Biotechnologia przemysłowa to najrzadziej omawiany kierunek w tej domenie, a mierzona tonażem – jeden z największych.
Obejmuje wykorzystanie procesów biologicznych do wytwarzania rzeczy dziś produkowanych z ropy: paliw, tworzyw sztucznych, rozpuszczalników, chemikaliów, enzymów i materiałów.
Pytanie o substytucję
Analiza Bio Revolution McKinsey Global Institute oszacowała, że około 60 procent fizycznych nakładów globalnej gospodarki mogłoby w zasadzie powstawać biologicznie.
Tę liczbę cytuje się tak, jakby była prognozą. Nie jest. To stwierdzenie o możliwości technicznej, a luka między tym, co technicznie możliwe, a tym, co faktycznie powstaje, ma charakter czysto ekonomiczny.
Pytanie w tej branży nigdy nie brzmi, czy komórka potrafi wytworzyć daną cząsteczkę. Brzmi ono, czy potrafi to zrobić taniej niż rafineria.
Dlatego biotechnologia przemysłowa to dziedzina inżynierska w biologicznym przebraniu, i dlatego obsadzenie jej samymi biologami daje demonstracje, a nie zakłady produkcyjne.
Co obejmuje ten kierunek
Zakres: biopaliwa, biomateriały, chemikalia i enzymy oraz procesy biologiczne zastępujące tradycyjną produkcję.
Cztery obszary.
Produkcja i zastosowanie enzymów. Najbardziej dojrzała komercyjnie część. Enzymy stosowane w detergentach, przetwórstwie spożywczym, tekstyliach, papiernictwie, paszach dla zwierząt i jako katalizatory przemysłowe. Biznes ugruntowany od dawna.
Biopaliwa. Etanol, biodiesel i trudniejsza kolejna generacja z surowców niespożywczych. Silnie kształtowana przez politykę i ekonomikę surowca.
Chemikalia i materiały pochodzenia biologicznego. Chemikalia platformowe, rozpuszczalniki i polimery, w tym bioplastiki. Obszar z najbardziej aktywnym rozwojem komercyjnym.
Biorafinacja i przetwarzanie obiegowe. Wykorzystanie strumieni odpadów i pozostałości jako surowca – to tu ekonomika najczęściej zaczyna się opłacać.
Dlaczego ograniczeniem jest koszt, a nie biologia
Zaprojektowany organizm wytwarzający docelową cząsteczkę jest dziś dla kompetentnego zespołu problemem możliwym do rozwiązania. O tym, czy powstanie zakład, decyduje stos kosztów.
Surowiec. Często pojedynczy największy koszt. Więcej poniżej.
Wydajność. Ile produktu na jednostkę surowca. Niewielkie usprawnienia znacząco zmieniają ekonomikę, bo surowiec dominuje w kosztach.
Miano i produktywność. Stężenie w brzeczce i tempo produkcji. Oba parametry decydują o wielkości wymaganego sprzętu, a ta – o nakładach kapitałowych.
Separacja końcowa (downstream). Wydobycie produktu z rozcieńczonej mieszaniny wodnej. Dla chemikaliów towarowych to najczęściej etap, który zabija ekonomikę, a zarazem etap najmniej efektowny i najmniej doceniany.
Kapitał. Zakłady fermentacyjne są drogie, a ich finansowanie jest trudniejsze, gdy porównaniem jest istniejący, już zamortyzowany zakład petrochemiczny.
Każdy z tych elementów to zmienna inżynierska. Szczep jest tylko biletem wstępu.
Gdzie to się mieści w domenie
Biotechnologia przemysłowa i biogospodarka to dziesiąty z dziesięciu kierunków w domenie biotechnologii Astra Trainer i opiera się niemal na wszystkich pozostałych: mikrobiologii i biochemii dla organizmu i enzymów, biologii syntetycznej dla inżynierii szczepów oraz bioprocesingu dla skali.
Partnerzy niemal zawsze obejmują zakresem kilka domen naraz. Domena energii, klimatu i energetyki jądrowej obejmuje zarządzanie węglem i dekarbonizację przemysłu, systemy naftowo-gazowe i petrochemiczne oraz ekonomikę energii; zaawansowane materiały obejmują naukę o polimerach oraz surowce krytyczne i materiały obiegowe; a zaawansowana produkcja obejmuje halę produkcyjną. Programy biotechnologii przemysłowej są zwykle najwyraźniejszym przykładem ścieżki wielodomenowej, a nie pojedynczego kierunku. Zobacz tu dziesięć kierunków.
