หากคุณขยายการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์จากระดับนำร่องไปสู่ระดับเชิงพาณิชย์โดยไม่แก้ไขการถ่ายโอนมวล การควบคุมของเสีย ความปลอดเชื้อ และเวลาทำงานก่อน ต้นทุนต่อกิโลกรัมของคุณอาจ เพิ่มขึ้น, ไม่ลดลง.
สำหรับวิศวกรกระบวนการชีวภาพและทีมเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง ปัญหาต้นทุนเป็นเรื่องง่าย: เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพขนาดใหญ่ยากต่อการเติมออกซิเจน ทำให้เย็น ผสม และรักษาความปลอดเชื้อ ในขณะที่เซลล์สัตว์ยังคงไวต่อแรงเฉือนและเติบโตช้า ในทางปฏิบัติ นั่นหมายถึงการใช้จ่ายมากขึ้นในสื่อ ระบบสแตนเลส เซ็นเซอร์ สาธารณูปโภค แรงงาน และชุดที่ล้มเหลว บทความยังชี้ไปที่ขีดจำกัดทางชีวภาพที่ยาก รวมถึงการยับยั้งแอมโมเนียที่ 2–10 mM, การสูญเสียชุดใน 20 m³ ภาชนะที่สามารถลบล้าง 2–3 ตัน ของผลิตภัณฑ์ และช่องว่างระหว่างประมาณ 7.0 g/L และ 110 g/L ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเซลล์และการตั้งค่ากระบวนการ.
นี่คือเวอร์ชันสั้น:
- เรือขนาดใหญ่ขึ้นไม่ได้รับประกันต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำลง
- การถ่ายโอนออกซิเจนและการกำจัด CO₂ ยากขึ้นเมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้น
- การสะสมของแอมโมเนียและแลคเตทสามารถลดผลผลิตก่อนที่ความจุของเรือจะถูกใช้
- เวลาการเพิ่มจำนวนที่ช้าลงเพิ่มความเสี่ยงต่อการปนเปื้อน, เวลาหยุดทำงาน, และการเบี่ยงเบน
- โรงงานเชิงพาณิชย์ต้องการมากกว่าเรือ: CIP/SIP, ท่อปลอดเชื้อ, สแตนเลส 316L, โพรบ, การทำความเย็น, การจ่ายออกซิเจน, ไอน้ำ, น้ำ, และ HVAC
- การไหลเวียนและการควบคุมที่เข้มงวดขึ้น สามารถเพิ่มผลผลิตต่อ m³ ที่ติดตั้ง , แต่ก็เพิ่มภาระฮาร์ดแวร์และการควบคุมด้วย
- TEA ต้องสะท้อนข้อจำกัดของโรงงานตั้งแต่ต้น, มิฉะนั้นแผน capex อาจเบี่ยงเบนจากสิ่งที่ชีววิทยาสามารถรองรับได้
- การจัดซื้อจัดจ้างทำงานได้ดีเมื่อปฏิบัติตามข้อมูลกระบวนการ, ไม่ใช่เพียงการคาดการณ์ปริมาณ
ฉันเห็นประเด็นหลักดังนี้: การขยายขนาดไม่ใช่การคูณมันเป็นการรีเซ็ตต้นทุนและความเสี่ยง หากหน้าต่างกระบวนการอ่อนแอในระดับนำร่อง เครื่องปฏิกรณ์ที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้ความอ่อนแอนั้นมีค่าใช้จ่ายมากขึ้น
ความท้าทายในการขยายขนาดในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ
sbb-itb-ffee270
ทำไมต้นทุนเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพถึงเพิ่มขึ้นในระดับการค้า
ข้อจำกัดเหล่านั้นผลักดันให้โรงงานใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนมากขึ้น การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดขึ้น และต้นทุนการดำเนินงานที่สูงขึ้น เหตุผลค่อนข้างง่าย: ภาชนะขนาดใหญ่ยากต่อการผสม การทำให้เย็น และการรักษาความปลอดเชื้อ .
