bioecon Раздел для участников
Технология · Биоэнергетика и климат / Биотопливо и биоэнергетика

Инженерная фотосинтез и искусственные хлоропласты

Перепроектирование естественного фотосинтеза — деревья с усиленным фотосинтезом, рис C4 и новые природные циклы фиксации CO2 — наряду с искусственными хлоропластами и бионическими листьями, превращающими солнечный свет и CO2 в биомассу, топливо и биоудобрение.

Зрелость 5/9 Риск: средний Энергетика US · EU · IN · CN проверено 2026-07-10 · 33 Источники

1 · Что даёт

Инженерная фотосинтез и искусственные хлоропласты перепроектируют биологический процесс, фиксирующий около 120 гигатонн углерода из CO2 ежегодно. Естественный фотосинтез преобразует лишь около 1-2% падающего солнечного света в биомассу у большинства C3-культур, тогда как C4-растения достигают примерно 4-6%; направление поднимает этот потолок, создавая более быструю фиксацию углерода и строя световые системы фиксации CO2 вне живой клетки. У Living Carbon сверхэкспрессия PagPIP1;2 повысила проводимость листа для CO2, фотосинтез и биомассу у тополя (Industrial Crops and Products, 2026); IRRI продемонстрировало потоки C4-фотосинтеза у трансгенного риса (bioRxiv, 2026); цикл CETCH, разработанный в Институте Макса Планка, фиксирует CO2 через новый, не существующий в природе путь, превосходящий цикл Кальвина-Бенсона; а прорыв 2026 года Китайской академии наук превратил CO2 и воду в энергию под естественным солнечным светом.

Ключевые направления инженерной фотосинтеза и искусственных хлоропластов:

  1. Усиленный фотосинтез в растениях (Enhanced Photosynthesis): сверхэкспрессия генов проводимости CO2 и накопления углерода для повышения биомассы и секвестрации углерода — тополь PagPIP1;2 и тополь с белком коры у Living Carbon.
  2. Инженерия C4-фотосинтеза (C4 Rice Engineering): внедрение более эффективного C4-пути в C3-рис — проект C4 Rice Project организации IRRI и трансгенный рис с C4-потоками.
  3. Новая фиксация CO2 (CETCH Cycle): конструирование синтетических ферментов фиксации CO2 и искусственных хлоропластных органелл, превосходящих естественные скорости — группа Тобиаса Эрба в Институте Макса Планка и программа Photosynthesis 2.0.
  4. Искусственный фотосинтез и бионические листья (Artificial Photosynthesis): полностью синтетические световые системы восстановления CO2 и биоэлектрохимические гибриды — солнечное топливо Forschungszentrum Jülich, бионический лист Harvard и солнечный прорыв CAS.

Отраслевая цепочка создания стоимости#

[солнечный свет + CO2] ──> [инженерное растение / хлоропласт] ──> [связанный углерод]
                                │
                       (ферментативный / электрокаталитический)
                                │
                                ▼
[биоудобрение] <─── [выделенный продукт] <─────┘

Уровни цепочки создания стоимости#

УровеньОписаниеКлючевые входы/выходы
Захват света и CO2сбор фотонов и подача CO2 в инженерную системуВход: солнечный свет, CO2, вода.
Выход: возбуждённые электроны, растворённый CO2.
Инженерная фиксацияRubisco, C4-ферменты или синтетические циклы фиксируют CO2Вход: CO2, АТФ, восстанавливающая сила.
Выход: углеродные интермедиаты.
Биоконверсияцикл Кальвина, цикл CETCH или электрокаталитическое восстановление в продуктВход: углеродные интермедиаты, электроны.
Выход: сахара, топливо, биомасса.
Выделение продуктасбор биомассы, растворённых веществ или биоудобренияВход: бульон, ткань растения.
Выход: сырой продукт.
Формуляциясушка, покрытие или компаундирование в пригодный продуктВход: сырой продукт.
Выход: биоудобрение, топливо, сырьё.
Поле и сбытпосадка, применение или продажа инженерного продуктаВход: сформулированный продукт.
Выход: прибавка урожая, удаление углерода, энергия.

