继不久前PHA主要厂商蓝晶微生物宣布完成8亿元B3轮融资，拟建2.5万吨/年的超级工厂后，2022年1月17日，北京微构工场生物技术有限公司（以下简称“微构工场”）宣布完成2.5亿人民币的A轮融资。

该笔投资由中国国有企业混合所有制改革基金有限公司（简称“混改基金”）领投，国中资本、GRC SinoGreen Fund（富华资本）、众海投资和顺义区国有投资平台临空兴融跟投，老股东红杉中国及SEE FUND（无限基金）继续追加投资。本轮融资结束后，微构工场在成立未满1年的时间内，顺利完成天使轮及A轮融资，累计融资3亿元人民币。

A轮融资完成，微构工场将在北京市顺义区全面建设新一代生物可降解材料PHA国际研发总部，完成千吨智能示范线高效投产，同步在全国启动寻找年产万吨PHA及高值化合物绿色智能制造基地。

PHA材料为什么能获得资本青睐，在下游应用领域有哪些潜力，国际竞争格局（第四部分）如何？本文将带你一一分析。

目标市场庞大，占比将大大提升

目前，PHA的产业化品种已有4代：第一代产品的典型代表为聚3-羟基丁酸酯（PHB），该材料脆性大，很难大规模应用。为改善加工性能而研发了第二代产品PHB和聚羟基戊酸酯（PHV）的共聚物——聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV）、第三代产品聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯）（PHBHHx）以及第四代产品聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）（P34HB）。

截至目前，人们已经开发了 9 种不同的 PHA 材料品类，它们分别具有不同的特性，因此可以覆盖耐用型、结构型和一次性用品等一系列广泛应用。由于在所有环境（堆肥、土壤、水）中的生物降解性能均与纤维素（即纸张）相当或更快，所以PHA材料可部分替代任何传统的化石基聚合物品类，目标市场非常大。

据欧洲生物塑料协会数据统计显示，2020年PHA在全球生物塑料产能中占比不超过2%，而到2025年PHA生物塑料占比将上涨至11.5%，与PBAT、PLA的使用量相接近。

2025年前规划产能多达近40万吨/年

据统计，全球范围内PHA主要的生产企业包括德国Biomers、日本Kaneka、美国Danimer、新加坡RWDC、美国Newlight和我国的宁波天安生物材料、蓝晶微生物、珠海麦得发生物科技、微构工场等。“十四五”期间，国内规划的PHA产能多达40万吨。

1.微生物的“脂肪颗粒”，优异的碳减排能力

聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoate，简称PHA）是一类由微生物合成的高分子聚酯的统称，它在自然界大量存在，是细菌在生长条件不平衡时的产物，其生理功能首先是作为细菌体内的碳源和能量的储存物质，类似于植物的淀粉，被称为微生物的“脂肪颗粒”。

1925年，一位名叫Lemoigne的法国人，首次在巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）中发现了一种后来被命名为聚3-羟基丁酸（缩写为PHB，为PHA家族中的一员）的天然高分子。

目前PHA生产存在生物制造和化学制造两条路线，但无论是国际上还是我国国内，生物制造都是主流，化学制造PHA相对少见。其中美国Novomer公司主推化学合成PHA（去年被Danmier收购），通过生物质发酵生产二氧化碳和乙醇，经由电化学作用合成PHA。国内也有相关研究发现：PHA化学合成创新！浙大课题组最新研究

PHA降解材料是可再生资源，具有其他石油基材料并不具备的可持续发展特性。对比市面上常见的生物塑料，PHA的碳中和指数为100%，PLA70%，PBAT30%，在环境影响上也具有更大优势。

另外，PHA优良的降解性能和相容性也是它的特殊之处。PHA在堆肥、土壤、海水等几乎所有环境中都可以被微生物分解，且与人体也具有良好的相容性，对人体无毒，无刺激特性，在医用材料领域具有巨大的应用前景。

