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作者：劉致中/工研院

PHA簡介

PHAs(Polyhydroxyalkanoates/聚羥基脂肪酸酯)是一系列帶有-OH官能基與脂肪酸酯官能基的高分子聚合物，包括：P3HB、PHV、PHBV等，為一群羥基脂肪酸酯聚合物的統稱。

PHAs主要利用微生物(如：枯草芽孢桿菌)在生物質(如：醣、油脂、有機污水)上發酵來合成的，將微生物的菌株植入生物質中，這些菌株將會快速的增生繁殖，當繁殖到達某一程度，這些生物質的組成成份會有所改變，因而促使微生物開始合成PHAs，PHAs的產率有時候可以達到微生物乾重的80%。

PHAs由於是利用生物質與微生物來進行生產，屬於生物基材料(Bio-Based Materials)的一種，同時PHAs具有在大自然環境下生物可分解的特性，因此屬綠色與環境友好材料。同時，PHAs由於與傳統以石油為原料合成的塑膠，如：聚乙烯、聚丙烯等具有相似的材料性質，被視為替代傳統不可分解塑膠的可行方案之一。

主要生產PHAs的技術種類

(一)菌種發酵法

1980年代，英國ICI公司(Imperial Chemical Industries Ltd)開發利用Alcaligenes eutrophus菌經由發酵製程，以葡萄糖(Glucose)與丙酸(Propionic acid)為原料，生產P3HB的技術，同時將此技術生產的PHA商品命名為「Biopol」。後來Monsanto公司買下其生產與商標權，自1996年時開始生產P3HB，並使用Biopol的商標在美國市場行銷。2001年Metabolix公司向Monsanto公司買下了P3HB的生產線與Biopol商標的使用權，將Biopol生產與銷售納入Metabolix旗下原有的PHAs系列生產產品品項中。2007年Metabolix與ADM(Archer Daniels Misland)公司合資成立了一間新公司—Telles，並採用新的商品名—Mirel進行PHA產品的行銷，雙方合作至2012年終止。

(二)基改作物法

Metabolix公司也同時開發了利用基改作物生產PHAs的技術—2009年Metabolix發表了利用基改菸草(Tobacco)合成PHAs的田間試驗成果，近期也發表了利用基改的Swichgrass(為一種原產於北美，夏季生長快速的多年生草本植物)在溫室中合成PHAs的技術。

(三)基改菌種發酵法

由於北美和南美以及亞洲大部分地區政府對基改作物採不開放甚至反對的態度，越來越多的PHAs基改研究朝向調整發酵菌種基因的方向進行，特別是從改造PHA合成酶來提高PHA合成效率來進行，將PHA合成酶改造後，可使PHA的合成結構產生變化，合成的PHA分子量也發生改變。另一方面，透過強化表達單體的合成基因，也可以使PHA的合成結構發生變化，從而引起PHA性能的變化，例如：利用革蘭氏陰性桿菌(Acromonas hydrophilaq)，其為一種親水產氣單胞菌，經由調整不同的碳源比例，通過代謝調控革蘭氏陰性桿菌的數量，可以合成不同3HHx比例的PHBHHx。

全球目前有許多的中小型公司聚焦於發展基改大腸桿菌生產PHAs的方法，這種方法有機會使生產成本下降到$1~1.5/磅的範圍內，而使產業化量產的機會大增。

IEK View 未來市場與技術發展方向

目前PHAs因市場對生物可分解材料需求的上升而增加，逐漸邁入產業成長期，技術開始面臨量產的挑戰，生產成本在量產的情況下，必須控制到某種範圍內(2~3 USD/Kg)，這些目標是現階段PHAs研發人員面臨的挑戰。

(一)可分解塑膠與塑料回收市場將逐漸開啟

歐盟發布包裝材料的循環經濟法規已經帶動歐盟各成員國塑膠回收與再生粒的市場，對於塑膠使用量極大的台灣、中國大陸、日本與韓國，限塑造成的日常生活便利性下降已引起消費者與塑膠製品業者的反對與抗議的聲浪，可以兼顧環境保護與消費便利性的生質可分解塑膠未來應會成為這些塑膠重度使用地區的重要替代方案。

(二)利用有機廢水，降低爭糧疑慮與生產成本

Micromidas與Veolia子公司AnoxKaldnes開始研究將發酵原料從葡萄糖和蔗糖等碳水化合物，轉換為來自植物油或生產生質柴油的副產物甘油，甚而利用有機廢水作為碳源，生產包含PHA在內的生質化學品。採用有機廢水作為碳源時，需使用基改菌種填充現有的家庭污水處理廠而進行生產，應用這種方法可以產生濃度在50~60％的PHA污泥，PHA可以相對容易地從其餘的污水污泥中分離出來。

(三)生質酒精與抗生素既有產線改造提升獲利

目前國際上已有廠商利用以前生產抗生素或生產生質酒精的既有發酵工廠，進行少量投資即可進行PHA的生產，這對於目前價格一直低迷的生質酒精生產廠商來說，無疑的替廠商開啟另一扇投資的大門。

完整內容請詳見：PHAs的市場發展與技術應用趨勢