Сквозные технологии сектора:

  • Синтетические циклы фиксации CO2 (CETCH Cycle): разработанный в Институте Макса Планка путь с кротонил-КоА-карбоксилазой фиксирует CO2 быстрее естественного цикла Кальвина-Бенсона в бесклеточном искусственном хлоропласте.
  • PV-батарея-электрохимические гибриды (PV-EC Solar Fuels): Forschungszentrum Jülich связывает фотоэлемент, буферную батарею и ячейки восстановления CO2 для получения из солнечного света и CO2 топлива за пределами ограничений фотосинтеза.
  • Листовое биоудобрение из бионического листа (Bionic-Leaf Biofertilizer): нанопокрытые азотфиксирующие бактерии Harvard, возникшие из исследований бионического листа, доставляют листовой азот культурам (Nature Food, 2026).

2 · Что заменяет 6

D1Азотфиксирующие и мобилизующие элементы питания микробы (Azospirillum, Azotobacter, генно-модифицированные ризосферные диазотрофы) для кукурузы, пшеницы и риса вместо части дозы карбамида
Заменяет: Часть (обычно 10–25 %) минерального азота (карбамид, КАС, аммиачная селитра), вносимого под небобовые зерновые
AGROCHEM
D1Подсластители ферментационного и растительного происхождения вместо аспартама, сахарина и сукралозы
Заменяет: Искусственные интенсивные подсластители — аспартам (группа 2B МАИР с 2023 г.), сахарин, сукралоза, ацесульфам калия в напитках и молочной …
FOOD
D3Химозин, полученный ферментацией, вместо телячьего сычужного фермента в сыроделии
Заменяет: Натуральный телячий сычужный фермент (экстракт сычуга телят); часть микробных/грибных коагулянтов, где проблемой была горечь
FOOD
D3Биогаз и биометан из органических отходов вместо дров, древесного угля, СУГ и дизельного топлива
Заменяет: Дрова, древесный уголь и навоз как топливо для приготовления пищи (загрязнение воздуха в жилищах); ископаемые СУГ и природный газ для …
FUEL
D1Свалочный газ и биометан из органических отходов вместо сжигания на факелах, неорганизованных выбросов метана и ископаемого газа
Заменяет: Метан полигонов и свалок, сжигаемый на факелах или выпускаемый в атмосферу; неиспользуемый метан органических отходов (открытые свалки …
FUEL
D2Твёрдое биотопливо — пеллеты, брикеты и топливо из остатков — вместо угля в котлах и печах
Заменяет: Уголь (и мазут) в промышленных котлах, кирпичных печах, сушильных установках и отоплении учреждений; открытое сжигание тех же остатков в …
FUEL

