一輛輛高速路上風(fēng)馳電掣的汽車，一群群農(nóng)場里嗷嗷待哺的家禽，兩個(gè)看似毫無關(guān)聯(lián)的場景，卻被一種“吃”工業(yè)尾氣的細(xì)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(shù)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(zhì)生產(chǎn)力創(chuàng)新之路。近日，北京商報(bào)記者走進(jìn)首鋼朗澤，探索實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的科研故事和實(shí)驗(yàn)室外的轉(zhuǎn)化實(shí)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(huì)議室內(nèi)，首鋼朗澤總經(jīng)理董燕正和往常一樣在對(duì)公司近期的合作項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)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(shù)帶回國內(nèi)，才構(gòu)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(shí)驗(yàn)室技術(shù)，以及首鋼集團(tuán)、新西蘭唐明集團(tuán)的投資來開展中試轉(zhuǎn)化的。”首鋼朗澤副總經(jīng)理晁偉對(duì)北京商報(bào)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(shí)代發(fā)展，對(duì)這部分資源進(jìn)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(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)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(jìn)一步減少對(duì)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(yīng)用國。同時(shí)，國家也開始大力鼓勵(lì)發(fā)展以非糧作物為原料生產(chǎn)燃料乙醇。

晁偉認(rèn)為，首鋼朗澤的誕生是一個(gè)契機(jī)，更是一項(xiàng)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(zhuǎn)化試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)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(yīng)用。

“如今工業(yè)尾氣通過管道輸送，經(jīng)凈化裝置后，進(jìn)入發(fā)酵單元，細(xì)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(jìn)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(shí)，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(bào)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(shù)可實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排33%以上，氮氧化物減排90%以上；二代技術(shù)可實(shí)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(jì)價(jià)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(yīng)用”的研究模式，其中“中試放大”被視為最關(guān)鍵也最艱難的一個(gè)環(huán)節(jié)。

晁偉表示，走出實(shí)驗(yàn)室最難的就是工業(yè)化，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)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(fù)雜且波動(dòng)性大，需要菌種具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，發(fā)酵控制也更難。

據(jù)悉，開展中試最核心的任務(wù)就是兩個(gè)方面，一是通過不斷摸索各種工藝條件，讓菌種適應(yīng)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(jìn)一步提取出來，轉(zhuǎn)化成符合標(biāo)準(zhǔn)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(gè)更直接的詞來形容“中試轉(zhuǎn)化”。“很多技術(shù)因?yàn)闆]有摸索出合適的工業(yè)化應(yīng)用條件，一到‘中試’環(huán)節(jié)就不行了，所以只能停留在實(shí)驗(yàn)室。其實(shí)，成敗的關(guān)鍵，并不單純地依靠菌種的基礎(chǔ)研究開發(fā)上，而是能否做好系統(tǒng)集成和上下游配套工藝。”她強(qiáng)調(diào)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(yán)寒里起早貪黑的日子。“其實(shí)沒有什么捷徑，就是不停地嘗試驗(yàn)證，然后調(diào)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(duì)菌種的發(fā)酵活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測、分析、記錄，隨時(shí)改進(jìn)營養(yǎng)液成分和運(yùn)行參數(shù)，并在時(shí)間的變量下開展驗(yàn)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(yīng)條件等就能按照所想的方向發(fā)展。因?yàn)樯飪?nèi)部代謝路徑多，會(huì)出現(xiàn)很多變化。有時(shí)原料氣濃度變化，就會(huì)出現(xiàn)別的代謝產(chǎn)物；有時(shí)酸堿控制不當(dāng)，菌種也會(huì)死亡。”

早期，還會(huì)盯工廠施工和巡檢整個(gè)工藝流程，若發(fā)現(xiàn)一些工業(yè)化設(shè)備設(shè)計(jì)不到位的，也會(huì)及時(shí)調(diào)整攻關(guān)。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(jìn)口陶瓷膜投資大、維護(hù)成本高，最終首鋼朗澤研發(fā)出了可替代進(jìn)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(duì)首套工業(yè)化項(xiàng)目關(guān)鍵工藝設(shè)備選型提供了重要支撐。

“那時(shí)候經(jīng)常做噩夢(mèng)，夢(mèng)到壓縮機(jī)跳車，因?yàn)閴嚎s機(jī)一跳，就沒氣了，菌種就會(huì)餓死?，F(xiàn)實(shí)中遭遇過幾次后就有心理陰影了。”佟淑環(huán)說。

