對話

你是否想過，工廠煙囪里冒出的，可能不僅是尾氣，還是“原料”？我國“十五五”規(guī)劃建議提出，要推動科技創(chuàng)新和產業(yè)創(chuàng)新深度融合，而首鋼朗澤這項名為“含碳工業(yè)尾氣生物發(fā)酵制乙醇及微生物蛋白”的技術，就是一個鮮活的樣本。如今，這項技術早已走出實驗室，布局全國，成為了年產萬噸的大產業(yè)。

本期“對話”欄目，中國科協(xié)之聲邀請北京首鋼朗澤科技股份有限公司副總經理、研發(fā)團隊負責人晁偉，請他介紹“吃尾氣”細菌的“綠色魔法”。

人物簡介

晁偉，北京首鋼朗澤科技股份有限公司副總經理、研發(fā)團隊負責人，高級工程師。

工廠的尾氣、汽車的油箱、養(yǎng)殖場的飼料，這三者之間有什么聯(lián)系？答案是：一種“吃尾氣”的細菌。這種名為乙醇梭菌的“超級工人”，被科研人員“聘請”到巨大的工業(yè)發(fā)酵罐中，它們以尾氣為食，在數秒內就能將其轉化為兩種“寶藏”——生物發(fā)酵制乙醇及微生物蛋白。這場靜默而高效的“魔術”，正在重塑我們對資源與廢棄物的想象。

細菌“魔術師”：

吃下尾氣，吐出“寶藏”
“1994年，比利時的科學家在兔子腸道里發(fā)現了一種特別的細菌，命名為‘乙醇梭菌’。它的‘超能力’在于，能吃掉氣體中的一氧化碳、二氧化碳，高效地轉化成乙醇等化學品。”晁偉介紹。

這些細菌就像一群“超級工人”，在大型發(fā)酵罐中日夜工作。整個流程可簡化為三步：收集并凈化工業(yè)尾氣；細菌在發(fā)酵罐內“進食”并轉化；分離提純，得到生物乙醇和優(yōu)質的飼料蛋白。

工業(yè)尾氣生物轉化集成生產流程示意圖

一個意外發(fā)現拓寬了這項技術的應用邊界。“在中試過程中，我們發(fā)現蒸餾系統(tǒng)總是運行不暢，”晁偉回憶，“技術人員在一次檢修中把蒸餾塔拆開后，發(fā)現塔板上附著了很多黏稠物質?！?/p>

檢測結果顯示，這些黏稠物質的蛋白質含量達80%以上，非常適合做蛋白飼料。但是從“適合做”到“真的做到”中間，還有很長的路要走。

晁偉回憶，當時他們面臨著很多擔憂和質疑：“微生物蛋白想用作飼料原料，需經過農業(yè)農村部嚴格的安全論證和批準，這論證一做就得好幾年，花費不小，而且不一定有好的結果。你們還要堅持做嗎？”答案是肯定的。憑借著“咬定青山不放松”的精神，團隊開始了長達六年的攻關之路。

闖過三道“安全關”

將含有復雜成分的工業(yè)尾氣，最終轉化為可以進入動物飼料鏈的蛋白質，最大的挑戰(zhàn)之一是如何確保安全性。對一個新的微生物蛋白而言，其安全性主要從三個方面體現：原料安全性、菌種安全性和產品安全性。

第一關：源頭凈化——為細菌備好“安全餐”

“當時負責評審的專家來自各個不同領域，關心的角度都不一樣?！标藗セ貞洠捌渲幸晃换ゎI域專家就提出，這些作為原料的工業(yè)尾氣中有沒有有毒的雜質？”

為了給細菌備好“安全餐”，團隊將原料氣的深度凈化列為關鍵技術難題，研發(fā)了專門的凈化工藝。就像為挑剔的食客準備一頓安全可口的大餐，他們必須先對“食材”（工業(yè)尾氣）進行精細篩選和清洗，去除其中可能存在的有害物質。這不僅是為了讓后續(xù)的發(fā)酵菌種能“吃得健康”、穩(wěn)定工作，更為了從源頭杜絕有害雜質殘留于最終產品的可能性，確保原料安全。

第二關：菌種管控——保證“超級工人”的健康

核心菌種“乙醇梭菌”的安全性是整個體系的基石。晁偉說：“很多菌種會含有致病基因或代謝出一些有毒有害的物質。一個新菌種，必須做系統(tǒng)評價?！?/p>

因此，團隊對菌種進行了規(guī)范化的“全生命周期”管理：平時，菌種以凍干粉形式“沉睡”于專用容器中，減少污染和變異風險；需要投入生產時，再將其喚醒、活化。通過精準的工藝控制，一次接種即可保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行半年以上。同時，在生產中通過集控中心實時監(jiān)控菌種代謝指標，根據其生長周期調節(jié)溫度、壓力和營養(yǎng)供給，確保菌種始終處于穩(wěn)定的健康狀態(tài)。

第三關：多維驗證——多種方式驗證產品安全性

除了通過生產工藝閉環(huán)控險，為了驗證產品安全性，團隊還與飼料行業(yè)相關高校、科研院所聯(lián)手，針對乙醇梭菌蛋白開展大量安全性試驗。不僅要檢測重金屬、有害微生物等指標，還通過多種養(yǎng)殖魚類做飼喂實驗，驗證其對動物的安全性和有效性
團隊用近6年時間，針對專家關心的重金屬、特定化合物殘留、菌種毒性、養(yǎng)殖安全性等方面，補充了大量實驗和數據。經過4次嚴格評審后，乙醇梭菌蛋白終于獲得了農業(yè)農村部頒發(fā)的中國首張飼料原料新產品證書。