การปรับสมดุลการถ่ายโอนมวล การผสม การเฉือน และการกำจัดความร้อนในปริมาณที่มากขึ้น
ในปริมาณการทำงานที่มากขึ้น ผู้ปฏิบัติงานมีพื้นที่ในการเคลื่อนไหวน้อยลง การกวนต้องเบาพอที่จะหลีกเลี่ยงความเสียหายของเซลล์ การกระจายอากาศก็ต้องต่ำเพื่อลดความเสียหายจากฟองอากาศ ซึ่งทำให้การถ่ายโอนออกซิเจนอยู่ภายใต้แรงกดดันที่เข้มงวดขึ้น [1].
การแลกเปลี่ยนนั้นปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็วในการดำเนินงานประจำวันหากคุณลดการผสมและการไหลของก๊าซเพื่อปกป้องเซลล์ การส่งออกซิเจนจะยากขึ้น. นอกจากนี้ การกำจัด CO2 อาจกลายเป็นข้อจำกัดในความหนาแน่นของเซลล์ ซึ่งหมายความว่ามักจะต้องการความสามารถในการจัดการก๊าซเพิ่มเติม [1]. หากข้อจำกัดนี้ถูกผลักดันไปไกลเกินไป การเติบโตจะลดลง แม้แต่การอยู่ภายในขีดจำกัดก็ยังหมายถึงการเพิ่มระบบเพิ่มออกซิเจนและการแยกก๊าซ
การกำจัดความร้อนจะยากขึ้นเมื่อปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้น ในหลายกรณี นั่นหมายถึงการเพิ่มขดลวดทำความเย็นภายในหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก [1]. ทั้งหมดนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ในภาชนะเอง มันส่งผลโดยตรงต่อการใช้สื่อ การกำหนดอุปกรณ์ และค่าใช้จ่ายของโรงงาน
การควบคุมการปนเปื้อนและความสม่ำเสมอของกระบวนการต้องการโครงสร้างพื้นฐานเพิ่มเติม
การผลิตในปริมาณมากไม่ได้เพียงแค่ทำให้ผลิตภัณฑ์มากขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำให้แต่ละความล้มเหลวมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้นมากอีกด้วยเหตุการณ์การปนเปื้อนในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 20 ลูกบาศก์เมตรสามารถทำลายผลิตภัณฑ์ได้ 2–3 ตัน พร้อมกับส่วนประกอบของสื่อที่มีค่าในชุดนั้น [1].
ความเสี่ยงนั้นทำให้เกิดภาระโครงสร้างพื้นฐานที่หนักขึ้น ระบบการค้าต้องการ ASME BPE-สแตนเลสที่สอดคล้องกับมาตรฐาน ท่อปลอดเชื้อ ซีลปลอดเชื้อ และระบบ CIP/SIP อัตโนมัติ [1]. การตรวจสอบกระบวนการก็ต้องเข้มงวดมากขึ้นเช่นกัน ออกซิเจนละลาย, pH, แอมโมเนีย และแลคเตทต้องได้รับการดูแลอย่างใกล้ชิด เพราะความชันที่อาจจัดการได้ในภาชนะขนาดเล็กสามารถกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงเมตาบอลิซึมทั่วทั้งภาชนะในระดับการค้า [1] [3].
การขยายขนาดทำให้เวลาหยุดทำงาน, ความล้มเหลวของชุด, และการเปิดเผยการบำรุงรักษาเพิ่มขึ้นอย่างไร
การเติบโตที่ช้าทำให้เศรษฐศาสตร์ของเวลาหยุดทำงานเปลี่ยนไป หากการผลิตใช้เวลา การหยุดทำงานใด ๆ จะกินเข้าไปในส่วนใหญ่ของหน้าต่างชุด [1]. ในระดับการผลิตเชิงพาณิชย์ การสูญเสียหนึ่งวันไม่ใช่แค่ปัญหาการดำเนินงานเล็กน้อย มันหมายถึงการสูญเสียผลผลิตในขณะที่ต้นทุนคงที่ยังคงดำเนินต่อไป
ความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์ยังเปลี่ยนจาก "มีประโยชน์" เป็น มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ. การตอบกลับอัตโนมัติสำหรับค่า pH และออกซิเจนละลายไม่ได้มีไว้เพียงเพื่อทำให้ระบบง่ายต่อการใช้งานเท่านั้น มันเป็นส่วนหนึ่งของวิธีที่ผู้ปฏิบัติงานตรวจพบการสะสมที่ยับยั้งก่อนที่ชุดการผลิตจะต้องถูกละทิ้ง เมื่อแอมโมเนียหรือ CO2 ถึงระดับที่ยับยั้ง การยุติชุดการผลิตอาจมีต้นทุนน้อยกว่าการดำเนินการเพาะเลี้ยงที่ชะลอตัวลงแล้ว [1].