3 · Как внедрить 6 шагов

  1. 1
    Захват света и CO2Оборудование и инжиниринг
    Фотоны улавливаются хлоропластами инженерных растений, бесклеточными фотосинтетическими мембранами искусственных хлоропластов или фотоэлементами в PV-EC гибридах; CO2 поступает через устьица или подаётся как газ, обеспечивая углерод и энергию для фиксации.
    Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически
    Consorcio Azucarero de Empresas Industriales Доминиканская Республика
    ✓ ISO 9001 126,058 tons промышленный масштаб
    “In addition to the latest machinery and equipment, our company has additional resources that complement industrial procedures, including computerized management systems, biometric …”
    KIS Group-Sustainability² Индия
    ✓ ISO 9001 10,500 tons пилотный масштаб
    “• Equipment Manufacturing”
    Asia Biogas Индонезия
    ✓ ISO 9001
    “Engineering, Procurement and Construction (EPC) Services”
    generizon Марокко
    ✓ ISO 9001 промышленный масштаб
    “generizon is official partner of Weltec Biopower, Vechta, Germany for turn-key biogas plants and 2G, Heek, Germany for combined heat and power solutions.”
    China Everbright Environment Group Китай
    163,050 tonnes
    “[China Everbright Environment Group Limited — China Everbright Environment Group is a leading integrated environmental protection conglomerate with diversified core businesses in …”
    Tsukishima Kikai Япония
    ✓ ISO 9001
    “Tsukishima Kikai (Japan; part of Tsukishima Holdings) designs, manufactures, and sells plant systems and equipment for environmental and industrial infrastructure, including sewage …”
  2. 2
    Инженерная фиксацияОборудование и инжиниринг
    У тополя Living Carbon PagPIP1;2 повышает проводимость листа для CO2 к Rubisco; трансгенный рис IRRI направляет углерод через инженерные C4-ферменты; цикл CETCH Института Макса Планка и электрокатализаторы CAS/Jülich фиксируют CO2 новыми путями со скоростями, нацеленными на превосходство над естественным фотосинтезом.
    Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически
    Consorcio Azucarero de Empresas Industriales Доминиканская Республика
    ✓ ISO 9001 126,058 tons промышленный масштаб
    “In addition to the latest machinery and equipment, our company has additional resources that complement industrial procedures, including computerized management systems, biometric …”
    KIS Group-Sustainability² Индия
    ✓ ISO 9001 10,500 tons пилотный масштаб
    “• Equipment Manufacturing”
    Asia Biogas Индонезия
    ✓ ISO 9001
    “Engineering, Procurement and Construction (EPC) Services”
    generizon Марокко
    ✓ ISO 9001 промышленный масштаб
    “generizon is official partner of Weltec Biopower, Vechta, Germany for turn-key biogas plants and 2G, Heek, Germany for combined heat and power solutions.”
    China Everbright Environment Group Китай
    163,050 tonnes
    “[China Everbright Environment Group Limited — China Everbright Environment Group is a leading integrated environmental protection conglomerate with diversified core businesses in …”
    Tsukishima Kikai Япония
    ✓ ISO 9001
    “Tsukishima Kikai (Japan; part of Tsukishima Holdings) designs, manufactures, and sells plant systems and equipment for environmental and industrial infrastructure, including sewage …”
  3. 3
    БиоконверсияСинтез и конверсия
    Связанный углерод превращается в биомассу, сахара, топливо или биоудобрение — древесина и белок коры тополя, зерно C4-риса, продукты цикла CETCH, солнечное топливо Jülich или нанопокрытые азотфиксирующие бактерии Harvard для листовой доставки.
    Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически
    BioMasr Ltd. Египет
    промышленный масштаб
    “Pyrolysis”
    GreenKeeperAfrica Бенин
    ✓ ISO 9001
    “In the GKA biorefinery system, the water hyacinth becomes the raw material that will contribute in scaling down the environmental and social impact at the origin while creating …”
    Godavari Biorefineries (NSE) Индия
    промышленный масштаб
    “Godavari Biorefineries Limited is an Indian integrated biorefinery producing ethanol, bio-based chemicals, sugar, and power.”
    Polytechnik Австрия
    ✓ ISO 9001
    “World’s leading supplier of advanced biomass to energy combustion & gasification solutions, heat & cogeneration, torrefaction & carbonization plants.”
    China Everbright Environment Group Китай
    163,050 tonnes
