Промышленная биотехнология — наименее обсуждаемое направление в этом домене, хотя по объёму производимой продукции оно одно из крупнейших.
Это направление — про то, как биологическими процессами заменить то, что сегодня делают из нефти: топливо, пластик, растворители, химикаты, ферменты и материалы.
Вопрос замещения
По оценке McKinsey Global Institute в работе Bio Revolution, около 60% физических исходных материалов мировой экономики в принципе можно производить биологически.
Эту цифру часто цитируют так, будто это прогноз. Это не так. Речь идёт лишь о технической возможности, а разрыв между тем, что технически возможно, и тем, что реально строится, — целиком экономический.
В этой отрасли вопрос никогда не в том, способна ли клетка синтезировать нужную молекулу. Вопрос в том, обойдётся ли это дешевле, чем на нефтеперерабатывающем заводе.
Именно поэтому промышленная биотехнология — это инженерная отрасль, которая называется биологией. И именно поэтому, если укомплектовать её только биологами, получаются демонстрационные образцы, а не заводы.
Что входит в это направление
Охват: биотопливо, биоматериалы, химикаты и ферменты — биологические процессы, заменяющие традиционное производство.
Четыре области.
Производство и применение ферментов. Самая коммерчески зрелая часть направления. Ферменты используют в моющих средствах, пищевой промышленности, текстиле, бумаге, кормах для животных и как промышленные катализаторы. Давно устоявшийся бизнес.
Биотопливо. Этанол, биодизель и более сложное топливо следующего поколения — из непищевого сырья. Сильно зависит от государственной политики и экономики сырья.
Химикаты и материалы на биологической основе. Платформенные химикаты, растворители и полимеры, включая биопластики. Область с самым активным коммерческим развитием.
Биопереработка и циклическое производство. Использование отходов и остатков в качестве сырья — именно здесь экономика чаще всего сходится.
Почему ограничение — это стоимость, а не биология
Создать организм, производящий нужную молекулу, — на сегодня решаемая задача для грамотной команды. А вот будет ли построен завод, решает структура себестоимости.
Сырьё. Часто самая крупная статья затрат. Подробнее — ниже.
Выход продукта. Сколько продукта получается на единицу сырья. Небольшие улучшения заметно меняют экономику, потому что сырьё — главная статья затрат.
Титр и производительность. Концентрация продукта в культуральной среде и скорость его образования. Оба параметра определяют размер нужного оборудования, а значит, и капитальные затраты.
Выделение продукта. Извлечение продукта из разбавленной водной смеси. Для биржевых химикатов именно этот этап чаще всего убивает экономику проекта — и именно ему уделяют меньше всего внимания и признания.
Капитал. Ферментационные заводы дороги, а привлечь под них финансирование сложнее, когда для сравнения есть уже действующий и полностью амортизированный нефтехимический актив.
Каждый из этих параметров — инженерная переменная. Штамм — это лишь входной билет.
Место направления в домене
«Промышленная биотехнология и биоэкономика» — десятое из десяти направлений в домене биотехнологий Astra Trainer, и оно опирается почти на все остальные: микробиологию и биохимию — для организма и ферментов, синтетическую биологию — для инженерии штаммов, и биопроцессинг — для масштабирования.
Партнёры здесь почти всегда работают на стыке доменов. Домен энергетики, климата и атомной отрасли охватывает управление выбросами углерода и декарбонизацию промышленности, нефтегазовые и нефтехимические системы и энергетическую экономику; домен передовых материалов — науку о полимерах, критические минералы и циклические материалы; а домен передового производства — работу цеха. Программы по промышленной биотехнологии — едва ли не самый наглядный пример того, когда нужен не одно направление, а междоменный маршрут. Посмотреть все десять направлений можно здесь.
Проблема сырья, о которой никто не говорит
Сырьё решает судьбу проектов чаще, чем эффективность штамма, но почти никогда не фигурирует в кадровом плане.
Четыре причины, почему это сложно.
Цена нестабильна. Цены на сахар, крахмал и растительное масло следуют за сельскохозяйственными рынками. Это значит, что процесс, выгодный в этом году, в следующем может стать убыточным — и вовсе не по вине технологии.
Конкуренция с продовольствием — реальное ограничение. Использование сельхозкультур как промышленного сырья конкурирует с производством еды, а это вопрос не только экономический, но и политический, и этический — именно он во многом сформировал политику в области биотоплива.
Отходы как сырьё — дёшево, но сложно. Сельскохозяйственные остатки, отходы лесной промышленности и городские отходы недороги, но неоднородны, загрязнены и трудно поддаются переработке. Чтобы их можно было использовать, нужна предварительная обработка, а это добавляет стоимость и сложность — именно в этом главная техническая проблема биотоплива второго поколения.
Логистика решает всё. Биомасса объёмна и обладает низкой энергетической плотностью, поэтому перевозить её на большие расстояния невыгодно. Из-за этого заводы вынуждены строить рядом с сырьём, что ограничивает выбор площадки и масштаб — нефтехимические заводы такого ограничения не знают.
Для кадровой политики это значит, что специалисты по сырью, аналитики цепочек поставок и инженеры-технологи предварительной обработки важны не меньше инженеров по штаммам — но их почти никогда не нанимают под этой ролью.
Где это уже стало нормой
Стоит сказать отдельно, потому что об этой отрасли часто говорят как о деле будущего.
Промышленные ферменты — зрелый глобальный бизнес, поставляющий продукцию для моющих средств, пищевой промышленности, кормов, текстиля и бумаги.