การบำรุงรักษาเพิ่มภาระคงที่อีกอย่างหนึ่ง ระบบที่มีความสำคัญต่อความปลอดเชื้อขนาดใหญ่ต้องการการบำรุงรักษาเชิงป้องกันมากขึ้นและงานการตรวจสอบความถูกต้องมากขึ้น ซึ่งทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นอีก [1].
ข้อจำกัดเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนการดำเนินงานที่สูงขึ้นและการออกแบบโรงงานที่ซับซ้อนมากขึ้น ในทางปฏิบัติ พวกมันปรากฏในกลุ่มต้นทุนหลัก: สื่อ อุปกรณ์ สาธารณูปโภค และแรงงาน
ปัจจัยต้นทุนหลักในกระบวนการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงพาณิชย์
ปัจจัยต้นทุนของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงพาณิชย์: ความท้าทายในการขยายขนาด & การบรรเทาปัญหา
ในระดับเชิงพาณิชย์ ต้นทุนมักจะอยู่ในสามกลุ่มใหญ่: สื่อ, อุปกรณ์, และการดำเนินงานประจำวัน.
สื่อการเจริญเติบโตและปัจจัยสำคัญ
สื่อมักเป็นที่ที่แรงกดดันด้านต้นทุนปรากฏขึ้นก่อน กลูโคสมักจะจัดการได้ในด้านต้นทุน แต่กรดอะมิโนและปัจจัยการเจริญเติบโตเป็นเรื่องที่แตกต่าง นั่นคือเหตุผลที่หลายทีมมองหาปัจจัยการผลิตเกรดอาหารและไฮโดรไลเซตโปรตีนจากพืชเพื่อแทนที่ส่วนหนึ่งของส่วนประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูง.
แต่สิ่งนี้ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงตรงๆ องค์ประกอบของไฮโดรไลเซตสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากชุดหนึ่งไปยังอีกชุดหนึ่ง และเอนไซม์ที่ใช้ในระหว่างการประมวลผลเพิ่มตัวแปรอีกหนึ่งตัวที่ต้องจัดการในพื้นที่โรงงาน.แม้จะมีการแลกเปลี่ยนเหล่านั้น ทิศทางก็ยังค่อนข้างชัดเจน: การจัดหาวัตถุดิบจำนวนมากที่มีคุณภาพสำหรับอาหารเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นหากการผลิตเชิงพาณิชย์เป็นเป้าหมาย
การยับยั้งการเผาผลาญทำให้ภาพรวมยากขึ้น เมื่อความหนาแน่นของเซลล์เพิ่มขึ้น แอมโมเนียและแลคเตทจะสะสม เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้น ผลผลิตอาจลดลงก่อนที่ภาชนะจะถูกใช้งานเต็มที่ การกรองแบบเพอร์ฟิวชั่นสามารถช่วยได้โดยการกำจัดสารยับยั้งเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง แต่ก็หมายถึงฮาร์ดแวร์ที่มากขึ้น จุดควบคุมที่มากขึ้น และงานที่มากขึ้นในการดำเนินระบบให้ดี
เมื่อทีมสามารถจัดการกับต้นทุนการป้อนเข้าได้ ระบบอุปกรณ์และสิ่งอำนวยความสะดวกมักจะกลายเป็นปัจจัยหลักถัดไปที่ทำให้ต้นทุนสูงขึ้น
อุปกรณ์ไบโอรีแอคเตอร์ เซ็นเซอร์ และชิ้นส่วนทดแทน
ตัวภาชนะเองเป็นเพียงส่วนหนึ่งของภาระทุน ในระดับใหญ่ ท่อไฟฟ้า เครื่องมือวัด และการติดตั้งมักมีค่าใช้จ่ายมากกว่าที่คนคาดคิดในตอนแรกนอกจากนี้ คุณยังต้องการระบบสแตนเลส การขัดเงาด้วยไฟฟ้า และความสามารถ CIP/SIP เพื่อรักษาความปลอดเชื้อ