    “Uniquely equipped with the credentials for the R&D, design, and production of both high-efficiency dust filtration materials and SCR denitration catalysts, as well as for the …”
    Beijing Shougang LanzaTech Китай
    20 tons per day промышленный масштаб
    “Platform scope: Integrates upstream gasification, gas fermentation, and downstream processing to produce ethanol and value-added products.”
  4. 4
    Выделение продуктаОчистка и downstream
    Биомасса убирается как деревья или зерно; бесклеточные и электрокаталитические продукты отделяются от реакционного бульона; нанопокрытые бактерии выделяются и стабилизируются для формуляции.
    Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически
    Tsukishima Kikai Япония
    ✓ ISO 9001
    “Crystallization and refining: In-house developed DP Crystallizer and Oslo Crystallizer for tailored crystallization and refining processes; integrated purification units combining …”
    Spans Envirotech Pvt. Ltd. Индия
    ✓ ISO 9001 пилотный масштаб
    “Pre-treatment Before Ultrafiltration (UF) Membranes”
    GEA Group Германия
    ✓ ISO 9001
    “[Evaporation & Crystallization Systems”
    Emirates Biotech ОАЭ
    160,000 tons per annum промышленный масштаб
    “A neat PLA (PolyLactic Acid) resin with high viscosity and moderate crystallization rate, allowing for higher”
    Genting Plantations Малайзия
    765 mt/hour промышленный масштаб
    “Downstream processing capabilities (refinery and biodiesel) to capture value beyond upstream plantations.”
    PANGOO® Focus On Animal Natural Health! Китай
    ✓ ISO 9001 50,000.00 MT /
    “Technology and quality: A structured R&D and production process from strain selection to field application; emphasis on reliable probiotic production with ISO 9001 quality …”
  5. 5
    ФормуляцияРецептура и смешивание
    Продукты сушат, покрывают или компаундируют — инженерные саженцы для посадки, покрытия биоудобрения для листового опрыскивания или очищенные потоки солнечного топлива для последующего использования.
    Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически
    India Glycols (NSE) Индия
    ✓ ISO 9001 7,500 MT/ промышленный масштаб
    “Recent expansions and new facilities across процесses: MEG production growth (up to 200,000 MTPA), EO purification, ethoxylate, sulphation, formulation plants, and …”
    Silvateam Италия
    ✓ ISO 9001 15,000 tons per year промышленный масштаб
    “Production of feed additives and premixtures”
    TPI POLENE PUBLIC COMPANY LIMITED Таиланд
    158,000 tons промышленный масштаб
    “Our motto - We Build the Future - encapsulates our social mandate to leave this world a better place than we found it.”
    Incauca Колумбия
    ✓ ISO 9001 600 tons
    “Granulated Sugars”
    Parry Nutraceuticals (EID Parry) Индия
    ✓ ISO 9001 промышленный масштаб
    “Core nutraceutical products are Organic Spirulina (bulk powder/tablets) and Organic Chlorella (bulk powder/tablets), plus microalgae ingredients like beta carotenoids and …”
    Fermenta Biotech Limited Индия
    75 KL промышленный масштаб
    “Premixes and fortification: Customized premixes and fortified rice kernel production for nutrition enhancement; blends backed by regulatory approvals.”
  6. 6
    Поле и сбытПрименение и сервис на месте
    Инженерные деревья высаживают под USDA-APHIS SECURE для удаления углерода, C4-рис и листовое биоудобрение применяют для прибавки урожая в Южной Азии, а солнечное топливо и продукты CETCH направляют энергетическим и химическим покупателям.
    Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически
    China Everbright Environment Group Китай
    163,050 tonnes
    “is one of the leading non-state-owned providers of integrated oilfield service in China.”
    BARformula Малайзия
    промышленный масштаб
    “Four tiers, selected at site scoping based on the soil profile and the agronomic objectives at that site.”
    OR Recycling Park Израиль
    330,000 tons per year промышленный масштаб
    “Agronomist, Or Recycling Park”
    INRA Maroc Марокко
    “L’Institut National de la Recherche Agronomique "INRA"​ a pour mission d’entreprendre les recherches pour le développement agricole.”
    Bio Substrates Шри-Ланка
    ✓ ISO 9001 промышленный масштаб
    “Scientists and agronomists promote it as the best organic medium to use as substrate.”
    EVYP Crop Biostimulation Technologies Греция
    “With over 50 years of agronomic and industrial heritage, EVYP develops high-performance solutions made exclusively from plant-based, non-GMO raw materials, suitable for organic …”