中國首張飼料原料新產品證書

從“0到1”的突破，到“1到N”的布局

“在生物技術領域，從實驗室走到工業(yè)化生產，需跨越‘死亡谷’，可謂‘九死一生’。”晁偉坦言。

最初的挑戰(zhàn)來自菌種適應性。在實驗室理想環(huán)境中培養(yǎng)的菌種，難以適應復雜的工業(yè)環(huán)境?！皠傞_始接觸工業(yè)尾氣的菌種存活時間也就幾天，根本無法保證工業(yè)化生產。”晁偉說。

研發(fā)團隊通過24小時不間斷跟蹤發(fā)酵數據，調整控制參數，最終探索出了最適合菌種生長的條件，使菌種存活時間從幾天增加到最長300天以上，為工業(yè)化生產打下了良好的技術基礎。

系統(tǒng)集成是另一大挑戰(zhàn)?！吧锇l(fā)酵和傳統(tǒng)化工不同，不是定好氣量、溫度和反應條件等就能按照所想的方向發(fā)展?！标藗ソ忉?，“因為生物內部代謝路徑多，會出現很多變化。”

研發(fā)團隊通過持續(xù)試驗優(yōu)化，成功打通了從原料氣預處理、發(fā)酵、產品分離到廢水處理的全系統(tǒng)工藝流程，實現了技術的工業(yè)化應用。

乙醇梭菌蛋白

2018年5月，全球首套鋼鐵工業(yè)尾氣生物發(fā)酵制乙醇及蛋白工業(yè)化裝置在河北曹妃甸正式投產。在國際上率先實現了氣體發(fā)酵技術“從0到1”的突破。

在此之后，團隊開始著力推進該項技術“從1到N”的快速復制和推廣。從寧夏到貴州，他們成功解決了成分更加復雜的鐵合金尾氣帶來的一系列問題，建起鐵合金一氧化碳尾氣制蛋白工廠。如今，首鋼朗澤在全國已建成四大生產基地，成為國內最大的非糧生物乙醇及蛋白生產企業(yè)。

飼用豆粕難題的另一種解法

豆粕作為飼料的主流蛋白原料，在養(yǎng)殖業(yè)的使用量持續(xù)增長，加劇了我國對進口大豆的依賴。然而，在極端氣候頻發(fā)與國際經貿形勢復雜的雙重影響下，大豆進口供應鏈的穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，存在被“卡脖子”的風險，威脅著糧食安全。因此，近年來我國積極推動飼用豆粕減量替代，其中，開發(fā)更多蛋白飼料資源被視為一條重要路徑。

“通過工業(yè)尾氣產乙醇，在這一過程中生產出的乙醇梭菌蛋白，突破了植物蛋白合成的時空限制，節(jié)約了糧食和耕地，是向微生物要蛋白的有效舉措，對降低大豆及高端魚粉的進口依賴度、保障糧食安全具有重要意義。”晁偉說。

市場也給予了積極反饋。目前，首鋼朗澤的乙醇梭菌蛋白產品已獲批應用在魚類、肉禽、仔豬飼料添加中，并與國內多家飼料生產及養(yǎng)殖企業(yè)達成合作關系?！拔覀兊牡鞍罪暳袭a品已經在市場上應用得非常成熟了。有些大型水產養(yǎng)殖場，還會使用我們的飼料來飼養(yǎng)一些特種或高端水產，比如黑鯛、鱸魚等?！标藗ソ榻B。

工業(yè)尾氣制蛋白工廠

“含碳工業(yè)尾氣生物發(fā)酵制乙醇及微生物蛋白”技術，實現了工業(yè)尾氣到飼料蛋白的跨界轉化，為破解飼用豆粕難題、保障糧食安全提供了一種新的解法。如今，首鋼朗澤在全國已建成四大生產基地，在乙醇和蛋白上的總產能規(guī)模分別能達到21萬噸/年、2.3萬噸/年，實現減排二氧化碳50萬噸/年、節(jié)約糧食60萬噸/年、節(jié)約耕地約170萬畝/年。

隨著新一代菌株研發(fā)、人工智能等新技術在產業(yè)中的應用，飼用蛋白的供給能力將持續(xù)升級，為我國筑牢糧食安全防線提供強有力的科技支撐。

訪談手記：

在科研探索中，“從0到1”的靈光一閃過后，還有一條漫長的“從1到N”的產業(yè)化之路。晁偉及其團隊的故事，正是這條路的生動注腳。他們的工作，更多的是深入真實世界的復雜肌理，去經歷無數具體而微的“摩擦”：或許是不同工廠尾氣成分的細微波動，或許是為使菌種多存活一天而進行的成百上千次實驗。

在訪談過程中，晁偉回憶起那些遭遇質疑、經歷失敗甚至被“潑冷水”的時刻，除了感慨，更多的是戰(zhàn)勝困難的自豪。他們闖過了一道道“關卡”，而正是這些看似瑣碎卻至關重要的跋涉，才讓最初那縷珍貴的“靈光”，在更多地方閃亮。