把尾氣變蛋白，不是科幻是科技！

對話

你是否想過，工廠煙囪里冒出的，可能不僅是尾氣，還是“原料”？我國“十五五”規劃建議提出，要推動科技創新和產業創新深度融合，而首鋼朗澤這項名為“含碳工業尾氣生物發酵制乙醇及微生物蛋白”的技術，就是一個鮮活的樣本。如今，這項技術早已走出實驗室，布局全國，成為了年產萬噸的大產業。

本期“對話”欄目，中國科協之聲邀請北京首鋼朗澤科技股份有限公司副總經理、研發團隊負責人晁偉，請他介紹“吃尾氣”細菌的“綠色魔法”。

人物簡介

晁偉，北京首鋼朗澤科技股份有限公司副總經理、研發團隊負責人，高級工程師。

工廠的尾氣、汽車的油箱、養殖場的飼料，這三者之間有什么聯系？答案是：一種“吃尾氣”的細菌。這種名為乙醇梭菌的“超級工人”，被科研人員“聘請”到巨大的工業發酵罐中，它們以尾氣為食，在數秒內就能將其轉化為兩種“寶藏”——生物發酵制乙醇及微生物蛋白。這場靜默而高效的“魔術”，正在重塑我們對資源與廢棄物的想象。

細菌“魔術師”：

吃下尾氣，吐出“寶藏”
“1994年，比利時的科學家在兔子腸道里發現了一種特別的細菌，命名為‘乙醇梭菌’。它的‘超能力’在于，能吃掉氣體中的一氧化碳、二氧化碳，高效地轉化成乙醇等化學品。”晁偉介紹。

這些細菌就像一群“超級工人”，在大型發酵罐中日夜工作。整個流程可簡化為三步：收集并凈化工業尾氣；細菌在發酵罐內“進食”并轉化；分離提純，得到生物乙醇和優質的飼料蛋白。

工業尾氣生物轉化集成生產流程示意圖

一個意外發現拓寬了這項技術的應用邊界。“在中試過程中，我們發現蒸餾系統總是運行不暢，”晁偉回憶，“技術人員在一次檢修中把蒸餾塔拆開后，發現塔板上附著了很多黏稠物質。”

檢測結果顯示，這些黏稠物質的蛋白質含量達80%以上，非常適合做蛋白飼料。但是從“適合做”到“真的做到”中間，還有很長的路要走。

晁偉回憶，當時他們面臨著很多擔憂和質疑：“微生物蛋白想用作飼料原料，需經過農業農村部嚴格的安全論證和批準，這論證一做就得好幾年，花費不小，而且不一定有好的結果。你們還要堅持做嗎？”答案是肯定的。憑借著“咬定青山不放松”的精神，團隊開始了長達六年的攻關之路。

闖過三道“安全關”

將含有復雜成分的工業尾氣，最終轉化為可以進入動物飼料鏈的蛋白質，最大的挑戰之一是如何確保安全性。對一個新的微生物蛋白而言，其安全性主要從三個方面體現：原料安全性、菌種安全性和產品安全性。

第一關：源頭凈化——為細菌備好“安全餐”

“當時負責評審的專家來自各個不同領域，關心的角度都不一樣。”晁偉回憶，“其中一位化工領域專家就提出，這些作為原料的工業尾氣中有沒有有毒的雜質？”

為了給細菌備好“安全餐”，團隊將原料氣的深度凈化列為關鍵技術難題，研發了專門的凈化工藝。就像為挑剔的食客準備一頓安全可口的大餐，他們必須先對“食材”（工業尾氣）進行精細篩選和清洗，去除其中可能存在的有害物質。這不僅是為了讓后續的發酵菌種能“吃得健康”、穩定工作，更為了從源頭杜絕有害雜質殘留于最終產品的可能性，確保原料安全。

第二關：菌種管控——保證“超級工人”的健康

核心菌種“乙醇梭菌”的安全性是整個體系的基石。晁偉說：“很多菌種會含有致病基因或代謝出一些有毒有害的物質。一個新菌種，必須做系統評價。”

因此，團隊對菌種進行了規范化的“全生命周期”管理：平時，菌種以凍干粉形式“沉睡”于專用容器中，減少污染和變異風險；需要投入生產時，再將其喚醒、活化。通過精準的工藝控制，一次接種即可保證系統連續穩定運行半年以上。同時，在生產中通過集控中心實時監控菌種代謝指標，根據其生長周期調節溫度、壓力和營養供給，確保菌種始終處于穩定的健康狀態。

