一輛輛高速路上風馳電掣的汽車，一群群農(nóng)場里嗷嗷待哺的家禽，兩個看似毫無關聯(lián)的場景，卻被一種“吃”工業(yè)尾氣的細菌連接在一起。

向工業(yè)尾氣要燃料、要蛋白，利用生物發(fā)酵技術規(guī)?；a(chǎn)乙醇和乙醇梭菌蛋白是北京首鋼朗澤科技股份有限公司(以下簡稱“首鋼朗澤”)探索出的新質生產(chǎn)力創(chuàng)新之路。近日，北京商報記者走進首鋼朗澤，探索實驗室內的科研故事和實驗室外的轉化實踐。

/探索之路“吃掉”尾氣/

在北京石景山區(qū)古城創(chuàng)業(yè)大廈的一間會議室內，首鋼朗澤總經(jīng)理董燕正和往常一樣在對公司近期的合作項目進行指導與部署。

十多年前，正是董燕將在新西蘭了解到的“一氧化碳生物發(fā)酵制乙醇”的技術帶回國內，才構建起了首鋼朗澤的雛形。

“最早首鋼朗澤就是用董總從新西蘭生物科技公司Lanza Tech（朗澤科技）帶回的實驗室技術，以及首鋼集團、新西蘭唐明集團的投資來開展中試轉化的。”首鋼朗澤副總經(jīng)理晁偉對北京商報記者表示，首鋼作為國有大型鋼鐵企業(yè)，本身就具有豐富的工業(yè)尾氣資源，早期的處理方式是將其直接燒掉用于加熱或發(fā)電，但隨著時代發(fā)展，對這部分資源進行更高效和更清潔的利用已是必由之路。

近年來，中國持續(xù)推進產(chǎn)業(yè)結構和能源結構調整，大力發(fā)展可再生能源。以乙醇為例，它可直接作為液體燃料，或者同汽油混合使用、提高汽油辛烷值，進一步減少對石油的依賴，保障能源安全。目前，中國已是世界上繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和應用國。同時，國家也開始大力鼓勵發(fā)展以非糧作物為原料生產(chǎn)燃料乙醇。

晁偉認為，首鋼朗澤的誕生是一個契機，更是一項具有前瞻性的決定。從2012年到2021年，首鋼朗澤已歷經(jīng)十年的中試轉化試驗，成功實現(xiàn)了從實驗室研究、小試、中試到鋼鐵行業(yè)及鐵合金行業(yè)的工業(yè)化應用。

“如今工業(yè)尾氣通過管道輸送，經(jīng)凈化裝置后，進入發(fā)酵單元，細菌就在這里‘吃掉’尾氣，20秒左右就能產(chǎn)生乙醇，含有乙醇的發(fā)酵液再進入蒸餾工段，通過蒸餾脫水提純就得到了生物乙醇成品。同時，將蒸餾后剩余含有大量菌體的發(fā)酵液再分離、干燥，便得到了新型飼料蛋白。”晁偉指著微縮裝置模型向北京商報記者介紹道。

與工業(yè)尾氣直接燃燒相比，首鋼朗澤一代技術可實現(xiàn)二氧化碳減排33%以上，氮氧化物減排90%以上；二代技術可實現(xiàn)二氧化碳零排放，且每噸乙醇直接消耗二氧化碳0.5噸。與燃燒發(fā)電比，同樣的原料氣產(chǎn)生的經(jīng)濟價值是發(fā)電的2倍以上。

/從0到1跨越死亡谷/

以工業(yè)尾氣中的一氧化碳、二氧化碳為原料，首鋼朗澤建立“菌株選育—生物智造—中試放大—工業(yè)應用”的研究模式，其中“中試放大”被視為最關鍵也最艱難的一個環(huán)節(jié)。

晁偉表示，走出實驗室最難的就是工業(yè)化，因為實驗室的模擬環(huán)境是理想化的，但放大到工業(yè)規(guī)模有太多的不確定性，工業(yè)尾氣成分復雜且波動性大，需要菌種具有極強的適應性，發(fā)酵控制也更難。

據(jù)悉，開展中試最核心的任務就是兩個方面，一是通過不斷摸索各種工藝條件，讓菌種適應不同類型的工業(yè)氣體環(huán)境，提高發(fā)酵穩(wěn)定性和代謝性能；二是除了突破發(fā)酵這一核心工藝，還要打通全系統(tǒng)工業(yè)流程，讓發(fā)酵的產(chǎn)物能進一步提取出來，轉化成符合標準的產(chǎn)品。

