科学研究 - 利用微生物从二氧化碳中生产塑料原料，为“脱碳”做贡献

利用微生物从废气中生产塑料——广岛大学加藤淳也特任助教和中岛田丰教授等人与产业技术综合研究所合作，共同开发了利用微生物从氢和二氧化碳（CO2）或者一氧化碳（CO）合成化学物质“丙酮”的方法。丙酮被广泛用作塑料的原料和有机溶剂。预计该方法有助于达成日本政府提出的2050年之前实现温室气体净零排放的目标。

利用微生物从合成气体中制造丙酮（图片由广岛大学中岛田丰教授提供）

近年来，利用微生物从二氧化碳等气体中生成其他有用物质的发酵技术备受关注。这种技术的优点是可以把温室效应气体转化为其他化学物质。如果能通过其他方式生产原本需要利用化石资源制造的化学物质，则将减少使用化石资源，从而有助于抑制温室气体排放。

研究团队此次发现了通过二氧化碳或者一氧化碳合成丙酮的微生物。丙酮是家电产品和汽车部件等使用的聚丙烯的原料，是工业用途不可或缺的物质，现在主要依靠石油制造。如果不使用石油就能制造丙酮，将有助于实现塑料生产的脱碳化。

研究团队着眼于可以生产乙酸的微生物“热乙酸穆尔氏菌”。这种微生物能以氢为能源，利用二氧化碳或者一氧化碳生产乙酸。通过修改这种微生物的基因，还可以生产丙酮。

研究团队去除了微生物用来生成乙酸的两条代谢途径之一的基因，然后导入了其他基因，这样可以利用在生成乙酸的过程中所产生的物质生成丙酮，并由此抑制乙酸的生成并合成丙酮。

10克新开发的微生物每小时可以制造1克丙酮。据估算，使用一吨二氧化碳和121公斤氢一天最多可以生产约400公斤丙酮。中岛田教授表示：“建立起量产体制的话，有望以与石油相同的成本合成丙酮”。

燃烧废塑料等时产生的“混合气体”中含有一氧化碳和氢等。新开发的微生物还能利用这种混合气体生产丙酮，减少处理废弃物时产生的废气。

新开发的微生物可以在55～65摄氏度的温度下培养。通过使温度高于丙酮的沸点56度，丙酮在生成的同时会立即变成气体，便于轻松回收，无需进行分离和纯化等。预计还能通过丙酮的连续生产降低成本。

今后研究团队打算改良导入的基因，进一步提高丙酮的制造效率。新开发的微生物接触到氧气后会死亡。如果能利用基因导入技术在工厂中轻松处理微生物，将有助于建立量产体制。未来计划与企业合作推进实用化研发。

中岛田教授的目标是2030年实现实用化。他强调说：“这是在未来石油资源枯竭时维持现在的生活水平所必须的技术”。

欧美领先，日本也在全面开展研发

以欧美为中心，利用微生物生产有用化学物质的技术开发不断取得进展。典型的例子有以玉米为原料，利用微生物制造乙醇的技术等。以二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）为基础，利用微生物制造化学物质的气体发酵技术也从2010年代开始盛行。日本方面，为利用微生物生产蛋白质和化学物质，东京大学成立了初创企业CO2资源化研究所（东京）等。

该公司正在开发利用转基因微生物制造聚乳酸等塑料原料的技术。计划与其他企业合作，1年～1年半后使利用微生物塑料制造的副食品包装在便利店等投入使用。该公司的代表汤川英明表示：“希望尽快让消费者看到利用二氧化碳制造的塑料被制成了产品”。

欧美率先展开了脱碳行动。日本也在政府提出2050年实现温室气体净零排放的目标后逐渐开始行动起来。还出现了欲将喷气式飞机的燃料换成利用废塑料等制造的再生燃料的动向。因此有潜力的新技术普及的空间非常大。

利用微生物获得有用化学物质的技术动向及前景
1990年代	美国开发成功利用微生物从玉米中生产乙醇的技术
2010年代	以欧美为中心，开发出了利用微生物从二氧化碳（CO2）等气体中生产有用物质的技术
2030年	开始推进利用微生物从气体中生产有用物质的工业生产
2040年	使用微生物的塑料等产品普及
2050年	实现温室气体净零排放（日本政府的目标）