Problem surowca, o którym nikt nie mówi
O większej liczbie projektów decyduje surowiec niż wydajność szczepu, a mimo to niemal nigdy nie pojawia się w planie kadrowym.
Cztery powody, dla których jest to trudne.
Koszt jest zmienny. Ceny cukru, skrobi i oleju roślinnego poruszają się razem z rynkami rolnymi, więc proces opłacalny w jednym roku może nie być opłacalny w kolejnym – bez żadnej winy samej technologii.
Konkurencja z żywnością to realne ograniczenie. Wykorzystanie upraw rolnych jako surowca przemysłowego konkuruje z podażą żywności, co jest pytaniem tyleż ekonomicznym, co politycznym i etycznym, i w dużej mierze ukształtowało politykę wobec biopaliw.
Surowce odpadowe są tanie i trudne. Pozostałości rolnicze, odpady leśne i strumienie komunalne są tanie, ale niejednorodne, zanieczyszczone i trudne do rozłożenia. Uczynienie ich użytecznymi wymaga wstępnej obróbki, co podnosi koszt i złożoność – to centralny problem techniczny biopaliw drugiej generacji.
Logistyka dominuje. Biomasa jest nieporęczna i ma niską gęstość energii, więc transport na duże odległości jest nieopłacalny. To zmusza zakłady do lokalizacji blisko surowca, co ogranicza wybór lokalizacji i skalę w sposób, jakiego nie doświadczają zakłady petrochemiczne.
Wniosek kadrowy jest taki, że specjaliści od surowca, analitycy łańcucha dostaw i inżynierowie procesu wstępnej obróbki liczą się tak samo jak inżynierowie szczepów, a niemal nigdy nie są rekrutowani jako tacy.
Gdzie to już jest normalność
Warto to powiedzieć wprost, bo o tej dziedzinie często mówi się tak, jakby dopiero miała nadejść.
Enzymy przemysłowe to dojrzały globalny biznes zaopatrujący detergenty, żywność, pasze, tekstylia i papiernictwo.
Etanol paliwowy produkowany jest na bardzo dużą skalę w kilku krajach.
Kwas cytrynowy, aminokwasy, witaminy i kwasy organiczne powstają w drodze fermentacji jako standardowa praktyka.
Niektóre bioplastiki są już w produkcji komercyjnej, po wyższym koszcie niż konwencjonalne polimery, sprzedawane do zastosowań, które ten koszt tolerują.
Dla większości organizacji pytanie nie brzmi więc, czy wejść w spekulacyjną dziedzinę. Brzmi ono, czy konkretna substytucja opłaca się ekonomicznie u nich, a odpowiedź na nie wymaga ludzi, którzy potrafią zamodelować cały stos kosztów, a nie tylko zademonstrować biologię.
Role po imieniu
Inżynierowie procesowi. Rola kluczowa. Projektowanie i optymalizacja całej ścieżki produkcji.
Naukowcy i inżynierowie fermentacji. Wydajność etapu wstępnego (upstream) w skali przemysłowej.
Inżynierowie separacji końcowej (downstream). Tu wygrywa się lub przegrywa ekonomikę produktów towarowych, i tu wciąż brakuje rąk.
Inżynierowie szczepów i enzymów. Doskonalenie katalizatora biologicznego.
Specjaliści ds. surowca i łańcucha dostaw. Pozyskiwanie, wstępna obróbka, logistyka i ryzyko cenowe.
Analitycy techniczno-ekonomiczni. Modelowanie, czy dana ścieżka jest opłacalna, zanim powstanie zakład. Rola niewielka, ale o dużej dźwigni i naprawdę deficytowa.
Operatorzy i technicy zakładu. Prowadzenie instalacji – i najliczniejsza grupa, gdy coś już powstanie.
Specjaliści ds. zrównoważonego rozwoju i oceny cyklu życia. Bo argument środowiskowy często jest zarazem argumentem komercyjnym, a musi dać się obronić, a nie tylko deklarować.
Kogo można w to przekwalifikować
Pracownicy branży naftowo-gazowej i petrochemicznej. Największa i najlepiej dopasowana dostępna pula. Inżynieria procesowa, obsługa zakładów, technologia separacji, dyscyplina bezpieczeństwa, realizacja projektów i doświadczenie w projektach kapitałowych – wszystko to się przenosi. Luką jest biologia, a jest ona węższa niż luka w drugą stronę.
