Công nghệ sinh học trắng

Chia sẻ

Phát triển công nghệ sinh học trắng là một trong những nhánh quan trọng của công nghệ sinh học – một trong những trụ cột phát triển kinh tế thế hệ mới của nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Công nghệ sinh học trắng tập trung vào việc sản xuất và chế biến các vật liệu, hóa chất, năng lượng, từ việc sử dụng các tế bào sống (Glaser 2005; Lorenz and Zinke 2005; Ribeiro, Coelho and Castro 2015), như là các tế bào sống từ cây cối, các loại nấm, vi khuẩn, men, enzym được sử dụng để tổng hợp ra các sản phẩm có thể phân huỷ, tiêu tốn ít năng lượng và rác thải trong quá trình sản xuất (Giovanni Frazzetto, 2003). Trong những thập niên vừa qua, enzym vi khuẩn được sử dụng như một thành phần quan trọng trong chế biến thực phẩm, đồ uống để tạo ra các sản phẩm với những đặc tính/mùi/vị đặc trưng, ví dụ sản xuất bia, làm mắm, muối rau củ, làm bánh mỳ, làm sữa chua, chiết xuất dầu ăn từ hạt cọ, hạt hướng dương,… Việc sử dụng công nghệ sinh học trắng trong ngành công nghiệp sản xuất chế biến mang lại nhiều lợi ích, nó giúp cắt giảm sử dụng nguyên liệu hoá thạch, tăng tính hiệu quả trong sử dụng nguyên liệu đầu vào, giảm phát thải ra môi trường, đóng góp hiệu quả cho việc chuyển đổi sang sản xuất xanh phục vụ phát triển xanh. Với những lợi ích nêu trên, công nghệ sinh học trắng được ứng dụng ngày một nhiều trong sản xuất hàng hóa, chế biến sản phẩm. Theo McKinsey and Company, nguyên liệu từ công nghệ sinh học trắng sẽ gia tăng đóng góp vào thị phần nguyên liệu hóa chất từ năm 2010 với khoảng 20% đến 2050 với khoảng trên 70%[1].

Công nghệ sinh học trắng được ứng dụng ngày một nhiều trong sản xuất, chế biển sản phẩm. Nguồn ảnh: https://industryglobalnews24.com/white-biotechnology-market

Công nghệ sinh học trắng được sử dụng không chỉ trong ngành công nghiệp chế biến, mà còn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác, như là điều chế và sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm chức năng, sản xuất khí ethanol… Ví dụ, tại Ludwigshafen (Đức), hàng năm trên 1.000 tấn vitamin B2 được sản xuất từ việc sử dụng chất xúc tác là nấm Ashbya gosypii, ứng dụng này đã giúp cắt giảm 40% ảnh hưởng lên môi trường và chi phí[2]. Nhiều nước phát triển trên thế giới đang đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu và phát triển để tìm kiếm những nguồn thay thế nguyên liệu/nhiên liệu, sản xuất năng lượng từ các nguồn tái tạo. Tại một số quốc gia, xăng ethanol – sản phẩm được làm ra với ứng dụng công nghệ sinh học trắng đã được sử dụng như một thương phẩm nhiên liệu chạy xe thay thế cho xăng thông thường. Tại Hoa Kỳ, 10% tổng số động cơ chạy bằng nhiên liệu đã được pha chế với 90% xăng và 10% ethanol; tại Brazil, một số động cơ được sản xuất ra thị trường sử dụng ethanol[3]. Trong giai đoạn dịch bệnh COVID-19, thị trường công nghệ sinh học trắng phát triển mạnh. Nhu cầu của việc nghiên cứu, thử nghiệm, phát triển vaccine, các thuốc kháng sinh, các bộ kit xét nghiệm nhanh tăng mạnh, thu hút sự quan tâm, đầu tư của các chính phủ và các công ty dược phẩm lớn. Năm 2020, thị trường công nghệ sinh học trắng ước đạt trên 300 tỷ USD và được dự đoán đạt mức trên 500 tỷ USD vào năm 2027[4].