การเลือกเซ็นเซอร์ มีความสำคัญมากขึ้นในขั้นตอนนี้ หากโพรบออกซิเจนละลายล้มเหลว หรือเซ็นเซอร์ pH เริ่มเบี่ยงเบนระหว่างการรันปริมาณมาก คุณอาจไม่พบปัญหาจนกว่าคุณภาพของแบทช์จะถูกทำลายแล้ว ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด แบทช์ทั้งหมดจะสูญหาย นั่นคือเหตุผลที่โพรบ ซีล และตัวกรองต้องมีรอบการเปลี่ยนที่วางแผนไว้แทนการแก้ไขในนาทีสุดท้าย
ค่าใช้จ่ายทั่วไปของสถานที่ สาธารณูปโภค และการดำเนินงานที่ใช้แรงงานเข้มข้น
สาธารณูปโภคขยายตามชีววิทยา เซลล์สัตว์สร้างความร้อนจากการเผาผลาญ ดังนั้นระบบขนาดใหญ่จึงต้องการความสามารถในการทำความเย็นที่แข็งแกร่ง สถานที่ขนาดใหญ่ยังมักต้องการการผลิตออกซิเจนในสถานที่ผ่านการดูดซับแรงดันสุญญากาศเพื่อรองรับความต้องการการกระจายตัวเพิ่มไอน้ำสะอาดสำหรับการฆ่าเชื้อ, ระบบน้ำบริสุทธิ์, และ HVAC ที่มีความจุสูง, และคุณจะพบกับค่าใช้จ่ายคงที่ที่ยังคงสูงแม้เมื่อการผลิตต่ำกว่าที่คาดไว้.
แรงงานก็ยากที่จะลดลงเว้นแต่ระบบอัตโนมัติจะทำงานมากขึ้น โรงงานขนาดใหญ่ต้องการการตรวจสอบตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน, รวมถึงทีมผู้เชี่ยวชาญสำหรับการทำความสะอาดและการเก็บเกี่ยว.
ตารางด้านล่างแสดงให้เห็นว่าตัวขับเคลื่อนต้นทุนแต่ละตัวเปลี่ยนแปลงอย่างไรในระดับที่ใหญ่ขึ้นและที่ใดที่การทำงานลดความเสี่ยงมักจะให้ผลตอบแทนที่ดีที่สุด
| ตัวขับเคลื่อนต้นทุน | ทำไมมันถึงเติบโตในระดับที่ใหญ่ขึ้น | ผลกระทบการดำเนินงานทั่วไป | วิธีการบรรเทาที่เกี่ยวข้องมากที่สุด |
|---|---|---|---|
| สื่อการเจริญเติบโต | การบริโภคเพิ่มขึ้นตามปริมาณการผลิต; กรดอะมิโนบริสุทธิ์สูงและปัจจัยการเจริญเติบโตหายาก | สามารถกลายเป็นค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานหลัก | ใช้วัตถุดิบเกรดอาหารและไฮโดรไลเซตโปรตีนจากพืชเมื่อเป็นไปได้; ปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาผลาญ |
| อุปกรณ์เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ | ภาชนะขนาดใหญ่ต้องการสแตนเลสเฉพาะทาง, การป้องกันความสะอาด, และการติดตั้งที่ซับซ้อนมากขึ้น | ภาระเงินทุนสูงและความซับซ้อนในการขยายขนาดที่มากขึ้น | มาตรฐานการออกแบบและขยายขนาดเท่าที่การถ่ายโอนมวลและความสะอาดสามารถรักษาได้ |
| เซ็นเซอร์และชิ้นส่วนทดแทน | โพรบ, ซีล, และฟิลเตอร์เพิ่มเติมจำเป็นในระบบขนาดใหญ่ | ความล้มเหลวของอุปกรณ์ขนาดเล็กสามารถคุกคามความสมบูรณ์ของแบทช์ | วางแผนรอบการเปลี่ยนทดแทนเชิงป้องกันและใช้การควบคุมอัตโนมัติที่เชื่อถือได้ |