To ma też znaczenie jako ścieżka transformacji. Pracownicy odchodzący z sektorów kopalnych są często bliżej produkcji biologicznej niż czegokolwiek innego, i ten sam wątek pojawia się w artykule o rynku pracy w energetyce w tej sekcji.
Inżynierowie chemicy z dowolnej branży procesowej. Bezpośrednie dopasowanie w inżynierii, potrzebują biologii.
Pracownicy browarnictwa, gorzelnictwa i fermentacji spożywczej. Praktyczna fermentacja w skali.
Pracownicy przetwórstwa celulozowo-papierniczego i rolnego. Już dziś obchodzą się z biomasą – dokładnie tym niewygodnym materiałem, od którego zależą procesy drugiej generacji.
Biolodzy molekularni. W inżynierię szczepów i enzymów, potrzebują przemysłowego i ekonomicznego ujęcia tematu.
Analitycy łańcucha dostaw. W role związane z surowcem – to nietypowa i przydatna konwersja.
Zakres bezpieczeństwa i regulacji. Zakłady biotechnologii przemysłowej podlegają obowiązkom bezpieczeństwa procesowego dla chemikaliów, wymogom dotyczącym ciśnienia i hermetyzacji, a w wielu przypadkach klasyfikacji jako zakłady dużego ryzyka. Praca z organizmami modyfikowanymi genetycznie wiąże się z wymogami hermetyzacji i zatwierdzeń instytucjonalnych, a produkty paliwowe i chemiczne podlegają własnym reżimom regulacyjnym. Szkolenie buduje rozumienie procesów i biologii oraz świadomość, gdzie te obowiązki mają zastosowanie. Nie stanowi ono kwalifikacji z zakresu bezpieczeństwa procesowego, autoryzacji zakładu ani zgody regulacyjnej.
Co z tego wynika
Liczba 60 procent opisuje możliwość techniczną, a nie prognozę, a luka między nimi to koszt za tonę.
O projektach decydują wydajność, miano, separacja końcowa i kapitał. Szczep jest biletem wstępu, a nie odpowiedzią.
Koszt, jakość i logistyka surowca zabijają więcej projektów niż biologia, a specjaliści od surowca niemal nigdy nie znajdują się w planie.
Duże części tej dziedziny są już dojrzałe, więc prawdziwe pytanie zwykle brzmi, czy konkretna substytucja jest opłacalna, a nie czy w ogóle wchodzić w tę dziedzinę.
A pracownicy branży naftowo-gazowej i petrochemicznej to najlepiej dopasowana pula do przekwalifikowania w całej domenie, co czyni ten kierunek jedną z bardziej praktycznych dostępnych ścieżek transformacji.
Co ogranicza biotechnologię przemysłową?
Koszt za tonę w starciu z zoptymalizowaną branżą petrochemiczną. O opłacalności decydują wydajność, miano, separacja końcowa i koszt kapitału, a zaprojektowany organizm jest wymogiem wstępnym, a nie wyróżnikiem.
Dlaczego surowiec ma aż tak duże znaczenie?
Bo często jest największym kosztem, jego cena jest zmienna, surowce z upraw spożywczych rodzą problem konkurencji z żywnością, surowce odpadowe są tanie i trudne, a logistyka biomasy zmusza zakłady do lokalizacji blisko dostaw.
Czy coś z tego jest już komercyjne?
Znaczna część jest już dojrzała: enzymy przemysłowe, etanol paliwowy, kwas cytrynowy, aminokwasy i witaminy powstają w drodze fermentacji jako standardowa praktyka. Niektóre bioplastiki są komercyjne, choć z dopłatą do ceny.
Kto najłatwiej przechodzi do tej dziedziny?
Zdecydowanie pracownicy branży naftowo-gazowej i petrochemicznej. Inżynieria procesowa, obsługa zakładów, technologia separacji i dyscyplina bezpieczeństwa przenoszą się wprost, a luka biologiczna jest węższa niż w drugą stronę.
Gdzie to się mieści w domenie?
Dziesiąty z dziesięciu kierunków w domenie biotechnologii Astra Trainer, i ten najczęściej obejmowany zakresem razem z energią, materiałami i zaawansowaną produkcją. Zobacz je tutaj.