Thị trường công nghệ sinh học trắng trên thế giới năm 2020. Nguồn: Mordor Intelligence[5]

Trên thế giới, các nước ở Bắc Mỹ và Bắc Âu chiếm thị phần lớn về công nghệ sinh học trắng. Trong đó, Hoa Kỳ là một trong những quốc gia đi đầu. Cụ thể, công ty Dupont (Hoa Kỳ) lập kế hoạch để chuyển đổi sản xuất từ việc dựa vào nguồn xăng dầu truyền thống sang sản xuất dựa vào các nguồn năng lượng tái tạo; Công ty Cargill Dow (Hoa Kỳ) phát triển một loại màng lọc sinh học được chế xuất từ việc lên mem đường ngô để có thể được sử dụng trong sản xuất một số mặt hàng may mặc, nội thất văn phòng[6]. Trong nghiên cứu ứng dụng sản xuất ethanol, trong một phát biểu của Thủ tướng Hoa Kỳ vào năm 2006, chính phủ Hoa Kỳ đã đầu tư cho nghiên cứu bổ sung về những giải pháp đi đầu trong sản xuất ethanol, với mục tiêu có thể thay thế việc nhập khẩu dầu thô bằng sản xuất ethanol sinh học. Nói cách khác, ethanol sinh học (từ phương pháp lên mem một số cây trồng, lên mem tinh bột) là một trong những giải pháp của Hoa Kỳ để tăng cường tính chủ động trong cung ứng nhiên liệu, và đảm bảo việc dự trữ năng lượng quốc gia. Theo số liệu của Hiệp hội nhiên liệu sinh học Vương quốc Anh, Hoa Kỳ là quốc gia đi đầu trong sản xuất ethanol sinh học với khối lượng 40 tỷ lít với nguyên liệu chính là từ ngô và mì, Brazil đứng thứ hai với 25 tỷ lít với nguyên liệu chính là mía, Trung Quốc đứng thứ ba với 3 tỷ lít với nguyên liệu chính là ngô, sắn, gạo[7].

Bản đồ sản xuất ethanol sinh học theo khu vực. Nguồn: http://biofuel.org.uk/major-producers-by-region.html

Công nghệ sinh học trắng cũng được nhiều quốc gia ứng dụng trong sản xuất điện năng. Hoa Kỳ là một trong những quốc gia đi đầu trong sản xuất điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có biomass. Theo EIA, sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo của Hoa Kỳ tăng mạnh từ 101 tỷ KW (1950) lên 356 tỷ KW (2000) và 792 tỷ KW (2020) năm 2020, trong khi sản xuất điện từ than đá, xăng dầu có xu hướng giảm. Cũng theo EIA, sản xuất điện từ các nguồn tái tạo chiếm 20% tổng sản lượng điện của Hoa Kỳ; và trong các nguồn năng lượng tái tạo đó, sản xuất điện từ biomass[8] chiếm 1.4%.

Sản xuất điện tại Hoa Kỳ từ các nguồn: xăng dầu, năng lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân, khí gas, than đá trong giai đoạn 1950-2020. Nguồn: EIA[9].

Thủy điện, biomass, nhiệt điện, điện gió, điện mặt trời 2020. Nguồn: EIA[10].

Ở châu Á, là một trong những nước công nghiệp rất phát triển trong lĩnh vực khoa học công nghệ, Nhật Bản ưu tiên phát triển công nghệ sinh học. Trong năm 2019, chính phủ Nhật Bản ban hành Chiến lược Công nghệ sinh học, trong đó có mục tiêu đến năm 2030 sẽ hiện thực hóa nền kinh tế tiên tiến cấp toàn cầu trên nền tảng phát triển công nghệ sinh học, trong đó có phát triển sinh học tổng hợp[11]; và nỗ lực triển khai đồng bộ các giải pháp về hạ tầng, con người, nghiên cứu… để thực hiện mục tiêu nêu trên. Không chỉ Nhật Bản, nhiều nước trong khu vực châu Á chú trọng đẩy mạnh ngành công nghiệp công nghệ sinh học như là một trong những hướng đi quan trọng để phát triển kinh tế bền vững.

