你吃过海鲜大餐后扔掉的蟹壳虾壳，有可能孕育价值亿万的产业

在废弃虾壳中含有丰富的营养成分，工厂可以用这些成分来制作动物饲料。

在制药、农业、建筑和造纸业中，碳酸钙均有广泛应用。目前，它主要来自于地质作用形成的矿产资源，比如大理石和石灰石。虽然这些资源储量丰富，却可能含有难以去除的重金属。因此，如果要做药片的话，来自废壳的碳酸钙更适合人类使用。要知道人们更容易接受食物源做成的药片，而不是含有重金属的石头。

重质碳酸钙粗粒子的市场价大约每吨60~66美元，多用于建筑、颜料、填料和土壤处理。还有另一种可用来提高橡胶和塑料性能的超细粒子，售价则高达每吨14 000美元。因此，即使只将甲壳动物废壳中的碳酸钙简单处理成最便宜的粗粒子，东南亚地区也能每年因此获得4500万美元的市场价值。

作为一种天然线性聚合物，几丁质是地球上含量第二丰富的生物高聚物，仅次于纤维素。它存在于真菌、浮游生物、昆虫和甲壳类动物的外骨骼中，这些生物每年可制造出约1 000亿吨几丁质。目前，几丁质和脱乙酰壳多糖（几丁质水溶性衍生物）仅用于工业化学中的少数专业领域中，例如化妆品、纺织品、水处理和生物制药。未来，几丁质和其衍生物还有无穷的应用潜力。

和纤维素不同，几丁质中含有氮元素，氮的化合物广泛用于制药产业、二氧化碳固定、纺织品等领域，是现代生活的关键原材料。例如，含氮有机化合物吡嗪，它是几种畅销药物中不可或缺的成分，如艾司佐匹克隆（Eszopiclone，用于治疗睡眠困难）和伐伦克林（Varenicline，用于治疗尼古丁成瘾）。乙醇胺（ETA）可在发电厂内用于封存二氧化碳，也可用于亲肤型肥皂、家用清洁剂和表面活性剂。含氮化学物的市场广阔，全球ETA每年使用量约为200万吨，年销售额约为35亿美元。

含氮化合物的工业生产不仅涉及到化石燃料，还涉及一些能源密集型的产业过程。首先，氮气必须通过哈伯过程（Haber process）转化为氨气，这个过程的效率出了名地低。仅仅这一步就会用掉全球能源消耗量的2%~3%。而且，生成1摩尔氮气还要需要消耗3摩尔从化石燃料中制取的氢气。

进一步的处理过程也非常复杂和昂贵。举个例子，生产ETA需要6个步骤：从煤或天然气中制取氢气，从大气中分离出氮气，合成氨，石油裂解生成乙烯，乙烯转化成环氧乙烷，最后将环氧乙烷转化成ETA。

相比而言，几丁质也许更适合生产ETA。作为已经含有碳、氮和氧元素的聚合物，它只需要一步就能生成ETA。不仅如此，还有五种化合物能一步从几丁质中提取出，而且能从几丁质中提取出来的化合物的名单还在不断增加。可惜这些操作目前仅能在实验室中小规模实现。

化学上的难题

现有从废壳中提取化学物质的方法大多都具有破坏性，价格昂贵效率又低。它需要通过分馏的方法分离出不同成分。通过氢氧化钠溶液可除去蛋白质，盐酸则能分解碳酸钙，这些药物都具有腐蚀性，是非常危险的溶剂。

要制造脱乙酰壳多糖，需要使用40%的浓氢氧化钠溶液来处理几丁质。从虾壳中生产1kg脱乙酰壳多糖需要消耗1吨多的水。

这样看来，尽管原材料十分便宜，处理1千克高品质的几丁质却需要花费200美元。全球工业（用于膜制造，药物输送，食物和化妆品）中使用精制几丁质的总量相当低：每年约为1万吨。全球只有中国、日本、泰国和印度尼西亚有少数几丁质处理设施。另外，从几丁质或脱乙酰壳多糖转化为别的化学物的过程还存在其他问题。天然几丁质是一种结晶材料，溶剂不易破坏其聚合链。在高强度的反应条件下，这些链又很容易发生副反应，形成无数种复杂化合物。从反应器中分离这些生物基产品耗时又耗力。