| สาธารณูปโภคและค่าใช้จ่ายทั่วไป | การทำความเย็น, การจ่ายออกซิเจน, ไอน้ำ, น้ำ, และ HVAC เพิ่มขึ้นตามขนาดของสถานที่ | ค่าใช้จ่ายทั่วไปคงที่สามารถคงอยู่สูงแม้เมื่อผลผลิตแตกต่างกัน | ปรับปรุงการแลกเปลี่ยนความร้อน, ปรับปรุงการออกแบบสถานที่, และใช้การผลิตออกซิเจนในสถานที่เมื่อเหมาะสม |
| แรงงาน | สถานที่ขนาดใหญ่ต้องการการตรวจสอบตลอดเวลาและการทำความสะอาดเฉพาะทาง | ความต้องการพนักงานยังคงสูงแม้เมื่อผลผลิตขยายตัว | เพิ่มการทำงานอัตโนมัติและลดความสนใจของผู้ปฏิบัติงานต่อกิโลกรัมของผลผลิต |
ทีมจัดซื้อสามารถใช้
วิธีลดภาระต้นทุนของการขยายขนาด
การเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรมที่ช่วยเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยของกำลังการผลิตที่ติดตั้ง
วิธีที่เร็วที่สุดในการลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานคือการเพิ่มผลผลิตจากกำลังการผลิตที่ติดตั้งเดิม
ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกวนขนาดใหญ่ มีสามปัจจัยที่สำคัญที่สุด: ความหนาแน่นของเซลล์, การไหลเวียน, และการควบคุมกระบวนการ. สายเซลล์ที่ได้รับการปรับปรุงทางเมตาบอลิซึมสามารถเข้าถึง 110 g/L ใน ถังปฏิกรณ์แบบ fed-batch ขนาด 20 m³, เมื่อเปรียบเทียบกับ 7.0 g/L สำหรับเซลล์ชนิดป่าก่อนที่การยับยั้งแอมโมเนียจะเริ่มมีผล [1] .
การไหลเวียนสามารถผลักดันได้มากขึ้น โดยใช้เครื่องมือกักเก็บเซลล์เช่นตัวกรองการไหลแบบสลับทิศทาง (ATF) ความหนาแน่นของเซลล์ในสภาวะคงที่สามารถเข้าถึง 195 g/L ที่ประมาณ หนึ่งปริมาตรถังต่อวัน [1] . การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เศรษฐศาสตร์เปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว เพราะขนาดของเรือยังคงเดิมในขณะที่ผลผลิตเพิ่มขึ้น
การควบคุมกระบวนการมีความสำคัญไม่แพ้กัน การควบคุมการตอบสนองของ กลูโคส และ pH ช่วยจำกัดการสะสมของ แลคเตท และ แอมโมเนีย ซึ่งขยายช่วงเวลาที่สามารถใช้งานได้ของการผลิตแต่ละครั้ง [1] . พูดตรงๆ เรือที่ใหญ่ขึ้นจะไม่แก้ไขช่วงเวลาการทำงานที่อ่อนแอ ล็อคช่วงเวลาการทำงานก่อนที่จะตัดสินใจใช้เรือที่ใหญ่ขึ้น การวางแผนการดำเนินงานเพื่อลดเวลาหยุดทำงานและความเสี่ยงของการปนเปื้อน ผลผลิตที่สูงขึ้นบนกระดาษมีความหมายเพียงเล็กน้อยหากกระบวนการไม่สามารถดำเนินการได้อย่างสะอาดจากชุดหนึ่งไปยังอีกชุดหนึ่ง การตรวจสอบ CIP/SIP, ท่อปลอดเชื้อ และการสอบเทียบเซ็นเซอร์ตามปกติเป็นไปตาม แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับความปลอดเชื้อของสื่อ และช่วยลดการสูญเสียชุดการผลิต นี่คือจุดที่การขยายขนาดมักจะกลายเป็นเรื่องที่ต้องปฏิบัติจริงอย่างเจ็บปวดกระบวนการอาจดูดีในระหว่างการพัฒนา แต่สูญเสียเงินในระดับโรงงานเนื่องจากเวลาหยุดทำงาน เหตุการณ์การปนเปื้อน