說(shuō)不定哪一天，我們吃的保健品就是電廠廢棄物生產(chǎn)的。

這是記者采訪王強(qiáng)研究員時(shí)閃過(guò)的一個(gè)念頭。

最近，一則“我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)小球藻‘吃’煙氣中的氮氧化物和二氧化碳”的消息引起了很多人的好奇。

小球藻是什么？它“吃”下氮氧化物和二氧化碳又變成什么？11月27日，科技日?qǐng)?bào)記者帶著這些疑問(wèn)，采訪了中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所王強(qiáng)研究員。

首次證明了“生物減排”可行性

近年來(lái)大氣霧霾嚴(yán)重影響了人民群眾的健康與生活，氮氧化物是酸雨與霧霾的主要誘因。我國(guó)2016年氮氧化物排放總量高達(dá)23兆噸，位居世界第一。

消除氮氧化物的技術(shù)叫“脫硝”，由于氮氧化物能跟水反應(yīng)生成硝酸根、亞硝酸根，正好是微藻可利用的氮營(yíng)養(yǎng)，所以通過(guò)微藻培養(yǎng)可以消除氮氧化物污染，發(fā)展新型生物脫硝技術(shù)。由此獲得的微藻生物質(zhì)副產(chǎn)品則可以作為蛋白、油料的來(lái)源，滿足水產(chǎn)飼料、生物能源等行業(yè)的原料需求。

微藻生物量中碳和氮元素含量分別占50%和10%左右。微藻是地球上將二氧化碳與無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)物效率最高的一種光合微生物，被譽(yù)為是由陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的高效“生物工廠”。

可不可以將這座“生物工廠”裝進(jìn)電廠，讓微藻“吃”下工業(yè)煙氣中的氮氧化物和二氧化碳，實(shí)現(xiàn)碳減排并降低環(huán)境污染，同時(shí)又可以生產(chǎn)出生物能源的原料和高附加值產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)“一石雙鳥(niǎo)”？

在國(guó)外從事了8年藻類(lèi)生物學(xué)研究的王強(qiáng)，作為中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所引進(jìn)“百人計(jì)劃”研究員，2010年7月回國(guó)組建微藻研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始投入這項(xiàng)研究。

2014年，首篇論文率先發(fā)表在國(guó)際環(huán)境學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《環(huán)境科技》上。此項(xiàng)研究被認(rèn)為在國(guó)際上“首次證明了微藻用于工業(yè)污染物減排的同時(shí)生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的可行性”。

闖過(guò)一道道工業(yè)實(shí)驗(yàn)難關(guān)

7年時(shí)間，王強(qiáng)團(tuán)隊(duì)把設(shè)想逐步變成了工業(yè)的可行性，這中間他們走過(guò)了艱難的歷程。

首先是藻種問(wèn)題。在繁多的藻類(lèi)中，什么藻種“吃的多，又產(chǎn)的多”？

小球藻是一種球形單細(xì)胞淡水藻類(lèi)，直徑3—8微米，繁殖率超強(qiáng)。王強(qiáng)說(shuō)：“小球藻最快2個(gè)小時(shí)可以繁殖一代，也就是說(shuō)它的生物量?jī)蓚€(gè)小時(shí)可以翻一翻，生長(zhǎng)快工作效率自然也高?！?/p>

經(jīng)過(guò)不斷地篩選，最終獲得的小球藻比常規(guī)小球藻油脂和生物量生產(chǎn)率分別提高了39%和35%，脫硝率可達(dá)96%以上。

針對(duì)氮氧化物不溶于水的問(wèn)題，王強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)與中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院榮峻峰教授合作，創(chuàng)新性地建立了煙氣二氧化碳以及氮氧化物資源化方案，提出了兩步法生物脫硝的理論，即通過(guò)氮氧化物吸收單元的吸收固定和微藻培養(yǎng)單元的生物轉(zhuǎn)化相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)二氧化碳以及氮氧化物資源化循環(huán)利用。在此基礎(chǔ)上提出了微藻生物脫硝路線圖1.0。

進(jìn)入中試階段遇到的新的難題是如何培養(yǎng)出與工業(yè)煙氣排放匹配的微藻。經(jīng)過(guò)一步一步的工業(yè)化優(yōu)化，最終選擇了發(fā)酵的方式，一套100噸級(jí)的發(fā)酵系統(tǒng)即可解決一個(gè)中小型排放企業(yè)的氮氧化物減排問(wèn)題，占地僅200平方米。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)微藻生物脫硝、高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)與生物柴油制備的聯(lián)合生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提出了優(yōu)化的生產(chǎn)工藝2.0版。與榮峻峰教授合作在中國(guó)石化石家莊煉化分公司建立了國(guó)內(nèi)首套煉油廠煙氣產(chǎn)油微藻生物減排示范裝置，形成了微藻生物柴油成套技術(shù)儲(chǔ)備。

利用微藻或可提取膳食補(bǔ)充劑

通過(guò)系統(tǒng)研究，研究人員闡明了產(chǎn)油微藻用于工業(yè)煙氣減排的生物學(xué)基礎(chǔ)，證明了微藻在工業(yè)煙氣生物轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值和可行性，完成了從藻種庫(kù)建設(shè)到規(guī)模養(yǎng)殖、高效低能耗采收以及藻油提取等全技術(shù)鏈的開(kāi)發(fā)，成功制備了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的微藻生物柴油，構(gòu)建了微藻固碳、脫硝與生物質(zhì)綜合利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系和包括26項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利的完整專(zhuān)利網(wǎng)。

“微藻作為生物能源的原料相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低端。”王強(qiáng)說(shuō)，微藻細(xì)胞中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、藻多糖、β-胡蘿卜素、多種無(wú)機(jī)元素等高價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)成分和化工原料。如果利用微藻提取膳食補(bǔ)充劑，價(jià)值會(huì)更高。

“但如果說(shuō)是石化煙氣‘廢棄物’生產(chǎn)的膳食補(bǔ)充劑，大家可能接受不了?！蓖鯊?qiáng)說(shuō)，所以下一步，工業(yè)化研究會(huì)重點(diǎn)放在生物質(zhì)發(fā)電廠廢棄物綜合處理循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究?；诖?，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了微藻生物脫硝路線圖3.0版。

王強(qiáng)說(shuō),在地質(zhì)史上，微藻的繁榮是形成化石能源的基礎(chǔ)，所以遠(yuǎn)古時(shí)代掩埋地下的微藻支撐了現(xiàn)代石油化工體系。在未來(lái)，人類(lèi)或?qū)⒒谖⒃迮囵B(yǎng)構(gòu)建新型循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系，通過(guò)微藻生物煉制獲得生物能源、生物基可降解材料、精細(xì)化學(xué)品、健康醫(yī)藥產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)碳與氮的循環(huán)利用，解決工業(yè)污染排放帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。

（原標(biāo)題為《微藻“吃”下電廠廢棄物 產(chǎn)出上等生物油脂》）