Samsung Biologics tại Khu kinh tế tự do Songdo của Incheon (Hàn Quốc).

Nguồn ảnh: https://www.pharmaceutical-technology.com/projects/samsung-biologics-p4-super-plant/

Hàn Quốc triển khai nhiều giải pháp để thực hiện mục tiêu trở thành một trung tâm công nghệ sinh học trên thế giới, một trong đó là hỗ trợ tài chính cho các startup và công ty mạo hiểm trong ngành công nghiệp công nghệ sinh học (có công nghệ sinh học trắng), dỡ bỏ một số quy định đối với hàng hóa công nghệ cao (bao gồm hàng hóa được sản xuất trong ngành công nghệ sinh học)[12]. Phát triển công nghệ sinh học nói chung, công nghệ sinh học trắng nói riêng là một trong những hướng đi của Hàn Quốc trong triển khai nỗ lực thúc đẩy kinh tế quốc gia. Cụ thể, với Chương trình Phát triển công nghệ sinh học, Chính phủ Hàn Quốc đã ban hành “Công nghệ sinh học 2020” để làm cơ sở cho phát triển công nghệ sinh học, và tài trợ cho các hoạt động nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học[13] tại quốc gia này. Không chỉ vậy, sự tham gia, kết hợp chặt chẽ giữa chính phủ, doanh nghiệp, giới nghiên cứu của Hàn Quốc đã góp phần thúc đẩy hiệu quả hoạt động nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trắng trong sản xuất, chế biến công nghiệp. Tại khu kinh tế tự do Songdo của thành phố Incheon (Hàn Quốc), nhà máy sản xuất sinh học Samsung được bắt đầu khởi công xây dựng năm 2011 và đi vào hoạt động năm 2015, với vốn đầu tư $30 triệu, nằm trên diện tích 69.000m2[14], hạ tầng hiện đại, đầy đủ (bao gồm khu vực nghiên cứu và phát triển và các khu chức năng chuyên biệt cho sản xuất sinh học). Năm 2015 và 2018, nhà máy sản xuất sinh học Samsung được mở rộng trong khu kinh tế tự do Songdo (Incheon, Hàn Quốc). Thực tế đó cho thấy phần nào tốc độ phát triển của lĩnh vực công nghệ sinh học trắng tại Hàn Quốc.

Tại Việt Nam, ứng dụng công nghệ sinh học trắng được triển khai trong sản xuất bột giấy, giấy, chế biến ván gỗ nhân tạo. Nhiều chế phẩm sinh học được ứng dụng trong loại bỏ nhựa trong bột giấy, xơ sợi, giúp tăng chất lượng sản phẩm, giải chi phí đầu vào và xử lý rác thải, tăng hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất sản phẩm. Hay việc ứng dụng nấm mục trắng để xử lý sản xuất bột giấy sinh học, sử dụng enzyme trong nấm mục cho chế biến ván gỗ nhân tạo không cần sử dụng keo dán gỗ hóa học[15]./.

[1] https://www.asiabiotech.com/10/1010/0559_0563.pdf

[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1326365/

[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1326365/

[4] https://www.globenewswire.com/news-release/2021/03/05/2187948/0/en/Global-White-Biotechnology-Market-to-Reach-581-Billion-by-2027.html

[5] https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/white-biotech-market

[6] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1326365/

[7] http://biofuel.org.uk/major-producers-by-region.html

[8] Sản xuất điện từ sử dụng vận liệu từ cây trồng, rác thải hữu cơ.

[9] https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/electricity-in-the-us.php

[10] https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/electricity-in-the-us.php

[11] https://www.meti.go.jp/english/press/2021/pdf/0202_001a.pdf

[12] https://www.euromonitor.com/article/leading-innovators-south-korea-becomes-next-stop-biotechnology