Превратить углерод в МЭГ — фантастика или реальность?

В мае отраслевые медиа по всему миру распространяли молнию: используя принципиально новый способ, биотехнологи американской LanzaTech совместно с учеными из Danone получили моноэтиленгликоль (МЭГ). В России новость, кажется, никто не заметил. Восполняем пробел и рассказываем, почему это изобретение — настоящий прорыв в технологиях создания гликолей.

Ммм… гликоль! Гении из LanzaTech совместно с коллегами из Danone совершили революционное открытие. Что же они придумали?

По данным разработчиков, новая технология преобразует выбросы углерода сталелитейных заводов или газы от отходов растительного происхождения непосредственно в МЭГ. Улавливают углерод запатентованные генно-модифицированные бактерии — именно они превращают выбросы углерода в МЭГ посредством ферментации. Прямое производство этиленгликоля бактериями наладили в лабораторных условиях — получение МЭГ подтвердили две внешние лаборатории.

Глобальный производитель продуктов питания Danone в первую очередь заинтересован в новой технологии. Компания вкладывается в перспективные проекты по уменьшению собственного углеродного следа — в частности, в создание простой экологичной упаковки. Альтернативный МЭГ интересен корпорации как один из двух (наряду с терефталевой кислотой) базовых компонентов полиэтилентерефталата (ПЭТ, термопластик) — основного упаковочного материала для пищевых продуктов и напитков. Открытие биотехнологов LanzaTech позволяет решить эту задачу.

«Мы совершили прорыв в производстве экологически чистого ПЭТ, который обладает огромным потенциалом для снижения общего воздействия на окружающую среду, — говорит Дженнифер Холмгрен, генеральный директор LanzaTech. — Это открытие может оказать значительное влияние на применение материала во многих секторах, включая упаковку и текстиль».

Чтобы получить МЭГ непосредственно из выбросов углерода, в LanzaTech использовали синтетическую биологию и инструменты искусственного интеллекта. Комбинируя и создавая прототипы различных наборов ферментов, разработчик перепрограммировал бактерии, продуцирующие этанол, для фиксации и преобразования углерода в МЭГ.

Новая технология позволяет отказаться от нескольких процессов переработки веществ для получения МЭГ. LanzaTech ожидает, что при успешном масштабировании новый способ позволит производить ПЭТ-бутылки и ПЭТ-волокно с меньшим воздействием на окружающую среду.

В ближайшие месяцы LanzaTech при поддержке Danone продолжит испытания технологии прямого преобразования выбросов углерода в МЭГ.

«Мы работаем с LanzaTech уже много лет и твердо верим в долгосрочную способность этой технологии изменить правила игры в управлении производством экологически чистых упаковочных материалов. Это является ключевым фактором, способствующим ускорению разработки этой многообещающей технологии», — сказал Паскаль Шапон, директор Danone по разработкам передовых технических материалов.

Как LanzaTech шла к открытию: этапы пути и сотрудничество с L’Oréal, Zara и другими брендами

Технологию, полученную LanzaTech совместно с Danone, еще предстоит дорабатывать и апробировать. О деталях применения, экономическом эффекте и потенциале масштабирования пока ничего не известно. Однако уже сейчас очевидно: компания совершила важнейшее открытие. К этому достижению LanzaTech шла почти 20 лет: альтернативные способы производства МЭГ всегда были в фокусе внимания биотехнологической компании из США.

Стартап LanzaTech возник в 2005 году в Новой Зеландии, затем переехал в США. Команда проекта работала над преобразованием веществ специальными (инженерными) бактериями. В 2013 году LanzaTech выиграла грант Министерства энергетики США. Компания получила 4 млн долларов на развитие проекта по преобразованию отработанного метана в другие виды топлива. В 2018 году она запустила установку по улавливанию углерода на металлургическом заводе в Китае. В 2020-м — выделила часть бизнеса в структуру LanzaJet, которая занимается экотехнологиями в сфере авиатоплива.

Последние три-четыре года визитной карточкой LanzaTech была экотехнология производства МЭГ из этанола. Укрупненно она включала следующие этапы:

• Установка, работающая на промпредприятии, ловит выбросы моноксида углерода, который на большинстве производств сжигается и уходит в атмосферу выбросами CO2.
• Пойманный газ загоняется в специальную емкость, где он вступает во взаимодействие с микробами, которые «сбраживают» его в этанол (спирт).
• Этанол (или ланзанол — так LanzaTech называет свой продукт) преобразуют в этилен.
• Из окиси этилена через гидратацию получают МЭГ. Он идет на производство ПЭТ, из которого в свою очередь делают упаковку и ткани.

Гендиректор LanzaTech Дженнифер Холмгрен признавала: подобный экоспособ получения МЭГ более дорогой по сравнению с традиционным, когда первоосновой вещества выступают побочные продукты нефтегазодобычи. Причина — дополнительный технологический процесс: преобразование этанола в этилен. Снизить себестоимость не позволила даже локализация основных процессов на предприятиях Китая и Индии.

