本報記者 劉志偉

說不定哪一天，我們吃的保健品就是電廠廢棄物生產(chǎn)的。

這是記者采訪王強研究員時閃過的一個念頭。

最近，一則“我國科學家發(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，科技日報記者帶著這些疑問，采訪了中國科學院水生生物研究所王強研究員。

首次證明了“生物減排”可行性

近年來大氣霧霾嚴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2016年氮氧化物排放總量高達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生成硝酸根、亞硝酸根，正好是微藻可利用的氮營養(yǎng)，所以通過微藻培養(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機氮轉(zhuǎn)化為有機物效率最高的一種光合微生物，被譽為是由陽光驅(qū)動的高效“生物工廠”。

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

在國外從事了8年藻類生物學研究的王強，作為中國科學院水生生物研究所引進“百人計劃”研究員，2010年7月回國組建微藻研究團隊，開始投入這項研究。

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

闖過一道道工業(yè)實驗難關(guān)

7年時間，王強團隊把設想逐步變成了工業(yè)的可行性，這中間他們走過了艱難的歷程。

首先是藻種問題。在繁多的藻類中，什么藻種“吃的多，又產(chǎn)的多”？

小球藻是一種球形單細胞淡水藻類，直徑3—8微米，繁殖率超強。王強說：“小球藻最快2個小時可以繁殖一代，也就是說它的生物量兩個小時可以翻一翻，生長快工作效率自然也高?！?/p>

經(jīng)過不斷地篩選，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96%以上。

針對氮氧化物不溶于水的問題，王強的團隊通過與中國石化石油化工科學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，實現(xiàn)二氧化碳以及氮氧化物資源化循環(huán)利用。在此基礎上提出了微藻生物脫硝路線圖1.0。

進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噸級的發(fā)酵系統(tǒng)即可解決一個中小型排放企業(yè)的氮氧化物減排問題，占地僅200平方米。

在此基礎上，團隊進一步對微藻生物脫硝、高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)與生物柴油制備的聯(lián)合生產(chǎn)工藝進行改進，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石化石家莊煉化分公司建立了國內(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)儲備。

利用微藻或可提取膳食補充劑

通過系統(tǒng)研究，研究人員闡明了產(chǎn)油微藻用于工業(yè)煙氣減排的生物學基礎，證明了微藻在工業(yè)煙氣生物轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應用價值和可行性，完成了從藻種庫建設到規(guī)模養(yǎng)殖、高效低能耗采收以及藻油提取等全技術(shù)鏈的開發(fā)，成功制備了符合國家標準的微藻生物柴油，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)濟體系和包括26項發(fā)明專利的完整專利網(wǎng)。

“微藻作為生物能源的原料相對來說比較低端。”王強說，微藻細胞中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂類、藻多糖、β-胡蘿卜素、多種無機元素等高價值的營養(yǎng)成分和化工原料。如果利用微藻提取膳食補充劑，價值會更高。

“但如果說是石化煙氣‘廢棄物’生產(chǎn)的膳食補充劑，大家可能接受不了?！蓖鯊娬f，所以下一步，工業(yè)化研究會重點放在生物質(zhì)發(fā)電廠廢棄物綜合處理循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)研究。基于此，團隊進一步提出了微藻生物脫硝路線圖3.0版（見下圖）。

王強說,在地質(zhì)史上，微藻的繁榮是形成化石能源的基礎，所以遠古時代掩埋地下的微藻支撐了現(xiàn)代石油化工體系。在未來，人類或?qū)⒒谖⒃迮囵B(yǎng)構(gòu)建新型循環(huán)經(jīng)濟體系，通過微藻生物煉制獲得生物能源、生物基可降解材料、精細化學品、健康醫(yī)藥產(chǎn)品，實現(xiàn)碳與氮的循環(huán)利用，解決工業(yè)污染排放帶來的環(huán)境問題。