2.特种嗜盐菌株，开放、连续培养不染菌

在PHA产业化方案中，成本控制一直是一个核心难点。微构工场在合成生物技术平台的助力下，通过对嗜盐生产菌株进行全方位的重新设计和构建，开创了一整套全新的PHA生产技术，称为“下一代工业生物技术”。

独特的“新方案”中突显三大核心技术优势：“开放、连续培养不染菌”发酵技术、可控形态学工程“自凝絮和自沉降”以及发酵废水的多次回用下游关键技术。嗜盐生产菌的合成生物学改造产生了多种PHA的结构，带来多种不同的材料性能和应用场景。

“ 染菌”，是指除了生产菌外的杂菌在培养液中进行生长代谢，它不仅与生产菌竞争生存资源，还会严重影响目标产物的产量，给发酵过程带来极大的经济损失。因此，在发酵流程中需要利用高温高压蒸气对整个发酵设备进行彻底灭菌，是发酵工程中的能耗大户。

而开放培养不染菌，则可以在不影响正常生产的情况下去规避这一成本。值得一提的是，该技术是全球目前唯一一个制造过程开放、连续和不染菌的技术。

在生产过程中，微构工场的技术能做到“开放培养不染菌”，其关键在于生产 PHA 的独有的盐单胞菌菌株。通常情况下，细菌喜欢在渗透压适当、酸性或者弱酸性的环境下生长，而微构工场的嗜盐生产菌株则与众不同，它耐高渗、耐高碱，同时还能够实现快速生长，这些特性都是基于全球领先的盐单胞菌合成生物学技术改良而成的。

清华大学和微构工场研究人员对该菌株进行了多种工程化改造，使其对渗透压变化的适应能力更强、生长速度更快，其它微生物通常很难竞争，保证了过程的开放但纯菌种生长过程。

此外，在发酵过程中，分离和纯化是生产成本的重要组成部分。细菌与细菌之间会通过静电排斥而各自稳定地悬浮在液体中，不会凝絮到一起。清华大学的研究人员通过采用“敲除电荷蛋白基因”的专有技术，使得改造后的菌种不再带电，不会相互排斥，能够凝絮到一起。这样的技术实现了下游产物自动分离和纯化，大大简化了生产流程。

3.PHA的良好应用前景

目前，微构工场拥有由学界、商界和产业界所组成的专业团队，核心成员在其各自领域均有着丰富经验。申请和获得专利70多项。

一方面，公司与清华大学继续紧密合作，同时利用自身的产业化技术优势进行多条不同产品管线的推进、扩展与优化；另一方面，公司将对已经成熟的PHA新型产品（PHA三聚物P34HBHV）进行规模化放大生产，并逐步推进研发的多个PHA家族产品的生产。

PHA 具有优良的热塑加工性、生物相容性和生物可降解性，对水蒸气和空气中大多数气体的阻隔性能类似于PET，被认为在高端医用材料、中端包装材料与低端快递、一次性用品领域有着巨大的应用前景。

但是PHA也存在疏水性强、热稳定性差、加工窗口窄、脆性大、后结晶严重等缺陷，需要与其他生物基可降解高分子如聚乳酸 (PLA)、透明质酸 (HA)、壳聚糖 (CS)等进行共混，可有效改善其疏水性、热稳定性、结晶性能等问题，从而满足更多领域的需求。

4.限塑令推动可降解塑料高速发展

由传统石油基塑料造成的白色污染，是近年来全世界最为关注的环境问题之一。

此前，国家发展改革委、生态环境部于2020年1月公布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，禁止生产和销售厚度小于0.025毫米的超薄塑料购物袋、厚度小于0.01毫米的聚乙烯农用地膜。禁止以医疗废物为原料制造塑料制品。全面禁止废塑料进口。到2020年底，禁止生产和销售一次性发泡塑料餐具、一次性塑料棉签；禁止生产含塑料微珠的日化产品。到2022年底，禁止销售含塑料微珠的日化产品。这被称为“新版限塑令”。