試驗(yàn)、失敗、總結(jié)、再試驗(yàn)……這樣的狀態(tài)從2012年持續(xù)到2016年，整個(gè)團(tuán)隊(duì)終于迎來了勝利，完成從“0到1”的突破，并接著實(shí)現(xiàn)從“1到N”的復(fù)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，一舉成為行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)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(gè)先來”，這或許也是對(duì)首鋼朗澤前五年持續(xù)攻關(guān)的真實(shí)寫照。晁偉告訴北京商報(bào)記者，首鋼朗澤的技術(shù)創(chuàng)新不僅能讓細(xì)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(dòng)大豆進(jìn)口增加，但在地緣政治風(fēng)險(xiǎn)、極端氣候?yàn)?zāi)害等不利因素交織疊加下，大豆進(jìn)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(dòng)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(jìn)入蒸餾塔進(jìn)行提純，才能得到生物乙醇成品。但是在蒸餾的過程中，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)，老是有一層黏糊糊的東西堵在蒸餾塔上，導(dǎo)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(shí)又產(chǎn)生了較大負(fù)荷，才有了把這部分‘廢物’送去檢測，看看如何進(jìn)行資源化、再利用的想法。”

令晁偉和整個(gè)團(tuán)隊(duì)沒想到的是，經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測發(fā)現(xiàn)，這一“廢物”不僅無害，其蛋白質(zhì)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(yàn)，最終開創(chuàng)發(fā)明了菌體蛋白分離及干燥技術(shù)，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(gè)“從無到有”的創(chuàng)新，這既是偶然之喜也是一路攻堅(jiān)克難的必然結(jié)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(tuán)隊(duì)花了六年的時(shí)間，期間歷經(jīng)4次審核評(píng)定。

目前，首鋼朗澤的乙醇梭菌蛋白產(chǎn)品已獲批應(yīng)用在魚類、肉禽、仔豬飼料添加中，并與國內(nèi)多家飼料生產(chǎn)及養(yǎng)殖企業(yè)達(dá)成合作關(guān)系。據(jù)悉，乙醇梭菌蛋白營養(yǎng)價(jià)值與進(jìn)口魚粉相當(dāng)，但是價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)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(dá)到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(shí)，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(shí)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(duì)降低大豆及高端魚粉的進(jìn)口依賴度、保障糧食安全具有重要意義。”晁偉對(duì)北京商報(bào)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(dá)到21萬噸/年、2.5萬噸/年，實(shí)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(zhì)”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(gè)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(yīng)河北省、天津市、山東省等地車用乙醇汽油。同時(shí)，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(jī)中也得到了應(yīng)用；此外，還作為基礎(chǔ)化工原料，出口歐美并廣泛應(yīng)用于日化消費(fèi)、包裝材料、時(shí)尚用品、紡織面料等領(lǐng)域。乙醇梭菌蛋白方面，已同國內(nèi)多家飼料企業(yè)建立合作，并作為國家飼用蛋白應(yīng)急及儲(chǔ)備的重要產(chǎn)品。

但首鋼朗澤并不止于此，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(jìn)。“日常研究基本圍繞質(zhì)粒構(gòu)建、乙醇梭菌的改造、PCR驗(yàn)證等，還有一部分是發(fā)酵罐的監(jiān)測調(diào)整，基本每次運(yùn)行都會(huì)在一個(gè)月以上。發(fā)酵罐的看護(hù)類似于生產(chǎn)的中控室，哪怕下班了也還是要實(shí)時(shí)關(guān)注發(fā)酵運(yùn)行情況，及時(shí)調(diào)整，保證穩(wěn)定運(yùn)行。”

據(jù)晁偉介紹，當(dāng)前公司正在借助基因編輯等多種合成生物學(xué)技術(shù)，定向設(shè)計(jì)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(jià)值。同時(shí)，積極擴(kuò)展應(yīng)用范圍，推動(dòng)工業(yè)尾氣生物合成技術(shù)在石油煉化、電力、垃圾及生物質(zhì)氣化等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。另外，還將進(jìn)一步推動(dòng)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(tái)及發(fā)酵人工智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全流程智能化控制。

作為目前跑在國內(nèi)合成生物學(xué)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(shù)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(shù)也是綠色風(fēng)口下，當(dāng)前全球創(chuàng)業(yè)融資最為頻繁的領(lǐng)域之一。

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

佟淑環(huán)認(rèn)為，首鋼朗澤的整個(gè)創(chuàng)新實(shí)踐是踐行新質(zhì)生產(chǎn)力的鮮活案例，同時(shí)，國內(nèi)新質(zhì)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(zhì)生產(chǎn)力最重要的就是兩個(gè)方面，一個(gè)是新，就是通過科技創(chuàng)新，采用新技術(shù)或新工藝來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的進(jìn)步；另一個(gè)是質(zhì)，即高質(zhì)量的發(fā)展，通過科技創(chuàng)新成果的應(yīng)用助力傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、騰籠換鳥、高質(zhì)量發(fā)展。”晁偉表示，未來公司將加大科研投入，制定具體的產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，明確科技成果轉(zhuǎn)化的目標(biāo)、路徑和時(shí)間表，進(jìn)一步加強(qiáng)高校、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合作，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化創(chuàng)新體系。

北京商報(bào)記者 金朝力 程靚