首鋼朗澤子公司河北首朗新能源科技有限公司（以下簡稱“河北首朗”）副總經(jīng)理佟淑環(huán)用“死亡谷”這個更直接的詞來形容“中試轉化”。“很多技術因為沒有摸索出合適的工業(yè)化應用條件，一到‘中試’環(huán)節(jié)就不行了，所以只能停留在實驗室。其實，成敗的關鍵，并不單純地依靠菌種的基礎研究開發(fā)，而是能否做好系統(tǒng)集成和上下游配套工藝。”她強調說。

提到如何能成功跨越“死亡谷”，作為首鋼朗澤招錄的第一批員工、來公司12年之久的佟淑環(huán)仿佛又回到了曾經(jīng)在酷暑嚴寒里起早貪黑的日子。“其實沒有什么捷徑，就是不停地嘗試驗證，然后調整優(yōu)化。”

佟淑環(huán)表示，一開始都從基層做起，上班最要緊也最固定的工作就是“看發(fā)酵罐”，即對菌種的發(fā)酵活動進行監(jiān)測、分析、記錄，隨時改進營養(yǎng)液成分和運行參數(shù)，并在時間的變量下開展驗證。“生物發(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。因為生物內部代謝路徑多，會出現(xiàn)很多變化。有時原料氣濃度變化，就會出現(xiàn)別的代謝產(chǎn)物；有時酸堿控制不當，菌種也會死亡。”

早期，還會盯工廠施工和巡檢整個工藝流程，若發(fā)現(xiàn)一些工業(yè)化設備設計不到位，也會及時調整攻關。例如，為控制好菌種發(fā)酵液的濃度和穩(wěn)定性，需要采用工業(yè)陶瓷膜過濾，因進口陶瓷膜投資大、維護成本高，最終首鋼朗澤研發(fā)出了可替代進口陶瓷膜，投資成本降低50%以上的國產(chǎn)陶瓷膜系統(tǒng)，這對首套工業(yè)化項目關鍵工藝設備選型提供了重要支撐。

“那時候經(jīng)常做噩夢，夢到壓縮機跳車，因為壓縮機一跳，就沒氣了，菌種就會餓死?，F(xiàn)實中遭遇過幾次后就有心理陰影了。”佟淑環(huán)說。

試驗、失敗、總結、再試驗……這樣的狀態(tài)從2012年持續(xù)到2016年，整個團隊終于迎來了勝利，完成“從0到1”的突破，并接著實現(xiàn)“從1到N”的復制。2018年，首鋼朗澤第一家子公司河北首朗首次在鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)化應用，一舉成為行業(yè)領域內全球第一家工業(yè)化成功落地的企業(yè)；2021年，第二家子公司寧夏首朗吉元首次在鐵合金行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)化應用；2022年11月和2023年7月，第三家子公司寧夏濱澤科技和第四家子公司貴州金澤科技相繼投產(chǎn)。

/意外驚喜開辟新戰(zhàn)場/

“不知道意外和驚喜到底哪一個先來”，這或許也是首鋼朗澤前五年持續(xù)攻關的真實寫照。晁偉告訴北京商報記者，首鋼朗澤的技術創(chuàng)新不僅能讓細菌“吃掉”鋼鐵冶金的廢氣，更是生產(chǎn)出了能替代豆粕和魚粉的新型飼料蛋白——乙醇梭菌蛋白。

由于豆粕作為主流蛋白原料，在養(yǎng)殖業(yè)的使用量逐年增加，隨之拉動大豆進口增加，但在地緣政治風險、極端氣候災害等不利因素交織疊加下，大豆進口有很大的不確定性，很容易被“卡脖子”，所以，近年來農(nóng)業(yè)農(nóng)村部都在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。

晁偉表示，乙醇梭菌蛋白是中試過程中的意外之喜。“按照正常的工藝步驟走，菌體‘吃掉’工業(yè)尾氣后代謝產(chǎn)生的乙醇需要進入蒸餾塔進行提純，才能得到生物乙醇成品。但是在蒸餾的過程中，團隊成員發(fā)現(xiàn)，老是有一層黏糊糊的東西堵在蒸餾塔上，導致乙醇分離過程很不順暢。后來，就用分離裝置將其分離出來，但由于其中菌體蛋白的存在，經(jīng)污水處理系統(tǒng)排放時又產(chǎn)生了較大負荷，才有了把這部分‘廢物’送去檢測，看看如何進行資源化、再利用的想法。”

令晁偉和整個團隊沒想到的是，經(jīng)專業(yè)機構檢測發(fā)現(xiàn)，這一“廢物”不僅無害，其蛋白質含量還很高，與其排走，不如試試能不能再一次“變廢為寶”。“經(jīng)過大量試驗，最終開創(chuàng)發(fā)明了菌體蛋白分離及干燥技術，得到了全新的飼料原料‘乙醇梭菌蛋白’。”晁偉說。