之后在2020年7月，发改委等九部委重磅联合印发《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》，明确提出自 2021 年 1 月 1 日起，将禁用不可降解塑料袋、塑料餐具及一次性塑料吸管等，同时在具体领域也相继推出了《农用薄膜管理办法》《关于进一步加强商务领域塑料污染治理工作的通知》等细分行业的对应办法。

“可降解塑料前期一直发展很慢，主要原因就是生产成本较高，推行政策不够强力，但随着2018年起中国禁止进口洋垃圾，行业趋势发生了明显变化。过去海外发达国家虽然产生了大量的塑料废物，但是通过出口到中国等地区，就以很小的现金成本解决了巨大的外部成本；而中国则承担了额外的外部成本，且负担越来越沉重。为了解决比较严重的废物问题中国就开始禁止进口洋垃圾，这使得发达国家的处理成本突然大幅提升，所以可以看到2018年开始欧洲国家陆续推出针对塑料的强制政策，国内政策也开始越来越严格，因此我们认为可降解塑料已经进入了行业爆发期。”倪吉认为。

“国内规划到2025年分三步逐渐扩大对普通一次性塑料制品的生产使用限制，这将带来千万吨级的可降解替代空间。”他说。

记者注意到，随着近两年政策的密集落地，可降解塑料的市场空间豁然打开，各企业扩张上产热情高涨，纷纷宣布扩产或新建产能计划。

以PBAT为例，2021年初时国内PBAT产能68.7万吨，规划产能463.3万吨。截至三季度，宣布布局PBAT的公司共71家，含远期规划在内的PBAT现有+在建+规划产能已暴涨至1886.1万吨。PLA方面从产能建设计划推算，2021-2022 年将新增56万吨产能，加上远期大量的聚乳酸产能规划，截止10月22日，PLA现有+在建+规划产能已增至451.6万/年。而如今，PHA也找到了大幅降低成本的大规模生产方法。“长期来看，PHA/PLA/PBAT会长期共存，相互补充，但随着PHA生产规模逐步扩大，成本大幅降低之后，未来预期市场会远超PLA和PBAT。”李腾认为。

医用材料

PHA 是存在于微生物细胞内的天然聚酯，与人体具有良好的相容性，在医疗领域的优势是其无需通过二次手术取出。例如 PHB 可完全降解成属于人体血液中正常成分的 3HB，不会引起排斥或产生毒性。2007 年，以 P4HB 为原料的可吸收缝合线(TephaFLEX®) 获美国 FDA 批准上市，成为首个商品化的 PHA 医疗产品。

我国宁波天安以及微构工场的兄弟公司——珠海麦德发，其PHA材料就主要定位于高端医用材料。目前，PHA 已被用于组织工程、植入材料、药物缓释、医疗保健等多个领域的研究。

纺织纤维

将PLA与PHA进行共混能够显著改善纤维的耐热性、抗菌防螨等特性，南京禾素将PLA/PHA的共混纤维命名为禾素，用于抗菌婴童面料、抗菌牛仔面料、 抗菌无纺布等产品的生产。

检测显示，禾素纤维对金黄色葡萄球菌、肺炎杆菌、宝色念珠菌的抗菌率都超过99.99%、对耐药性金黄色葡萄球菌的抗菌率超过99.97%；对H1N1和H3N2病毒的灭活率也超过99.99%，灭活指数大于4.0。

包装材料

因为PHA有良好的复合性，PHA可以与其他材料复合使用，比如PHA可以与纸张复合，制造具有特殊性能的包装纸，还能与铁铝锡等金属材料复合，也能与粉煤灰复合进而改善PHA的热性能和韧性。可以用于婴儿使用的一次性尿布，或者一些液体的防漏包装、包装金属的收缩性薄膜。

