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關(guān)注35斗公眾號(hào)

把工業(yè)廢氣變成糧食,年產(chǎn)量可抵4億畝耕地?

作者:陳欣雨 2022-07-14 14:43

2021年10月30日,我國又一項(xiàng)“全球首次”科研成果正式面世,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所與北京首鋼朗澤新能源科技有限公司(以下簡稱:北京首鋼郎澤)聯(lián)合宣布——我國已成功實(shí)現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質(zhì)的合成,并已形成萬噸級(jí)別的工業(yè)產(chǎn)能。

 

面對(duì)工業(yè)廢氣難以處理這一全球性問題,這一發(fā)現(xiàn)突破了天然蛋白質(zhì)植物合成的條件限制,彌補(bǔ)了我國農(nóng)業(yè)的最大短板,同時(shí)對(duì)助力碳中和、碳達(dá)峰、搶占全球工業(yè)廢氣處理這一制高點(diǎn)具有戰(zhàn)略性意義。

 

作為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)鍵載體和重要?jiǎng)恿Γ沃圃鞆?qiáng)國戰(zhàn)略的核心載體,工業(yè)發(fā)展過程中不可避免地會(huì)遇到碳排放集中、工業(yè)廢氣難處理等情況,但如果能對(duì)其加以利用,定能從中“淘金”。

醇梭菌應(yīng)用最為成熟,已有萬噸級(jí)工業(yè)量產(chǎn)能力

據(jù)百科信息,工業(yè)廢氣,是指企業(yè)廠區(qū)內(nèi)燃料燃燒和生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的各種排入空氣的含有污染物氣體的總稱。這些廢氣有:二氧化碳、二硫化碳、硫化氫、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氫、一氧化碳、硫酸(霧) 鉛汞、鈹化物、煙塵及生產(chǎn)性粉塵,排入大氣,會(huì)污染空氣。這些物質(zhì)通過不同的途徑呼吸道進(jìn)入人的體內(nèi),有的直接產(chǎn)生危害,有的還有蓄積作用,會(huì)更加嚴(yán)重地危害人的健康。不同物質(zhì)會(huì)有不同影響。

 

上述種種污染物、可能對(duì)人體造成的嚴(yán)峻后果以及在日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求和綠色發(fā)展理念下,煙道廢氣除塵、脫硫、脫硝……工業(yè)廢氣的處理成為了企業(yè)必須接受的挑戰(zhàn)和要求,更是相關(guān)從業(yè)者不得不跨越的關(guān)卡。在此背景下,我國也涌現(xiàn)出了一批批針對(duì)工業(yè)廢氣“變廢為寶”研究的企業(yè)和科研院所,以工業(yè)廢氣為原料“無中生有”,正在成為相關(guān)行業(yè)從業(yè)者的“新時(shí)尚”。35斗統(tǒng)計(jì)了我國部分從事工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為“二代產(chǎn)品”以及部分經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物的相關(guān)企業(yè)以及科研成果。


圖片 4.png

圖:我國部分從事工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為“二代產(chǎn)品”的相關(guān)企業(yè)以及科研成果

數(shù)據(jù)來源:據(jù)公開資料收集

 

目前,已擁有萬噸級(jí)的工業(yè)生產(chǎn)能力的北京首鋼郎澤算得上是工業(yè)廢氣處理中的“領(lǐng)跑者”,憑借乙醇梭菌蛋白,企業(yè)還獲得了我國第一張飼料原料新產(chǎn)品證書。

 

作為分離于兔子腸道的發(fā)酵菌種,乙醇梭菌能夠以含一氧化碳和二氧化碳的尾氣及氨水為原料,再歷經(jīng)液體發(fā)酵、離心等工序,獲得單細(xì)胞蛋白產(chǎn)物。農(nóng)科院飼料所團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)分析對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了更進(jìn)一步的探索,科研人員表明乙醇梭菌蛋白結(jié)構(gòu)簡單,粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)83%以上,18種氨基酸占蛋白質(zhì)比例達(dá)94%;蛋白質(zhì)消化率大于95%,在粗蛋白含量、部分氨基酸占蛋白質(zhì)比例上擁有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí),其所具有的10種必需氨基酸含量和結(jié)構(gòu)比例接近魚粉、遠(yuǎn)優(yōu)于豆粕的特性也讓其能夠被大量應(yīng)用于飼料中。

 

在可預(yù)見的將來,這一技術(shù)的“小荷微露”對(duì)改善我國大豆需要大量進(jìn)口的現(xiàn)狀提供了解決思路,并且還能降低養(yǎng)殖戶的飼料成本。同時(shí),其對(duì)減碳,助力碳中和、碳達(dá)峰也有著重要意義。作為工業(yè)排放尾氣中的“??汀?,一氧化碳和二氧化碳在工業(yè)廢氣中所占比例較大,這項(xiàng)研究成果能夠充分對(duì)這些廢氣進(jìn)行利用,“憑空”制造出蛋白質(zhì)、飼料等經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物,不僅解決了碳排放的煩惱,還實(shí)現(xiàn)了飼料生產(chǎn),真正是一舉多得。