Несмотря на высокую цену, экоэтиленгликоли от LanzaTech востребованная продукция, позволяющая ряду брендов создавать конечные продукты. В каждом случае коммерческий эффект достигался не низкой стоимостью, а усилиями маркетологов, продвигающих продукцию со сниженным углеродным следом. В LanzaTech сообщали, что процесс получения МЭГ их способом генерирует на 82 % меньше выбросов углерода, чем традиционные технологии.

Портфель партнерских проектов LanzaTech включает сотрудничество со следующими компаниями:

• L’Oréal. Для нее создали косметическую пластиковую упаковку, которую планируют полностью коммерциализировать к 2025 году.
• Lululemon. Американо-канадский производитель спортивной одежды использовал безуглеродный полиэстер из МЭГ LanzaTech для изготовления брюк для йоги.
• Zara запустила специальную коллекцию одежды Startup LanzaTech x Zara, изготовленной из выбросов углерода.

Разработками LanzaTech по получению этанола из выбросов промпредприятий пользуются или планируют пользоваться Bridgestone, Unilever и австралийская нефтегазовая компания Woodside Energy Group.

Открытая в 2022 году LanzaTech и Danone технология прямого получения МЭГ из углерода делает ненужными сразу несколько важных и дорогостоящих промежуточных процессов. По словам главы LanzaTech Дженнифер Холмгрен, стоимость такого МЭГ уже является конкурентоспособной.

Курс на декарбонизацию и улавливание СО2: роль экогликолей от LanzaTech

Успех LanzaTech не оторван от мировых трендов в биотехнологиях. Бурное развитие последних ежегодно приносит многообещающие для науки и производственных индустрий сюрпризы. Так, в начале этого года ученые Северо-Западного университета из Иллинойса (США) сообщили о том, что научили генетически модифицированные бактерии перерабатывать углекислый газ в ацетон и изопропанол — сырье для производства повседневных товаров.

Важно, что биотехнологии способны если не решить, то способствовать решению глобальной задачи человечества — радикально сократить выбросы СО2 к 2050 году. Большие производственные компании декларируют приверженность принципам углеродной нейтральности, однако пока не могут работать без выделения углерода. Все более актуальной темой становится развитие систем улавливания выбросов газов с предприятий.

Уже десятки производственных объектов в мире оснащены технологией CCS (от англ. carbon capture and storage technology — захват углерода и его хранение). У CCS огромный потенциал использования на электростанциях и металлургических заводах, в нефтехимии — самых «грязных» в плане углеродных выбросов объектов.

СО2 перерабатывают в углеродно-нейтральное синтетическое топливо либо используют там, где он уже применяется, — в медицине, химической и пищевой индустриях. Нефтяники используют углекислый газ для закачки в месторождения, чтобы повысить нефтеотдачу пластов. Консалтинговая компания McKinsey прогнозирует рост переработки углекислого газа к 2030 году с нынешних 50 млн тонн до 0,5 гигатонны в год.

В России интерес к CCS-проектам проявляют «Газпром нефть», ЛУКОЙЛ и «Роснефть». В стране уже запускают небольшие заводы по переработке СО2: в 2022 году под Нижним Новгородом открыли производство пищевой углекислоты и сухого льда из дымогарного газа промпредприятий.

МЭГ, полученный по технологии-2022 от LanzaTech, может стать еще одним продуктом переработки выбросов углерода. Распространение конкурентоспособной новой технологии гипотетически будет иметь и другие последствия:

• Сырьевая база для МЭГ расширится за счет углерода (сейчас это этилен).
• На Западе в рамках зеленой повестки покупатели переориентируются на поставщиков экогликолей.
• Откроется окно возможностей для получения новых веществ и материалов с использованием МЭГ за счет перепрограммирования инженерных бактерий.

Впрочем, для корректной оценки всех последствий изобретения LanzaTech, его влияния на сферу производства и потребления гликолей, а также на смежные индустрии пока объективно не хватает информации. Надеемся, что в скором времени разработчики сообщат новые подробности о проекте.

Резюме

• Американская биотехнологическая компания LanzaTech создала новый способ получения МЭГ: инженерные бактерии вырабатывают его из углерода, «пойманного» на промышленных предприятиях.
• Интерес глобальных компаний к использованию экологичного МЭГ чрезвычайно велик. LanzaTech до 2022 года успешно продвигала более сложный и дорогой способ получения «зеленого» МЭГ из этанола.
• Технология прямого получения МЭГ из газа конкурентоспособна по цене с традиционными способами производства продукта. Ее очевидное маркетинговое преимущество — сокращенный углеродный след.
• Масштабирование технологии может удачно совпасть с развитием практики улавливания и переработки СО2 на «грязных» производствах.