Топливный этанол производят в огромных масштабах в нескольких странах.
Лимонную кислоту, аминокислоты, витамины и органические кислоты производят ферментацией — это стандартная практика.
Некоторые биопластики уже производятся коммерчески — дороже обычных полимеров, и продаются там, где эта надбавка приемлема.
Так что для большинства организаций вопрос не в том, стоит ли заходить в умозрительную область. Вопрос в том, окупается ли конкретное замещение именно у них, а для ответа нужны люди, способные просчитать всю структуру себестоимости, а не просто продемонстрировать биологию.
Роли по именам
Инженеры-технологи. Ключевая роль. Проектируют и оптимизируют весь производственный маршрут.
Учёные и инженеры по ферментации. Отвечают за эффективность на стадии выращивания в промышленном масштабе.
Инженеры по выделению и разделению продукта. Именно здесь решается экономика биржевых продуктов — и таких специалистов хронически не хватает.
Инженеры по штаммам и ферментам. Совершенствуют биологический катализатор.
Специалисты по сырью и цепочкам поставок. Отвечают за закупку, предварительную обработку, логистику и ценовые риски.
Технико-экономические аналитики. Просчитывают жизнеспособность маршрута ещё до постройки завода. Немногочисленная, но крайне влиятельная и по-настоящему дефицитная роль.
Операторы и техники завода. Управляют производством — и составляют самую многочисленную группу после запуска.
Специалисты по устойчивому развитию и оценке жизненного цикла. Потому что экологическое обоснование часто и есть коммерческое обоснование, а его нужно доказать, а не просто заявить.
Кого можно переобучить
Сотрудники нефтегазовой и нефтехимической отрасли. Самый крупный и наиболее подходящий кадровый резерв. Технологическая инженерия, эксплуатация завода, технологии разделения, культура безопасности, управление проектами и опыт капитальных проектов — всё это переносится напрямую. Пробел только в биологии, и он меньше, чем пробел в обратном направлении.
Это важно и как путь профессионального перехода. Работникам, уходящим из ископаемых отраслей, биологическое производство часто оказывается ближе всего остального — та же мысль звучит и в статье про кадры энергетики в этом разделе.
Инженеры-химики из любой процессной отрасли. Инженерная часть подходит напрямую, не хватает только биологии.
Специалисты пивоварения, дистилляции и пищевой ферментации. Практический опыт ферментации в промышленном масштабе.
Работники целлюлозно-бумажной и агропереработки. Уже умеют работать с биомассой — тем самым неудобным сырьём, от которого зависят процессы второго поколения.
Молекулярные биологи. Переходят в инженерию штаммов и ферментов, им не хватает промышленного и экономического контекста.
Аналитики цепочек поставок. Переходят в роли, связанные с сырьём, — необычное, но полезное переобучение.
Безопасность и регулирование. Предприятия промышленной биотехнологии несут обязательства по безопасности химических процессов, требования по давлению и герметичности, а во многих случаях классифицируются как объекты повышенной опасности. Работа с генетически модифицированными организмами требует соблюдения требований по герметичности и институционального одобрения, а топливная и химическая продукция подпадает под собственные регуляторные режимы. Обучение даёт понимание процессов и биологии и понимание того, где применяются эти обязательства. Оно не заменяет квалификацию по безопасности процессов, разрешение на эксплуатацию площадки или регуляторное одобрение.
Что важно запомнить
Цифра в 60% описывает техническую возможность, а не прогноз, а разрыв между ними — это себестоимость тонны продукции.
Судьбу проектов решают выход продукта, титр, выделение продукта и капитал. Штамм — это входной билет, а не решение задачи.
Стоимость, качество и логистика сырья губят больше проектов, чем биология, а специалистов по сырью в кадровых планах почти никогда нет.
Значительная часть этой отрасли уже зрелая, поэтому реальный вопрос обычно не в том, стоит ли вообще заходить в эту область, а в том, окупается ли конкретное замещение.
А сотрудники нефтегазовой и нефтехимической отрасли — самый подходящий кадровый резерв во всём домене, что делает это направление одним из самых практичных путей профессионального перехода.
Что ограничивает промышленную биотехнологию?
Себестоимость тонны продукции в сравнении с оптимизированной нефтехимической отраслью. Жизнеспособность решают выход продукта, титр, выделение продукта и капитальные затраты, а сконструированный организм — это входное требование, а не отличительное преимущество.
Почему сырьё так важно?
Это часто самая крупная статья затрат, его цена нестабильна, сырьё из продовольственных культур конкурирует с производством еды, отходы как сырьё дёшевы, но сложны в обработке, а логистика биомассы вынуждает строить заводы рядом с источником сырья.
Есть ли уже коммерческие примеры?
Значительная часть отрасли уже зрелая: промышленные ферменты, топливный этанол, лимонная кислота, аминокислоты и витамины производятся ферментацией как стандартная практика. Некоторые биопластики продаются коммерчески, хоть и дороже обычных аналогов.
Кому проще всего перейти в эту отрасль?
Сотрудникам нефтегазовой и нефтехимической отрасли — они лидируют с большим отрывом. Технологическая инженерия, эксплуатация завода, технологии разделения и культура безопасности переносятся напрямую, а пробел в биологии меньше, чем в обратном направлении.
Какое место это направление занимает в домене?
Десятое из десяти направлений в домене биотехнологий Astra Trainer, и то, что чаще всего разворачивается на стыке доменов — с энергетикой, материалами и передовым производством. Посмотреть все направления можно здесь.