食品機械

2021年10月30日，我國又一項“全球首次”科研成果正式面世，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所與北京首鋼朗澤新能源科技有限公司（以下簡稱：北京首鋼郎澤）聯(lián)合宣布——我國已成功實現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質(zhì)的合成，并已形成萬噸級別的工業(yè)產(chǎn)能。

面對工業(yè)廢氣難以處理這一全球性問題，這一發(fā)現(xiàn)突破了天然蛋白質(zhì)植物合成的條件限制，彌補了我國農(nóng)業(yè)的最大短板，同時對助力碳中和、碳達峰、搶占全球工業(yè)廢氣處理這一制高點具有戰(zhàn)略性意義。

作為中國經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)鍵載體和重要動力，支撐制造強國戰(zhàn)略的核心載體，工業(yè)發(fā)展過程中不可避免地會遇到碳排放集中、工業(yè)廢氣難處理等情況，但如果能對其加以利用，定能從中“淘金”。

一、醇梭菌應(yīng)用最為成熟，已有萬噸級工業(yè)量產(chǎn)能力

據(jù)百科信息，工業(yè)廢氣，是指企業(yè)廠區(qū)內(nèi)燃料燃燒和生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的各種排入空氣的含有污染物氣體的總稱。這些廢氣有：二氧化碳、二硫化碳、硫化氫、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氫、一氧化碳、硫酸（霧） 鉛汞、鈹化物、煙塵及生產(chǎn)性粉塵，排入大氣，會污染空氣。這些物質(zhì)通過不同的途徑呼吸道進入人的體內(nèi)，有的直接產(chǎn)生危害，有的還有蓄積作用，會更加嚴重地危害人的健康。不同物質(zhì)會有不同影響。

上述種種污染物、可能對人體造成的嚴峻后果以及在日益嚴苛的環(huán)保要求和綠色發(fā)展理念下，煙道廢氣除塵、脫硫、脫硝……工業(yè)廢氣的處理成為了企業(yè)必須接受的挑戰(zhàn)和要求，更是相關(guān)從業(yè)者不得不跨越的關(guān)卡。在此背景下，我國也涌現(xiàn)出了一批批針對工業(yè)廢氣“變廢為寶”研究的企業(yè)和科研院所，以工業(yè)廢氣為原料“無中生有”，正在成為相關(guān)行業(yè)從業(yè)者的“新時尚”。35斗統(tǒng)計了我國部分從事工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為“二代產(chǎn)品”以及部分經(jīng)濟產(chǎn)物的相關(guān)企業(yè)以及科研成果。

目前，已擁有萬噸級的工業(yè)生產(chǎn)能力的北京首鋼郎澤算得上是工業(yè)廢氣處理中的“領(lǐng)跑者”，憑借乙醇梭菌蛋白，企業(yè)還獲得了我國第一張飼料原料新產(chǎn)品證書。

作為分離于兔子腸道的發(fā)酵菌種，乙醇梭菌能夠以含一氧化碳和二氧化碳的尾氣及氨水為原料，再歷經(jīng)液體發(fā)酵、離心等工序，獲得單細胞蛋白產(chǎn)物。農(nóng)科院飼料所團隊的系統(tǒng)分析對產(chǎn)物進行了更進一步的探索，科研人員表明乙醇梭菌蛋白結(jié)構(gòu)簡單，粗蛋白質(zhì)含量高達83%以上，18種氨基酸占蛋白質(zhì)比例達94%；蛋白質(zhì)消化率大于95%，在粗蛋白含量、部分氨基酸占蛋白質(zhì)比例上擁有其獨特的優(yōu)勢。同時，其所具有的10種必需氨基酸含量和結(jié)構(gòu)比例接近魚粉、遠優(yōu)于豆粕的特性也讓其能夠被大量應(yīng)用于飼料中。

在可預(yù)見的將來，這一技術(shù)的“小荷微露”對改善我國大豆需要大量進口的現(xiàn)狀提供了解決思路，并且還能降低養(yǎng)殖戶的飼料成本。同時，其對減碳，助力碳中和、碳達峰也有著重要意義。作為工業(yè)排放尾氣中的“?？汀保谎趸己投趸荚诠I(yè)廢氣中所占比例較大，這項研究成果能夠充分對這些廢氣進行利用，“憑空”制造出蛋白質(zhì)、飼料等經(jīng)濟產(chǎn)物，不僅解決了碳排放的煩惱，還實現(xiàn)了飼料生產(chǎn)，真正是一舉多得。