 

據(jù)媒體報(bào)道,目前河北首朗郎澤已擁有年產(chǎn)蛋白5000噸的能力,同時(shí),全球首套鐵合金工業(yè)尾氣生物發(fā)酵裝置也已經(jīng)于2021年5月在寧夏平羅縣試運(yùn)行成功,同樣具備蛋白5000噸的年產(chǎn)量。


 

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圖:首鋼朗澤首個(gè)商業(yè)化工廠

圖片來源:北京日?qǐng)?bào)(如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系作者刪除)


據(jù)專家估算,工業(yè)化生產(chǎn)1000萬噸乙醇梭菌蛋白(蛋白含量83%),即相當(dāng)于進(jìn)口大豆的2800萬噸(蛋白含量30%)當(dāng)量,這些舉措可減少二氧化碳排放2.5億噸。這一成果如果能大規(guī)模地在相關(guān)企業(yè)間進(jìn)行推廣,不僅開辟了一條低成本且能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料蛋白質(zhì)的新道路,假以時(shí)日,這還將演變?yōu)橐粓?chǎng)碳循環(huán)、碳利用、碳捕集的革命。

 

整體來看,據(jù)有關(guān)專家表示,我國鋼鐵冶金、石化煉油、電石等行業(yè),其年產(chǎn)工業(yè)尾氣的數(shù)量已達(dá)萬億立方米之多,如能將其中的50%加以利用,可年產(chǎn)乙醇5000萬噸、飼料蛋白500萬噸,減少二氧化碳排放1.25億噸,節(jié)約糧食1.6億噸,相當(dāng)于4億畝耕地的年產(chǎn)量。

 

海外學(xué)術(shù)研究和公司起步較早,明星公司LanzaTech融資超3億美元



數(shù)量驚人的工業(yè)廢氣處理不僅是中國、更是全球都必須突破的一道難關(guān),面對(duì)如此龐大的市場(chǎng)和工業(yè)廢氣排放量,全球各國和地區(qū)也緊鑼密鼓地開啟了針對(duì)工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化的研究,以期在將來的博弈中搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。35斗統(tǒng)計(jì)了目前全球范圍中部分研究團(tuán)隊(duì)對(duì)工業(yè)廢氣進(jìn)行處理進(jìn)而生成部分經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物。

 

圖片 3.png

圖:國外部分從事工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為“二代產(chǎn)品”的相關(guān)企業(yè)以及科研成果

數(shù)據(jù)來源:據(jù)公開資料收集


眾多企業(yè)和機(jī)構(gòu)讓人類看到了工業(yè)廢氣再利用的另一種可能,工業(yè)廢氣的去向也不再是從前的“歸去山林”。在人們探索工業(yè)廢氣處理的過程中,其間也誕生出了不少“明星企業(yè)”,其中就包括2005年成立于新西蘭的LanzaTech。


圖片 1.png 圖:LanzaTech技術(shù)處理示意圖

圖片來源:LanzaTech官網(wǎng)(圖片若涉及版權(quán)問題請(qǐng)聯(lián)系作者刪除)

 

此前,美國的生物燃料出版月刊發(fā)表的年度排行榜將LanzaTech評(píng)為世界上最熱門的生物能源公司,之后,LanzaTech的身影就常常出現(xiàn)在“50 家生物經(jīng)濟(jì)熱門公司”的榜單上。作為一家基于氣體發(fā)酵技術(shù)的碳回收商,LanzaTech將工業(yè)廢氣等非食物、低價(jià)值的氣體轉(zhuǎn)化為丁二醇或者乙醇,隨后再進(jìn)行深度的處理。目前,其利用合成生物學(xué)技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了廢碳源發(fā)酵產(chǎn)生乙醇、用乙醇制成FENCTOPGREENBio3-PET纖維等。

 

LanzaTech的所開發(fā)的技術(shù)能還將鋼廠產(chǎn)生的富碳廢氣轉(zhuǎn)化為其他基本化學(xué)品。2013年,西門子冶金技術(shù)部與LanzaTech達(dá)成了合作,在此之后的十年間,其計(jì)劃向全球鋼鐵行業(yè)提供環(huán)保解決方案;2018年5月,以富碳?xì)怏w為原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)也正式在河北省曹妃甸京唐鋼廠正式投入商用;上文提到的北京首鋼郎澤也與LanzaTech香港有限公司達(dá)成了合作;除此之外,LanzaTech還與維珍集團(tuán)、聯(lián)合利華等建立了合作關(guān)系。

 

根據(jù)Crunchbase數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)過8輪融資,LanzaTech已獲得總額超過3億美元的投資,其背后投資者不乏Khosla Ventures、K1W1、啟明創(chuàng)投等的身影,也浮現(xiàn)出了中國國際投資公司(CITIC)和中石化資本等中國投資者的影子。LanzaTech還將領(lǐng)域拓展到了航空業(yè)、家庭護(hù)理等多個(gè)領(lǐng)域,其產(chǎn)品也基本涵蓋了航空燃料、香水、洗衣粉和家用清潔劑等,可謂是工業(yè)廢氣處理企業(yè)中的“尖子生”。