4 · Кто поставит

Подобранные поставщики (подобраны автоматически)

Advanced Bea'aTechСаудовская АравияУслуги / консалтингработает
Bio-Gro, Inc.СШАПроизводительработает
RAHGICO LtdРуандаНе определенаработает
Shandi GlobalСингапурПроизводительработает
OterraДанияПроизводительработает
Bio EstandarГондурасДистрибьюторработает
Mabek Soluciones S.A.S.КолумбияПроизводительработает
ProgelМексикаПроизводительработает
T. Stanes and CompanyИндияНаука / R&Dработает
Inari AgricultureСШАПроизводительработает
GAIA BioMaterials ABШвецияПроизводительработает
Emirates BiotechОАЭУслуги / консалтингработает

Ведущие компании и институты (из обзора)

Компания / ИнститутСтранаКлючевые продукты / платформыТехнические особенностиСтатус 2026
Living Carbon🇺🇸 СШАТополь с усиленным фотосинтезомPagPIP1;2, белок корыoperating
Harvard Bionic Leaf🇺🇸 СШАЛистовое биоудобрениеНанопокрытые N-фиксирующие бактерииresearch
Институт Макса Планка🇩🇪 ГерманияЦикл CETCH, искусственные хлоропластыPhotosynthesis 2.0, новая фиксация CO2research
Forschungszentrum Jülich🇩🇪 ГерманияPV-батарейное солнечное топливоSOEC, PV-EC восстановление CO2research
IRRI🇵🇭 ФилиппиныПроект C4 Rice ProjectТрансгенные C4-потоки путиresearch
CAS Institute of Botany🇨🇳 КитайИскусственный фотосинтезCO2 + вода в энергию на светуresearch

5 · Правила и путь на рынок

Путь в РФ / ЕАЭС: AGROCHEM · Министерство сельского хозяйства (Минсельхоз)
около 1–2 лет с учётом регистрационных испытаний
Информация, не юридическая консультация — уточните процедуру для вашего продукта. (2026-10-06)
США

США лидируют в деревьях с усиленным фотосинтезом и в трансляции «бионический лист → биоудобрение», с полевыми инженерными растениями под контролем USDA-APHIS SECURE.

деревья Living Carbon, биоудобрение бионического листа, USDA-APHIS SECURE#

  • Living Carbon: сверхэкспрессия PagPIP1;2 повышает проводимость листа для CO2, фотосинтез и накопление биомассы у тополя, а совместная экспрессия белка коры стимулирует рост — основа её программы секвестрирующих углерод деревьев в полевых условиях.
  • Harvard Bionic Leaf: линия бионического листа Носеры теперь лежит в основе нанопокрытых азотфиксирующих бактерий, колонизирующих листья и снабжающих культуры азотом — оформленной как «био-солнечная азотная экономика» в дорожной карте Current Research in Biotechnology за июнь 2026 и испытанной как листовое биоудобрение (Nature Food, 2026).
  • USDA-APHIS SECURE: пересмотренное правило по биотехнологии регулирует полевое внедрение признаков инженерного фотосинтеза у деревьев и культур, а EPA — экологические результаты.
Евросоюз

Европа закрепляет рубеж новой фиксации CO2 — науку синтетических циклов и искусственных хлоропластов Института Макса Планка — и инженерию солнечного топлива на PV в Jülich.

CETCH Института Макса Планка, солнечное топливо Jülich, регламент EU NGT#

  • Институт Макса Планка (группа Тобиаса Эрба): цикл CETCH и искусственные хлоропластные органеллы фиксируют CO2 через новый, не существующий в природе путь, превосходящий цикл Кальвина-Бенсона; группа оформляет повестку как «Photosynthesis 2.0» по перепроектированию глобального углеродного цикла.
  • Forschungszentrum Jülich: гибридные фотоэлектрические-батарейные-электрохимические системы осуществляют восстановление CO2 на PV в солнечное топливо, выходя за пределы естественного фотосинтеза с помощью твердооксидных и электрокаталитических стеков.
  • Регламент EU NGT: рамка по новым геномным техникам определяет, как культуры инженерного фотосинтеза движутся в поле, дополняя стандартный надзор за синтетической биологией.
Китай

Китай развивает искусственный фотосинтез как национальную цель чистой энергетики, причём Китайская академия наук сообщила о знаковом солнечном превращении CO2 в энергию.

искусственный фотосинтез CAS, солнечное CO2-в-энергию, цели NEA#

  • CAS Institute of Botany: прорыв 2026 года эффективно превратил CO2 и воду в энергию под естественным солнечным светом, продвигая китайскую программу искусственного фотосинтеза к пригодному солнечному топливному устройству.
  • Национальная программа искусственного фотосинтеза: CAS и партнёрские институты координируют исследования синтетических хлоропластов, фотокатализаторов и биогибридов в рамках целей Национального энергетического управления по возобновляемой энергии.
  • Рамка NEA по чистой энергии: искусственный фотосинтез позиционируется в стратегии NEA как рубежный маршрут прямого превращения CO2 и солнечного света в химическую энергию.