หรือการเบี่ยงเบนในการอ่านค่าของเซ็นเซอร์ที่กินเวลาในการทำงานหากการยับยั้งแคแทบอลไลต์เกิดขึ้นระหว่างการทำงานและอัตราการเติบโตลดลง มักจะถูกกว่าที่จะหยุดชุดการผลิตและเริ่มต้นใหม่ที่อัตราการเติบโตที่ไม่ถูกยับยั้งมากกว่าที่จะรักษาการทำงานที่ลดลงต่อไป [1]. การตัดสินใจนั้นขึ้นอยู่กับข้อมูลกระบวนการแบบเรียลไทม์ ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องมีมุมมองที่ชัดเจนเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นภายในภาชนะ ไม่ใช่มุมมองที่ล่าช้าหรือบางส่วน
วินัยในการจัดซื้อและการเข้าถึงซัพพลายเออร์สำหรับอุปกรณ์และวัสดุเฉพาะทาง
เมื่อหน้าต่างกระบวนการถูกกำหนดแล้ว การจัดซื้อจำเป็นต้องสนับสนุน ไม่ใช่ล้ำหน้า
ข้อผิดพลาดทั่วไปในการขยายขนาดคือการสร้างมากเกินไปก่อนที่สมมติฐานของกระบวนการจะได้รับการพิสูจน์การวิเคราะห์ทางเทคโนโลยีและเศรษฐศาสตร์ก่อนการใช้งานเต็มรูปแบบช่วยกำหนดผลผลิตและความหนาแน่นที่ขนาดเครื่องปฏิกรณ์แต่ละขนาดสามารถรองรับได้ [2]. สิ่งนี้ช่วยให้ทีมสามารถจัดการความจุโดยอิงจากข้อมูลกระบวนการที่ได้รับการยืนยันแทนที่จะเป็นเป้าหมายการผลิตที่คาดหวัง
ในจุดนั้น วินัยในการจัดหามีความสำคัญ ใช้
สิ่งที่โมเดลต้นทุนเชิงพาณิชย์ที่ใช้งานได้ต้องการ
บทบาทของการสร้างแบบจำลองทางเทคโนโลยีและเศรษฐศาสตร์ก่อนการใช้งานเต็มรูปแบบ
ข้อจำกัดในการดำเนินงานเหล่านั้นมีความสำคัญก็ต่อเมื่อโมเดลต้นทุนเชิงพาณิชย์สะท้อนถึงข้อจำกัดเหล่านั้นอย่างแท้จริง กล่าวอย่างชัดเจน โมเดลต้นทุนเชิงพาณิชย์มีความมั่นคงเท่ากับสมมติฐานที่อยู่ภายใต้เท่านั้นก่อนที่ทีมใดจะลงทุน ต้องทดสอบความกดดันของตัวแปรที่ขับเคลื่อนเศรษฐศาสตร์หน่วย: ความเข้มข้นของสื่อ, การใช้ไบโอรีแอคเตอร์, ความต้องการสาธารณูปโภค, ภาระการบำรุงรักษา, และความเสี่ยงจากการปนเปื้อน.
นั่นคือที่มาของการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์เทคโนโลยี หรือ TEA. TEA ควรประเมินขีดจำกัดทางชีวภาพ, ความต้องการสาธารณูปโภค, และเวลาหยุดทำงานร่วมกัน. จุดประสงค์คือการเปลี่ยนข้อจำกัดเหล่านั้นให้เป็นการตัดสินใจลงทุน ไม่ใช่ปล่อยให้ถูกฝังอยู่ในบันทึกทางวิศวกรรม.
ค่าใช้จ่ายทั่วไปของสถานที่ต้องอยู่ในโมเดลตั้งแต่วันแรกเช่นกัน. การบำรุงรักษา, ประกันภัย, และค่าใช้จ่ายคงที่อื่น ๆ เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว. เช่นเดียวกับค่าแรง, ปัจจัยค่าใช้จ่ายทุน, และความต้องการสาธารณูปโภคสำหรับการทำความเย็นที่ความหนาแน่นของเซลล์สูง. หากไม่มีการสร้างโมเดลของข้อมูลเหล่านี้ก่อนการก่อสร้าง กรณีธุรกิจมักจะประเมินผลผลิตสูงเกินไปและประเมินค่าใช้จ่ายทั่วไปต่ำเกินไป.
เมื่อโมเดลสะท้อนความเป็นจริงของโรงงานแล้ว การจัดซื้อจำเป็นต้องสอดคล้องกับมัน.
