鄭丹　陳子佩　黃緒耕　程琳

“理想很美好，現實很殘酷?！毙履茉串a業(yè)的發(fā)展，一直存在制約。

無論是太陽能、風能能否挑起國內的發(fā)電重任，還是氫能能否脈動中國，都要求在技術進步的推動下，讓能源使用成本達到用戶能夠接受的價格水平。微藻生物技術，也是如此。

微藻生物技術離大規(guī)模實際應用還有多遠？

“我們的目標就是要讓微藻脫硝組合工藝真正實現技術經濟合理，盡早實現工業(yè)化推廣?！敝袊瘓F首席專家、微藻方向973項目首席科學家、石科院微藻領域科研工作責任專家宗保寧表示。

為了1%的可能

魚躍龍門，可能嘗試過千百次的跳躍。

鳳鳴九天，可能經歷過千百回的啼囀。

“我們設計了N種光生物反應器，在養(yǎng)殖過程中也提出了N種工藝方案。但是，很多都是試錯性的。100次實驗中，前99次都是無解的?！敝袊突た茖W研究院（簡稱石科院）新能源研究所所長、微藻生物技術團隊帶頭人榮峻峰表示。

科研的過程就是如此艱辛！

在微藻技術團隊開始研發(fā)的時候，國內雖然有現成的微藻技術，但大都是采用生物工程技術制造保健品用，比如高檔保健品螺旋藻片?！斑@些技術相對很成熟，但是能耗高、成本高，我們必須有自己的創(chuàng)新?！睒s峻峰說。這意味著，微藻技術和工藝的攻關，要走一條前人和其他行業(yè)沒有走過的路。

經過學習和調研，微藻技術團隊從現有的技術中發(fā)掘了痛點和問題。針對這些痛點和問題，他們要給出一個又一個解決方案。

這個過程是反反復復的。就像達芬奇學畫雞蛋，在日復一日的單調和重復中，最終畫出了最好的圖畫。

一次，他們終于看到一株藻漂起來了。這說明他們選對了藻種?！俺晒α?！”他們?yōu)橹畾g呼的成功，來之不易。

他們還發(fā)現，蛋白核小球藻與螺旋藻等藻種的蛋白質含量達到40%～70%，遠高于大多數藻種的蛋白質含量……

“養(yǎng)微藻就跟種莊稼一樣，種瓜得瓜種豆得豆，首先得選擇好種子。可以說，藻種的篩選是我們的一個獨門絕技?！睒s峻峰說。藻種問題解決了之后，他們利用淡水和海水都進行了上千平方米規(guī)模的養(yǎng)殖。

微藻養(yǎng)殖工藝，是微藻技術研發(fā)過程中面臨的一個主要的困難。

微藻養(yǎng)殖需要使用光生物反應器，就是養(yǎng)殖微藻的裝置。光生物反應器主要有開放式和封閉式兩種。目前，廣泛應用的是開放式光生物反應器中的跑道池，其結構為帶有槳輪的跑道型淺池，池中盛放著養(yǎng)殖的藻液，藻液的厚度一般為15～30厘米。藻液在槳輪的驅動下沿著跑道池流動。微藻就沐浴著光，發(fā)揮光合作用，迅速生長。但是這種模式能耗很高，光能利用率低，生長效率也較低，必須有突破和創(chuàng)新。

石科院新能源研究所高級工程師郄鳳翔介紹說，微藻是一種怕冷的生物，喜熱不喜冷。所以，冬天時，他們特別害怕微藻會因為不耐寒而影響?zhàn)B殖效果。當溫度在十一二攝氏度或者以下時，他們就要給微藻“保溫”，比如他們嘗試過用加熱帶把反應器包裹起來讓溫度升高。這使養(yǎng)殖工作在冬天也能正常地開展了。

此外，研發(fā)團隊還通過溫度測控系統(tǒng)、補氣-pH反饋測控系統(tǒng)以及培養(yǎng)液控制系統(tǒng)，達到了提高CO2利用率、控制培養(yǎng)液pH，最終實現了提高微藻產率的目的。