據(jù)媒體報道，目前河北首朗郎澤已擁有年產(chǎn)蛋白5000噸的能力，同時，全球首套鐵合金工業(yè)尾氣生物發(fā)酵裝置也已經(jīng)于2021年5月在寧夏平羅縣試運行成功，同樣具備蛋白5000噸的年產(chǎn)量。

據(jù)專家估算，工業(yè)化生產(chǎn)1000萬噸乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%），即相當于進口大豆的2800萬噸（蛋白含量30%）當量，這些舉措可減少二氧化碳排放2.5億噸。這一成果如果能大規(guī)模地在相關(guān)企業(yè)間進行推廣，不僅開辟了一條低成本且能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料蛋白質(zhì)的新道路，假以時日，這還將演變?yōu)橐粓鎏佳h(huán)、碳利用、碳捕集的革命。

整體來看，據(jù)有關(guān)專家表示，我國鋼鐵冶金、石化煉油、電石等行業(yè)，其年產(chǎn)工業(yè)尾氣的數(shù)量已達萬億立方米之多，如能將其中的50%加以利用，可年產(chǎn)乙醇5000萬噸、飼料蛋白500萬噸，減少二氧化碳排放1.25億噸，節(jié)約糧食1.6億噸，相當于4億畝耕地的年產(chǎn)量。

二、海外學(xué)術(shù)研究和公司起步較早，明星公司LanzaTech融資超3億美元

數(shù)量驚人的工業(yè)廢氣處理不僅是中國、更是全球都必須突破的一道難關(guān)，面對如此龐大的市場和工業(yè)廢氣排放量，全球各國和地區(qū)也緊鑼密鼓地開啟了針對工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化的研究，以期在將來的博弈中搶占戰(zhàn)略制高點。35斗統(tǒng)計了目前全球范圍中部分研究團隊對工業(yè)廢氣進行處理進而生成部分經(jīng)濟產(chǎn)物。

眾多企業(yè)和機構(gòu)讓人類看到了工業(yè)廢氣再利用的另一種可能，工業(yè)廢氣的去向也不再是從前的“歸去山林”。在人們探索工業(yè)廢氣處理的過程中，其間也誕生出了不少“明星企業(yè)”，其中就包括2005年成立于新西蘭的LanzaTech。

LanzaTech技術(shù)處理示意圖

圖片來源：LanzaTech官網(wǎng)

此前，美國的生物燃料出版月刊發(fā)表的年度排行榜將LanzaTech評為世界上最熱門的生物能源公司，之后，LanzaTech的身影就常常出現(xiàn)在“50 家生物經(jīng)濟熱門公司”的榜單上。作為一家基于氣體發(fā)酵技術(shù)的碳回收商，LanzaTech將工業(yè)廢氣等非食物、低價值的氣體轉(zhuǎn)化為丁二醇或者乙醇，隨后再進行深度的處理。目前，其利用合成生物學(xué)技術(shù)成功實現(xiàn)了廢碳源發(fā)酵產(chǎn)生乙醇、用乙醇制成FENCTOPGREENBio3-PET纖維等。

LanzaTech的所開發(fā)的技術(shù)能還將鋼廠產(chǎn)生的富碳廢氣轉(zhuǎn)化為其他基本化學(xué)品。2013年，西門子冶金技術(shù)部與LanzaTech達成了合作，在此之后的十年間，其計劃向全球鋼鐵行業(yè)提供環(huán)保解決方案；2018年5月，以富碳氣體為原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)也正式在河北省曹妃甸京唐鋼廠正式投入商用；上文提到的北京首鋼郎澤也與LanzaTech香港有限公司達成了合作；除此之外，LanzaTech還與維珍集團、聯(lián)合利華等建立了合作關(guān)系。

根據(jù)Crunchbase數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過8輪融資，LanzaTech已獲得總額超過3億美元的投資，其背后投資者不乏Khosla Ventures、K1W1、啟明創(chuàng)投等的身影，也浮現(xiàn)出了中國國際投資公司（CITIC）和中石化資本等中國投資者的影子。LanzaTech還將領(lǐng)域拓展到了航空業(yè)、家庭護理等多個領(lǐng)域，其產(chǎn)品也基本涵蓋了航空燃料、香水、洗衣粉和家用清潔劑等，可謂是工業(yè)廢氣處理企業(yè)中的“尖子生”。