ประเด็นสำคัญสำหรับการตัดสินใจทางการค้า
ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อค่าใช้จ่ายคือ สื่อการเจริญเติบโต, อุปกรณ์, สิ่งอำนวยความสะดวก, และประสิทธิภาพการดำเนินงาน - และการขยายขนาดทำให้แต่ละอย่างยากต่อการจัดการมากขึ้น ข้อจำกัดทางวิศวกรรมเกี่ยวกับการถ่ายโอนออกซิเจน, การกำจัด CO₂, และการผสมไม่ได้หายไปเมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น พวกมันจะเข้มงวดขึ้น โครงสร้างพื้นฐานด้านความปลอดเชื้อ รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม 316L, การขัดเงาด้วยไฟฟ้า, และระบบ CIP/SIP อัตโนมัติ เพิ่มต้นทุนทุนหลัก [1].
วิธีการควบคุมต้นทุนที่แข็งแกร่งที่สุดประกอบด้วยสามส่วน:
- การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการแก้ไขปัญหาการขยายขนาด
- การขยายกำลังการผลิตอย่างระมัดระวัง
- การจัดหาวัตถุดิบเฉพาะทางที่เชื่อถือได้
การขยายขนาดจะทำงานได้ก็ต่อเมื่อโมเดลตรงกับความเป็นจริงของกระบวนการและการจัดซื้อจัดจ้างตามข้อมูลกระบวนการ
คำถามที่พบบ่อย
ทำไมการใช้ไบโอรีแอคเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้นถึงไม่ลดต้นทุนต่อหน่วยเสมอไป?
การขยายขนาดอาจทำให้เกิดความไม่มีประสิทธิภาพใหม่ๆ ในไบโอรีแอคเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้น การควบคุมสภาวะของกระบวนการอย่างเข้มงวดจะยากขึ้น อาจจำเป็นต้องมีการเติมอากาศอย่างกระตือรือร้น ซึ่งอาจทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นและเพิ่มความเสี่ยงต่อความเสียหายจากแรงเฉือน
ระบบขนาดใหญ่ยังอาจประสบปัญหาการผสมที่ไม่ดี ขีดจำกัดการถ่ายโอนมวล ความแปรปรวนระหว่างชุด และความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนที่สูงขึ้น ดังนั้นต้นทุนต่อหน่วยจึงขึ้นอยู่กับมากกว่าขนาดเพียงอย่างเดียว แต่ยังรวมถึงต้นทุนของสื่อ สรีรวิทยาของเซลล์ และการควบคุมกระบวนการที่เชื่อถือได้
อะไรที่มักจะจำกัดผลผลิตก่อนในระดับการค้า?
ในระดับการค้า ผลผลิตมักจะถูกจำกัดก่อนโดยระยะที่คุณสามารถขยายกระบวนการ การผลิตเซลล์จำนวนมาก เซลล์สัตว์เติบโตช้ากว่าเซลล์จุลินทรีย์ ดังนั้นปริมาณการผลิตในช่วงแรกอาจถึงเพดานเร็วกว่าที่หลายทีมต้องการ
ระบบขนาดใหญ่ยังคงพบกับข้อจำกัดในการ ถ่ายโอนมวล ในทางปฏิบัติ การเติมแก๊สและการกวนต้องมีการปรับสมดุลอย่างระมัดระวัง หากผลักดันการถ่ายโอนออกซิเจนมากเกินไป จะเพิ่มแรงเฉือน หากลดลงมากเกินไป เซลล์อาจไม่ได้รับสิ่งที่ต้องการ การแลกเปลี่ยนนี้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้นกับเซลล์สัตว์ที่บอบบาง ซึ่งทนต่อความเครียดจากไฮโดรไดนามิกได้น้อยกว่าจุลินทรีย์มาก
เมื่อใดที่ TEA ควรเป็นแนวทางในการตัดสินใจขยายขนาด?
TEA ควรเป็นแนวทางในการตัดสินใจขยายขนาดเมื่อทีมออกแบบและสร้างระบบไบโอรีแอคเตอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงและต้องการการสร้างแบบจำลองเชิงพยากรณ์เพื่อทดสอบความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ
มันช่วยให้ทีมประเมินการออกแบบสถานที่ ปริมาตรการทำงานของไบโอรีแอคเตอร์ และมาตรการประหยัดต้นทุนก่อนการใช้จ่ายเงินทุนหลัก นอกจากนี้ยังช่วยให้พวกเขาเปรียบเทียบสถานการณ์การผลิตและกลยุทธ์การดำเนินงาน เพื่อให้สามารถปรับสมดุลการใช้พลังงานกับความต้องการของกระบวนการ