 

LanzaTech 正利用基因測(cè)序和編輯技術(shù)為合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)添磚加瓦。在實(shí)驗(yàn)室中,科研人員以專業(yè)知識(shí)為工具,已成功地誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因細(xì)菌生產(chǎn)50余種不同的工業(yè)碳?xì)浠衔铮乱徊?,企業(yè)正踏入丙酮和異丙醇進(jìn)入商業(yè)化的進(jìn)程。

 

35斗也期待,在未來能有更多更好技術(shù)更加先進(jìn)的企業(yè)在工業(yè)廢氣處理這一賽道上涌現(xiàn)出來,為全人類的健康和環(huán)保事業(yè)做貢獻(xiàn)。

 

行業(yè)尚存安全性、量產(chǎn)應(yīng)用等諸多問題,可與“雙碳”目標(biāo)契合


目前,工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物中所用最多的原料是一氧化碳、二氧化碳以及部分碳?xì)浠旌衔?,因此,碳捕集利用與封存技術(shù)( Carbon Capture, Utilization and Storage,以下簡稱 CCUS)也成為了目前工業(yè)廢氣大批量處理中常用的一種技術(shù)。《國家“十三五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中也提及了“要發(fā)展二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)”。不過,CCUS也存在一些隱患,比如氣體泄露問題、不穩(wěn)定、技術(shù)難度大、成本高昂、缺乏全流程示范經(jīng)驗(yàn)等,而在我國,則是有著CCUS相關(guān)設(shè)施數(shù)量較少、項(xiàng)目規(guī)模較小等桎梏。

 

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圖:CCUS示意圖

圖片來源:華寶證券創(chuàng)新部圖

 

盡管目前的CCUS還存在大量的痛難點(diǎn),然而,痛難點(diǎn)中所蘊(yùn)藏著的,不只是夜以繼日的研究和孜孜不倦的千百遍試驗(yàn),還有的是將痛難點(diǎn)攻克之后的柳暗花明和工業(yè)廢氣處理的快速發(fā)展。

 

首先是化石燃料和能源生產(chǎn)的過程中捕捉和封存二氧化碳所產(chǎn)生的成本極其昂貴;其次,作業(yè)地點(diǎn)必須經(jīng)過嚴(yán)格考察,不能因某些人為或自然因素造成相關(guān)氣體的逸散,運(yùn)輸和處理這些氣體時(shí)所需要用到的管道和相關(guān)設(shè)施須經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化檢驗(yàn);再次,在陸地上進(jìn)行作業(yè),民眾或會(huì)產(chǎn)生抵觸情緒;最后,則是技術(shù)的“卡脖子”,CCUS部分核心技術(shù)掌握在歐美等國家手上,我國還需加快科研進(jìn)度,迎頭趕上,與國際先進(jìn)水平齊平。

 

盡管上述難題成為了工業(yè)廢氣處理的阻礙,但相關(guān)工業(yè)企業(yè)仍可以憑借CCUS打造“第二生長曲線”,激發(fā)內(nèi)生生長動(dòng)力;在“碳中和”背景下,我國工業(yè)行業(yè)有著龐大的減排需求,能使得CCUS快速增長;最后,在有關(guān)政策的推動(dòng)下,也能提升企業(yè)和機(jī)構(gòu)破解難題的積極性,假以時(shí)日,定能打贏CCUS這場(chǎng)硬仗。

 

無限未來,無限可能。一項(xiàng)項(xiàng)全新的技術(shù)就如同匯成大海的一滴滴水,當(dāng)技術(shù)和成果各就其位,百川歸海,奔涌的浪花才能承托起工業(yè)廢氣處理這艘巨輪,勇往直前,乘風(fēng)破浪。

 

參考資料:

1.《曹妃甸首鋼朗澤全球首套工業(yè)尾氣生物固碳項(xiàng)目顯奇效》

2.《轉(zhuǎn)化工業(yè)廢物為藻類生物質(zhì),生物技術(shù)初創(chuàng)獲1100萬歐元融資》

3.《國際最新研究:工程細(xì)菌可“變廢為寶”用工業(yè)廢氣生產(chǎn)化工原料》

4.《工業(yè)之美|這座全球最大的二氧化碳工廠,將廢氣做成化肥和飲料》

5.《繼獲中石化投資之后,碳回收技術(shù)明星公司LanzaTech再拓合作品牌》

6.《合成生物學(xué)碳捕捉全球第一股「LanzaTech」估值22億美元即將上市》

7.《應(yīng)對(duì)氣候變化,碳捕集和利用難在哪兒》

8.《對(duì)話LanzaTech:碳固定技術(shù)如何成為制造業(yè)的下一個(gè)明星?》


注:文中如果涉及35斗記者采訪的數(shù)據(jù),均由受訪者提供并確認(rèn)。

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