但我们认为，这并不比将木质生物质转化为生物燃料或其他化学品难，当时做木质生物质转化时，也仅花了二十年时间就从实验室发展到了商业应用的规模。

如果想建立一套能持续运作、可以盈利的废壳处理工艺，需要通过创意十足的方式利用化学技术。它意味着需要有一种可持续的方法来分离蛋白质、碳酸钙和几丁质。这其中不仅需要避免使用腐蚀剂和有害溶剂，还要最大限度地减少浪费。

新技术正不断涌现。比如在21世纪早期，来自墨西哥和英国的团队就分别在实验室和实验工厂中成功用乳酸发酵工艺生产出了几丁质。通过这种反应器，他们一次能处理30~50千克的废壳。英国、美国和中国的团队已经研发了利用混合细菌消耗蛋白质并分解碳酸钙的方法。反应中产生的副产物（蛋白酶解产物和乳酸钙）还可以用在动物饲料和钙补充剂中。

用研磨法提高效率

另一种选择是使用离子液体（包含离子官能团的有机液体化合物）来溶解糖聚合物，从中提取出几丁质。用这种方法生产出来的几丁质聚合物具有长链和高分子量，可制作成创口敷料和水处理中常使用的纤维和薄膜。

研究人员也在探索无需溶剂就能分离废壳有效成分的物理方法。其中一种是将材料和金属球一起放入一个旋转筒中研磨，这种球磨法或许可以用来精磨废壳，并打碎晶体。

如果能将化学方法与物理方法结合起来，说不定能开辟出一番新的天地。比如说，将球磨机和酸催化剂结合使用，可以在无须加热的情况下降解木材。而将蒸汽爆炸技术（一种用过热蒸汽瞬间释放压力的技术）和酸结合使用，也是分离废壳中多种成分的一种好方法。

球磨法和蒸汽爆炸法在木质生物质精炼产业中已经初具规模，但没有多少人意识到这些技术也能被用在废壳处理上。在与中国科学院过程工程研究所的合作中，我们（来自新加坡国立大学的研究团队）希望能在几年内建立起一个废壳处理的示范点。

尽管将几丁质转化为其他含氮小化合物（比如ETA以及广泛使用的有机溶剂呋喃）的行业还处于起步阶段，但它的发展非常迅速。再花5年时间，这个行业就可能扩大规模，再花10年时间就可能商业化。在未来，我们需要研究从几丁质转化到其他化学物质的途径，并通过改进催化作用或预处理来增加产量，同时我们也需要简化产品的分离过程。

龙虾壳内含有富氮化合物几丁质，可用于制造药物。

就像当时让木质生物质（主要由纤维素、半纤维素和木质素组成）在一个设备中分离并转化出一系列产品一样，我们建议建设一条精炼废壳的生产线。如果这个项目能够实现，我们需要让大众对能源安全和气候变化的关心成为推动项目的主要驱动力，同时需要多方共同合作。在这个项目的运行过程中也需要来自政府、化学或燃料工业的资金支持。在未来，建立废壳生物精炼厂至少可以为东南亚或其他地区创造全新的产业机会。

我们知道，整个项目运行的关键所在，是来自政策制定者、研究机构、政府机构、投资者和大众的鼎力支持。如果要想让项目能够正常运行，也需要来自世界各地科学家的努力，希望他们能在基础研究领域做出成果，攻克技术难关。

精炼才是出路

我们认为，应该在未来5年内斥资百万美元修建第一条使用全新技术的废壳处理线。这条生产线不仅需要来自废壳资源丰富的国家的支持，项目执行也需要由知识互补的科研人员负责，这些人的研究领域要涵盖催化、材料科学与工程、食品科学与生命周期评估。新的废壳精炼项目不仅绿色环保而且回报丰厚，甲壳类海产品的生产者与销售者，与生物制品、生物材料以及其他可再生材料有关的公司，都应该重新评估其市场潜力。大家需要积极参与共同研发，将新兴技术应用到这个项目中。

在接下来的十年中，行业的政策制定者应当严格规定废壳的处理方式，对那些回收利用废壳的公司给予奖励。返回搜狐，查看更多