群策群力，智慧碰撞。就像跑道池中的藻液在生生不息地流動，微藻生物技術團隊對養(yǎng)殖技術的認識也在不斷提高。

“在跑道池養(yǎng)殖的微藻吸收光的效率并不高，正午時候也就能用到大概20%，剩下80%的光是被白白浪費掉的。”榮峻峰說。

為了解決微藻對光的利用率不高影響產率的問題，負責這項工作的郄鳳翔和同事對光反應器進行了優(yōu)化和改造，提高了自然光的利用效率。

除了自然光，微藻養(yǎng)殖所需的光源還可以用其他能源轉化而來。比如，利用LED光源在室內養(yǎng)殖微藻。

“在微藻養(yǎng)殖方面，我們進行了一些新的探索。相對于以前利用自然光進行的淺池養(yǎng)殖，我們開展了深池養(yǎng)殖即立體化養(yǎng)殖實驗。平衡好對光的使用，利用光的效率就會大幅提高?！笔圃涸洪L、黨委副書記、董事長、總經理李明豐介紹說。

研發(fā)永不止步

2020年，中國石化催化劑公司長嶺分公司建設運行了一套微藻脫硝示范裝置，采用的就是石科院的微藻脫硝成套工藝技術。

據介紹，催化劑公司長嶺分公司過去用還原的方法（尿素與NOX反應生成氮氣）處理催化劑生產裝置排放出高濃度的NOX，每年需投入上千萬元。

“我們的微藻脫硝技術是用氧化的辦法把NOX變成稀硝酸，直接投喂給微藻，脫硝率達到90%，還為企業(yè)節(jié)約了可觀的成本?！笔圃盒履茉囱芯克呒壒こ處?、催化劑公司長嶺分公司微藻脫硝示范課題負責人朱俊英表示。

除了催化劑公司長嶺分公司外，微藻技術團隊還在中國石化下屬的石家莊煉化建設了示范基地，在湖北化肥分公司進行了微藻處理含硝酸工業(yè)廢水試驗，都取得了理想的效果。

春華秋實，一年可見。但這項技術，卻是十年耕耘，開花結果。背后的，是數不清的付出。

在催化劑公司長嶺分公司微藻脫硝示范裝置即將開車的時候，因為疫情，石科院對研究人員出差有嚴格的規(guī)定。

“眼看示范裝置開車的時候快要到了，但是單位不允許出差，心里很是著急?！敝炜∮⒄f。所以，當疫情一有所緩和，朱俊英立即和同事提出了出差申請，結果得到了批準。機會難得，所以，她們去到示范裝置那里，就想把所有的問題都解決好了再回來。而這一待就是三個月?！盎丶視r，走前還沒有斷奶的我的小女兒都快不認識我了?！彼χf。

令微藻生物技術團隊欣喜的是，示范裝置一次開車成功。

“工業(yè)示范的成功，驗證了我們的技術可行性，同時也部分驗證了技術經濟性?！睒s峻峰說。

目前，江西一家環(huán)保有限公司已經通過技術許可取得了石科院微藻脫硝技術的使用權。他們計劃建造面積為1萬平方米的養(yǎng)殖基地，生產高蛋白螺旋藻。

研究表明，微藻每年可固定全球CO2固定量的40%以上，是地球生態(tài)系統(tǒng)中固碳的主力軍。一公頃的微藻一年可固碳220多噸，減碳效率是種樹的10倍以上。深度挖掘微藻的高固碳能力，通過增強自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力平衡碳循環(huán)，對于我國實現“碳中和”的目標意義重大。

“我現在的工作重點之一是解決微藻CCUS技術中的一些問題，如讓微藻在水體中盡可能多地吸收CO2，加快它的生長率。因為水體中的CO2濃度較低，對微藻的生長是一個限速因素。”朱俊英說。

黨的二十大提出，中國式現代化是人與自然和諧共生的現代化。而微藻脫硝成套工藝技術“用自然的方法解決自然的問題”，正好契合了這一主題。

同時，這一技術也符合中國石化踐行綠色高質量發(fā)展，以科技創(chuàng)新引領轉型升級的奮斗目標。

“我們的傳統(tǒng)煉廠或者化工廠可以利用微藻生物技術，以更為環(huán)保的方式處理好廢棄物排放，助力形成循環(huán)經濟體系。所以，我們還要通過技術進步，使微藻生物技術盡快占據成本優(yōu)勢?！弊诒幷f。

降本至每噸15000元

溯源地球上的蛋白質，均來自最原始的生命——微藻。

微藻在水體中相當于源初生產力。利用太陽做光合作用的微藻含有豐富的蛋白質和氨基酸。像蝦、魚這樣的浮游動物以微藻為食，而這些蝦和魚又是人類的食物，由此形成了一個生物鏈。