第三關：多維驗證——多種方式驗證產品安全性

除了通過生產工藝閉環控險，為了驗證產品安全性，團隊還與飼料行業相關高校、科研院所聯手，針對乙醇梭菌蛋白開展大量安全性試驗。不僅要檢測重金屬、有害微生物等指標，還通過多種養殖魚類做飼喂實驗，驗證其對動物的安全性和有效性
團隊用近6年時間，針對專家關心的重金屬、特定化合物殘留、菌種毒性、養殖安全性等方面，補充了大量實驗和數據。經過4次嚴格評審后，乙醇梭菌蛋白終于獲得了農業農村部頒發的中國首張飼料原料新產品證書。

中國首張飼料原料新產品證書

從“0到1”的突破，到“1到N”的布局

“在生物技術領域，從實驗室走到工業化生產，需跨越‘死亡谷’，可謂‘九死一生’。”晁偉坦言。

最初的挑戰來自菌種適應性。在實驗室理想環境中培養的菌種，難以適應復雜的工業環境。“剛開始接觸工業尾氣的菌種存活時間也就幾天，根本無法保證工業化生產。”晁偉說。

研發團隊通過24小時不間斷跟蹤發酵數據，調整控制參數，最終探索出了最適合菌種生長的條件，使菌種存活時間從幾天增加到最長300天以上，為工業化生產打下了良好的技術基礎。

系統集成是另一大挑戰。“生物發酵和傳統化工不同，不是定好氣量、溫度和反應條件等就能按照所想的方向發展。”晁偉解釋，“因為生物內部代謝路徑多，會出現很多變化。”

研發團隊通過持續試驗優化，成功打通了從原料氣預處理、發酵、產品分離到廢水處理的全系統工藝流程，實現了技術的工業化應用。

乙醇梭菌蛋白

2018年5月，全球首套鋼鐵工業尾氣生物發酵制乙醇及蛋白工業化裝置在河北曹妃甸正式投產。在國際上率先實現了氣體發酵技術“從0到1”的突破。

在此之后，團隊開始著力推進該項技術“從1到N”的快速復制和推廣。從寧夏到貴州，他們成功解決了成分更加復雜的鐵合金尾氣帶來的一系列問題，建起鐵合金一氧化碳尾氣制蛋白工廠。如今，首鋼朗澤在全國已建成四大生產基地，成為國內最大的非糧生物乙醇及蛋白生產企業。

飼用豆粕難題的另一種解法

豆粕作為飼料的主流蛋白原料，在養殖業的使用量持續增長，加劇了我國對進口大豆的依賴。然而，在極端氣候頻發與國際經貿形勢復雜的雙重影響下，大豆進口供應鏈的穩定性面臨挑戰，存在被“卡脖子”的風險，威脅著糧食安全。因此，近年來我國積極推動飼用豆粕減量替代，其中，開發更多蛋白飼料資源被視為一條重要路徑。

“通過工業尾氣產乙醇，在這一過程中生產出的乙醇梭菌蛋白，突破了植物蛋白合成的時空限制，節約了糧食和耕地，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。”晁偉說。

市場也給予了積極反饋。目前，首鋼朗澤的乙醇梭菌蛋白產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及養殖企業達成合作關系。“我們的蛋白飼料產品已經在市場上應用得非常成熟了。有些大型水產養殖場，還會使用我們的飼料來飼養一些特種或高端水產，比如黑鯛、鱸魚等。”晁偉介紹。

工業尾氣制蛋白工廠

“含碳工業尾氣生物發酵制乙醇及微生物蛋白”技術，實現了工業尾氣到飼料蛋白的跨界轉化，為破解飼用豆粕難題、保障糧食安全提供了一種新的解法。如今，首鋼朗澤在全國已建成四大生產基地，在乙醇和蛋白上的總產能規模分別能達到21萬噸/年、2.3萬噸/年，實現減排二氧化碳50萬噸/年、節約糧食60萬噸/年、節約耕地約170萬畝/年。

隨著新一代菌株研發、人工智能等新技術在產業中的應用，飼用蛋白的供給能力將持續升級，為我國筑牢糧食安全防線提供強有力的科技支撐。

訪談手記：

在科研探索中，“從0到1”的靈光一閃過后，還有一條漫長的“從1到N”的產業化之路。晁偉及其團隊的故事，正是這條路的生動注腳。他們的工作，更多的是深入真實世界的復雜肌理，去經歷無數具體而微的“摩擦”：或許是不同工廠尾氣成分的細微波動，或許是為使菌種多存活一天而進行的成百上千次實驗。

在訪談過程中，晁偉回憶起那些遭遇質疑、經歷失敗甚至被“潑冷水”的時刻，除了感慨，更多的是戰勝困難的自豪。他們闖過了一道道“關卡”，而正是這些看似瑣碎卻至關重要的跋涉，才讓最初那縷珍貴的“靈光”，在更多地方閃亮。