4.PHA材料竞争格局讨论

随着碳中和概念及禁塑令的提出，PHA材料的入局者开始增多。既有老牌厂商日本钟化、也有PHA新星美国Danimer、韩国CJ集团，我国的中粮集团等大企业。

目前，限制PHA广泛应用的主要因素在成本高，5~6万元/吨，相较于PLA等降解材料不具价格优势。同时尽管涉足厂家多，但当前总体产能仍然较低，在供应上与其他生物基/降解材料难以竞争。简化原材料的生产工艺，降低生产成本是推广PHA材料应用的首要因素。

原料方面，我国PHA生物发酵的原料以糖类物质居多，来源主要是玉米等粮食作物。国外PHA制造公司，因油料资源丰富，多使用大豆油、棕榈油等植物油。此外，如 Newight Technologies 公司创造性地使用海底中的甲烷做原料，有利于碳的减排。微构工场、蓝晶微生物等公司还在积极探索厨余垃圾用作发酵原料的可能性。总的来说，原料来源的非粮食化是一大趋势。

Newight公司在2013年，首次大规模尝试利用海洋中的微生物合成PHB，先后获得了相关发明奖项。随后Newight将其PHB产品命名为AirCarbon，意寓“减碳”。

PHA材料品种和结构的多样化，为其在通用塑料、纤维领域和医用材料的应用提供了无限的可能。为了适应更广泛的应用需求，需要和其他生物降解材料进行共混改性。国际上，美国Danimer与道达尔签订了PLA的供应协议，专门生产PLA/PHA的改性料。

在下游应用领域，Danimer与百事、保洁等消费品公司签订了合作协议，共同探索PHA材料在消费品包装领域的应用前景。 看中PHA材料的负碳性，耐克公司选择与Newight Technologies 展开合作，谋求PHA在鞋材等领域的应用前景。除此之外，另有研究者将PHA材料用于汽车领域。

2021年国内PHA项目盘点

11月23日，总部位于新加坡的生物技术初创公司RWDC工业有限公司宣布完成9510万美元的B2轮融资，该轮融资将用于扩大其位于美国佐治亚州雅典工厂的PHA生产能力至5万吨，这将有助于世界各大快消品牌可以加速采用可持续的包装。

8月12日，中粮生化能源（榆树）有限公司PHA项目在长春五棵树经济开发区举行开工仪式。据此前中粮生化能源公布的环评报告，该项目为中粮生化能源（榆树）有限公司 1000 吨/年 PHA 中试装置建设和工艺优化项目（一期），装置规模为200 吨/年，二期项目规模为 800吨/年，将另做环评。中试项目天数为200天，分200批次生产，每批次产1吨，共计200吨规模。

6月，微构工场完成200吨发酵罐的PHA开放生产，并在7月利用得到的PHA成功制成纤维纺。7月26日，微构工场宣布完成近5000万元天使轮融资，由红杉中国种子基金领投，无限基金SEE Fund等跟投。此次融资将用于合成生物学研发中心和千吨PHA示范线的建设。

6月10日，珠海麦得发生物科技股份有限公司与广东五洲药业有限公司网站发布“广东荷风生物科技有限公司年产1000吨聚羟基脂肪酸酯（PHA）建设项目环境影响评价公众参与首次公示”信息。

4月7日，北京蓝晶微生物科技有限公司成立子公司江苏蓝素生物材料有限公司。并于今年5月发布“江苏蓝素生物材料有限公司年产2.5万吨生物降解新材料聚羟基脂肪酸酯（PHA）产业化项目”。

当前，限制PHA发展的主要因素为其市场价格（5万~6万元/吨）高出其他主流生物降解材料2万~4万元/吨。不过，未来随着PHA生产规模的上升和更多项目成果的实现，其材料成本将持续下降，价格优势将逐渐显现，从而促进应用市场开拓，形成良性循环。PHA必将成为一种成本可被市场接受的多应用领域生物材料，成为可降解材料未来的主要发展方向之一。

可以预见，随着大量资本的入局，PHA产能的进一步提升，在原料价格方面无后顾之忧以后，PHA将在未来几年真正迎来它的大爆发！

本文来源：TK生物基材料，·华夏时报，中国化工信息周刊