6 · Финансирование: тендеры и гранты

Сейчас нет подходящих открытых тендеров и грантов.

7 · Технологический стек

Стек охватывает инженерные гены в живых растениях, синтетические ферменты в бесклеточных органеллах и полностью абиотическое световое восстановление CO2.

  1. Гены усиленного фотосинтеза (Enhanced Photosynthesis):
    • сверхэкспрессия PagPIP1;2 повышает проводимость листа для CO2 и биомассу у тополя, а совместная экспрессия белка коры стимулирует рост и перенаправляет углерод — основа Living Carbon для полевых секвестрирующих деревьев.
    • проект C4 Rice Project организации IRRI встраивает потоки C4-фотосинтеза в трансгенный рис, стремясь поднять культуру с примерно 1-2% к эффективности 4-6% естественных C4-растений.
  2. Синтетические циклы фиксации CO2 (CETCH Cycle):
    • разработанный в Институте Макса Планка цикл CETCH использует кротонил-КоА-карбоксилазу и новую ферментную сеть для фиксации CO2 быстрее цикла Кальвина-Бенсона, размещённую в бесклеточных искусственных хлоропластных органеллах.
    • повестка оформлена как «Photosynthesis 2.0» — перепроектирование углеродного цикла средствами синтетической биологии за рамками эволюционных ограничений.
  3. Искусственный фотосинтез и бионические листья (Artificial Photosynthesis):
    • гибридные PV-батарейные-электрохимические системы Forschungszentrum Jülich восстанавливают CO2 в солнечное топливо, а прорыв 2026 года CAS Institute of Botany превратил CO2 и воду в энергию под естественным солнечным светом.
    • линия бионического листа Harvard транслируется в нанопокрытые азотфиксирующие бактерии, доставляющие листовой азот культурам — био-солнечная азотная экономика (Nature Food, 2026).

Источники 33

  1. Living carbon — 2026-04-25T00:00:00.000Z
  2. Living carbon — 2026-03-01T00:00:00.000Z
  3. Living carbon — 2025-09-01T00:00:00.000Z
  4. Living carbon — 2026-03-15T00:00:00.000Z
  5. Living carbon — 2026-03-01T00:00:00.000Z
  6. Harvard bionic leaf — 2026-06-24T00:00:00.000Z
  7. Harvard bionic leaf — 2026-06-30T00:00:00.000Z
  8. Harvard bionic leaf — 2026-01-02T00:00:00.000Z
  9. Harvard bionic leaf — 2026-04-25T00:00:00.000Z
  10. Harvard bionic leaf — 2025-07-01T00:00:00.000Z
  11. Max planck institute — 2024-02-01T00:00:00.000Z
  12. Max planck institute — 2024-02-01T00:00:00.000Z
  13. Max planck institute — 2026-05-28T00:00:00.000Z
  14. Max planck institute — 2026-02-13T00:00:00.000Z
  15. Max planck institute — 2024-02-01T00:00:00.000Z
  16. Forschungszentrum julich — 2026-05-05T00:00:00.000Z
  17. Forschungszentrum julich — 2025-11-24T00:00:00.000Z
  18. Forschungszentrum julich — 2026-05-13T00:00:00.000Z
  19. Forschungszentrum julich — 2026-06-13T00:00:00.000Z
  20. Forschungszentrum julich — 2026-03-14T00:00:00.000Z
  21. Irri — 2026-01-01T00:00:00.000Z
  22. Irri — 2026-06-01T00:00:00.000Z
  23. Irri — 2026-05-23T00:00:00.000Z
  24. Irri — 2026-06-16T00:00:00.000Z
  25. Irri — 2026-06-24T00:00:00.000Z
  26. Cas institute of botany — 2026-07-10
  27. Cas institute of botany — 2026-07-10
  28. Cas institute of botany — 2026-07-10
  29. Cas institute of botany — 2026-07-10
  30. Cas institute of botany — 2026-07-10
  31. Cas institute of botany — 2026-07-10
  32. Cas institute of botany — 2026-07-10
  33. Cas institute of botany — 2026-07-10