鄭丹　陳子佩　黃緒耕　程琳

“理想很美好，現(xiàn)實很殘酷?！毙履茉串a(chǎn)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(nèi)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(xiàn)技術經(jīng)濟合理，盡早實現(xiàn)工業(yè)化推廣。”中國石化集團首席專家、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(jīng)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(nèi)雖然有現(xiàn)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(jīng)過學習和調(diào)研，微藻技術團隊從現(xiàn)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(diào)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。“成功了！”他們?yōu)橹畾g呼的成功，來之不易。

他們還發(fā)現(xiàn)，蛋白核小球藻與螺旋藻等藻種的蛋白質(zhì)含量達到40%～70%，遠高于大多數(shù)藻種的蛋白質(zhì)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?？梢哉f，藻種的篩選是我們的一個獨門絕技。”榮峻峰說。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(jié)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(qū)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(xiàn)了提高微藻產(chǎn)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?！睒s峻峰說。

為了解決微藻對光的利用率不高影響產(chǎn)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(zhuǎn)化而來。比如，利用LED光源在室內(nèi)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(jīng)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(jù)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(chǎn)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(jié)果。背后的，是數(shù)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(jié)果得到了批準。機會難得，所以，她們?nèi)サ绞痉堆b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(jīng)濟性。”榮峻峰說。

目前，江西一家環(huán)保有限公司已經(jīng)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(chǎn)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(xiàn)“碳中和”的目標意義重大。

“我現(xiàn)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?！敝炜∮⒄f。

黨的二十大提出，中國式現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)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(zhì)量發(fā)展，以科技創(chuàng)新引領轉(zhuǎn)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(jīng)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(jù)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(zhì)，均來自最原始的生命——微藻。

微藻在水體中相當于源初生產(chǎn)力。利用太陽做光合作用的微藻含有豐富的蛋白質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(jù)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(diào)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(chǎn)出的蛋白質(zhì)含量與魚粉類似，其蛋白質(zhì)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(zhì)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。”榮峻峰說。

“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(chǎn)成本和效率與現(xiàn)有技術相比具有優(yōu)勢的。所以，我們的微藻產(chǎn)蛋白質(zhì)技術要做到和現(xiàn)有的大豆產(chǎn)蛋白質(zhì)技術的成本接近?！弊诒幷f。

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(chǎn)蛋白質(zhì)的效率，需要從以前的農(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)蛋白質(zhì)變成工業(yè)形式生產(chǎn)蛋白質(zhì)，在減排CO2和NOX的同時做到減少占地面積，提高效率。

經(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)蛋白質(zhì)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(jù)介紹，微藻生物質(zhì)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(zhì)生產(chǎn)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(chǎn)品特性入手，采取了以產(chǎn)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(chǎn)投資比現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)對能源產(chǎn)品征收碳稅，加上我們的技術經(jīng)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