LanzaTech 正利用基因測序和編輯技術(shù)為合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)添磚加瓦。在實驗室中，科研人員以專業(yè)知識為工具，已成功地誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因細菌生產(chǎn)50余種不同的工業(yè)碳氫化合物，下一步，企業(yè)正踏入丙酮和異丙醇進入商業(yè)化的進程。

35斗也期待，在未來能有更多更好技術(shù)更加先進的企業(yè)在工業(yè)廢氣處理這一賽道上涌現(xiàn)出來，為全人類的健康和環(huán)保事業(yè)做貢獻。

三、行業(yè)尚存安全性、量產(chǎn)應(yīng)用等諸多問題，可與“雙碳”目標契合

目前，工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)物中所用最多的原料是一氧化碳、二氧化碳以及部分碳氫混合物，因此，碳捕集利用與封存技術(shù)（ Carbon Capture, Utilization and Storage，以下簡稱 CCUS）也成為了目前工業(yè)廢氣大批量處理中常用的一種技術(shù)?！秶摇笆濉笨茖W(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中也提及了“要發(fā)展二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)”。不過，CCUS也存在一些隱患，比如氣體泄露問題、不穩(wěn)定、技術(shù)難度大、成本高昂、缺乏全流程示范經(jīng)驗等，而在我國，則是有著CCUS相關(guān)設(shè)施數(shù)量較少、項目規(guī)模較小等桎梏。

圖片來源：華寶證券創(chuàng)新部圖

盡管目前的CCUS還存在大量的痛難點，然而，痛難點中所蘊藏著的，不只是夜以繼日的研究和孜孜不倦的千百遍試驗，還有的是將痛難點攻克之后的柳暗花明和工業(yè)廢氣處理的快速發(fā)展。

首先是化石燃料和能源生產(chǎn)的過程中捕捉和封存二氧化碳所產(chǎn)生的成本極其昂貴；其次，作業(yè)地點必須經(jīng)過嚴格考察，不能因某些人為或自然因素造成相關(guān)氣體的逸散，運輸和處理這些氣體時所需要用到的管道和相關(guān)設(shè)施須經(jīng)過標準化檢驗；再次，在陸地上進行作業(yè)，民眾或會產(chǎn)生抵觸情緒；最后，則是技術(shù)的“卡脖子”，CCUS部分核心技術(shù)掌握在歐美等國家手上，我國還需加快科研進度，迎頭趕上，與國際先進水平齊平。

盡管上述難題成為了工業(yè)廢氣處理的阻礙，但相關(guān)工業(yè)企業(yè)仍可以憑借CCUS打造“第二生長曲線”，激發(fā)內(nèi)生生長動力；在“碳中和”背景下，我國工業(yè)行業(yè)有著龐大的減排需求，能使得CCUS快速增長；最后，在有關(guān)政策的推動下，也能提升企業(yè)和機構(gòu)破解難題的積極性，假以時日，定能打贏CCUS這場硬仗。

無限未來，無限可能。一項項全新的技術(shù)就如同匯成大海的一滴滴水，當技術(shù)和成果各就其位，百川歸海，奔涌的浪花才能承托起工業(yè)廢氣處理這艘巨輪，勇往直前，乘風破浪。

參考資料：

[1]《曹妃甸首鋼朗澤全球首套工業(yè)尾氣生物固碳項目顯奇效》

[2]《轉(zhuǎn)化工業(yè)廢物為藻類生物質(zhì)，生物技術(shù)初創(chuàng)獲1100萬歐元融資》

[3]《國際最新研究：工程細菌可“變廢為寶”用工業(yè)廢氣生產(chǎn)化工原料》

[4]《工業(yè)之美｜這座全球最大的二氧化碳工廠，將廢氣做成化肥和飲料》

[5]《繼獲中石化投資之后，碳回收技術(shù)明星公司LanzaTech再拓合作品牌》

[6]《合成生物學(xué)碳捕捉全球第一股「LanzaTech」估值22億美元即將上市》

[7]《應(yīng)對氣候變化，碳捕集和利用難在哪兒》

[8]《對話LanzaTech：碳固定技術(shù)如何成為制造業(yè)的下一個明星？》