仿提取的碳足迹为372 kg CO₂ eq. kg^?1，而采用绿色溶剂二甲酯（DMC）可降至213 kg CO₂ eq. kg^?1。

3. DSP选择对可持续性的影响

溶剂法：DMC虽被标榜为绿色替代品，但部分研究指出其能源需求反而增加气候变暖潜力（534 vs. 209 kg CO₂ eq.）。丙酮-水萃取（Thiele等2025a方案）直接处理湿生物质，省去干燥步骤，溶剂效率达38.6 mg PHA g^?1丙酮。
机械法：高压均质化（HPH）实现88–95%收率，纯度>96%，且无需有机溶剂，但依赖高能耗设备。
化学法：硫酸处理（López-Abelairas等2015）成本仅1.11 $ kg^?1，碳排放6.27 kg CO_{2 eq.，优于次氯酸钠（29.46 kg CO_{2 eq.）。}}

4. 生物精炼厂与循环生物经济

整合废水处理与PHA生产可减少25%环境负担。例如，鱼罐头废水回收系统降低50%能耗，而奶酪乳清发酵联产PHA和沼气可实现负碳排放（-50.3 kg CO₂ eq. ton^?1）。

5. 技术经济分析

规模效应显著：年产10千吨的PHA成本可降至2.71 $ kg^?1（Pavan等2019）。工业案例中，巴西PHB Industrial利用甘蔗乙醇副产物（杂醇油）提取PHA，收率95%，但存在分子量下降问题。

6. 从实验室到市场

初创企业如Uluu利用嗜盐菌渗透压裂解简化DSP；TianAn生物材料采用水基提取专利（US7582456B2），避免有机溶剂。

7. 结论与展望

DSP需根据产物规格（医药级或工业级）定制策略。未来方向包括：

开发低能耗机械破碎技术
优化绿色溶剂（如丙酮-水体系）的循环利用
通过生物精炼厂整合实现废热回收与原料闭环

（注：全文数据与结论均引自原文，未添加主观推断）

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