乙醇梭菌蛋白，首鋼朗澤的又一個“從無到有”的創(chuàng)新，這既是偶然之喜，也是一路攻堅克難的必然結果。從2015年發(fā)現(xiàn)該蛋白源頭，到2021年獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒發(fā)的“中國首張飼料原料新產(chǎn)品證書”，首鋼朗澤團隊花了六年的時間，期間歷經(jīng)4次審核評定。

目前，首鋼朗澤的乙醇梭菌蛋白產(chǎn)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(chǎn)及養(yǎng)殖企業(yè)達成合作關系。據(jù)悉，乙醇梭菌蛋白營養(yǎng)價值與進口魚粉相當，但是價格遠低于進口魚粉。2023年，首鋼朗澤的乙醇梭菌蛋白銷量突破1萬噸，銷售額高達9500萬元。

“通過工業(yè)尾氣產(chǎn)乙醇，改變了制乙醇的傳統(tǒng)方式。同時，在這一過程中生產(chǎn)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。”晁偉對北京商報記者表示，首鋼朗澤旗下四家子公司在乙醇和蛋白上的總產(chǎn)能規(guī)模分別能達到21萬噸/年、2.5萬噸/年，實現(xiàn)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。

/步履不停加速“新質”發(fā)展/

如今，首鋼朗澤在工業(yè)尾氣中獲得的生物乙醇正是已在我國多個省份推廣使用的乙醇汽油的重要添加成分，目前公司的主要客戶為中石油、中石化等大型油氣生產(chǎn)商，供應河北省、天津市、山東省等地車用乙醇汽油。同時，以其生物乙醇為原料制成的可持續(xù)航空燃料（SAF）在維珍大西洋航空公司的波音747型客機中也得到了應用；此外，還作為基礎化工原料，出口歐美并廣泛應用于日化消費、包裝材料、時尚用品、紡織面料等領域。乙醇梭菌蛋白方面，已同國內多家飼料企業(yè)建立合作，并作為國家飼用蛋白應急及儲備的重要產(chǎn)品。

但首鋼朗澤并不止步于此，還想向工業(yè)尾氣要更多。首鋼朗澤合成生物研究中心研究員梁楠表示，研究員們依然在不斷地做新菌種研發(fā)和流程精進。“日常研究基本圍繞質粒構建、乙醇梭菌的改造、PCR驗證等，還有一部分是發(fā)酵罐的監(jiān)測調整，基本每次運行都會在一個月以上。發(fā)酵罐的看護類似于生產(chǎn)的中控室，哪怕下班了也還是要實時關注發(fā)酵運行情況，及時調整，保證穩(wěn)定運行。”

據(jù)晁偉介紹，當前公司正在借助基因編輯等多種合成生物學技術，定向設計研究開發(fā)多元產(chǎn)品，向C2、C3、C4產(chǎn)品延伸，提高產(chǎn)品價值。同時，積極擴展應用范圍，推動工業(yè)尾氣生物合成技術在石油煉化、電力、垃圾及生物質氣化等領域的推廣應用。另外，還將進一步推動生物制造業(yè)與信息化、數(shù)據(jù)化融合，開發(fā)大數(shù)據(jù)平臺及發(fā)酵人工智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全流程智能化控制。

作為目前跑在國內合成生物學及CCUS行業(yè)前列的頭部企業(yè)，首鋼朗澤不僅憑借生物技術涉獵我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其二氧化碳捕集與利用技術也是綠色風口下，當前全球創(chuàng)業(yè)融資最為頻繁的領域之一。

在中國，CCUS領域的創(chuàng)業(yè)與融資自2021年開始加速，據(jù)新財富統(tǒng)計的11家已獲得融資的初創(chuàng)公司，融資金額多為千萬元級，其中首鋼朗澤先后通過五輪融資，累計融資金額達到11.25億元。

佟淑環(huán)認為，首鋼朗澤的整個創(chuàng)新實踐是踐行新質生產(chǎn)力的鮮活案例，同時，國內新質生產(chǎn)力發(fā)展提速，也將為公司帶來更廣闊的發(fā)展空間和前景。

“新質生產(chǎn)力最重要的就是兩個方面，一個是新，就是通過科技創(chuàng)新，采用新技術或新工藝來實現(xiàn)生產(chǎn)力的進步；另一個是質，即高質量的發(fā)展，通過科技創(chuàng)新成果的應用助力傳統(tǒng)行業(yè)轉型升級、騰籠換鳥、高質量發(fā)展。”晁偉表示，未來公司將加大科研投入，制訂具體的產(chǎn)業(yè)化計劃，明確科技成果轉化的目標、路徑和時間表，進一步加強高校、科研機構與企業(yè)的合作，形成產(chǎn)學研用一體化創(chuàng)新體系。

北京商報記者 金朝力 程靚