“用微藻做畜禽養(yǎng)殖和水產養(yǎng)殖飼料具有獨特的優(yōu)勢。作為傳統(tǒng)飼料中主要的蛋白質來源的豆粕缺少一些必要的維生素和色素，而這正是微藻中富含的?！睒s峻峰說。

根據微藻生物技術團隊的實驗，用蛋白核小球藻飼養(yǎng)一種名為黃辣丁的魚，魚的體色呈非常鮮艷的黃色，否則魚的體色呈灰白色。對于更加強調體色和品相的觀賞魚、寵物魚而言，蛋白核小球藻也是更為合適的飼料，它的價格甚至可以比寵物魚飼料還便宜。

實驗顯示，微藻產出的蛋白質含量與魚粉類似，其蛋白質含量占比為50%～60%，而且微藻中還含有豐富的維生素和有益的色素。但是，對于魚粉這種目前廣泛采用的高蛋白質飼料來說，微藻要想成為替代飼料，面臨著成本競爭的問題。所以，微藻技術團隊一直在做的，就是把成本再降降降。

“以魚粉為例，我國每年大約進口150萬噸魚粉。魚粉的到岸價格約為每噸12000元。我們的第一個目標是把微藻飼料的成本降到每噸15000元左右?！睒s峻峰說。

“任何一種技術，唯一的考察標準就是市場占有率。能夠占領市場的技術必須是生產成本和效率與現有技術相比具有優(yōu)勢的。所以，我們的微藻產蛋白質技術要做到和現有的大豆產蛋白質技術的成本接近。”宗保寧說。

一句話說到底，成本為王。成本決定了這項技術未來能否大規(guī)模實際應用。

降本，條條大路通羅馬。

宗保寧認為，要提高微藻產蛋白質的效率，需要從以前的農業(yè)方式生產蛋白質變成工業(yè)形式生產蛋白質，在減排CO2和NOX的同時做到減少占地面積，提高效率。

經過測算，采用石科院的微藻CCUS技術可以用2噸CO2出1噸微藻，但1噸的微藻需要占用1畝土地。

“為解決土地依賴和由此產生的成本，我們可以走另一條技術路線——如果只給微藻喂NOX而不喂CO2，那么，可以通過反應釜進行，僅需一個廠房即可?！睒s峻峰說。

在養(yǎng)殖微藻的過程中，他們不斷對光生物反應器進行優(yōu)化，研發(fā)出高效經濟的薄膜光生物反應器。這種新型的光生物反應器單元可長周期進行日光兼養(yǎng)養(yǎng)殖，不僅提高了小球藻的生長速率，也大大降低了反應器的成本。

雖然條條大路通羅馬，但每一條路都是拓荒。

使微藻產蛋白質技術全過程達到零排放同時降低成本，是又一個纏繞在微藻技術團隊心中的難題。

據介紹，微藻生物質的能耗約占成本的30%左右，是節(jié)能降耗的主要方面。微藻生物質生產過程中，能耗主要來源于養(yǎng)殖和干燥環(huán)節(jié)。

為了降低養(yǎng)殖過程中的能耗，微藻技術團隊從具有特殊性能的微藻藻種出發(fā)，充分利用藻細胞的特性，開發(fā)了微藻組合養(yǎng)殖工藝，避免了傳統(tǒng)微藻養(yǎng)殖過程中光照時藻細胞一直運行的弊端，大幅降低了微藻養(yǎng)殖能耗。同時，他們從市場所需產品特性入手，采取了以產品為目標的干燥方式，比單純干燥藻細胞提高了效率，降低了能耗。

十幾年的艱難拓荒，通過持續(xù)的技術進步，微藻生物技術的成本在不斷下降。

他們通過養(yǎng)殖裝置與模式的創(chuàng)新，將固定資產投資比現有技術降低了70%以上；通過養(yǎng)殖工藝創(chuàng)新，使成本占比較大的系統(tǒng)能耗降低了50%以上；通過資源循環(huán)利用技術創(chuàng)新實現了零排放與低成本，形成了項目的核心競爭力。

“我們正在提高采收的效率、干燥的效率等，通過對各個環(huán)節(jié)的過程強化來使成本逐步接近對標魚粉的水平。未來，如果國內對能源產品征收碳稅，加上我們的技術經濟性達到了令消費者接受的水平，就離大規(guī)模實際應用目標越來越近了?！弊诒幈硎?。

責任編輯：石杏茹