神奇小微藻，喝下“西北风”，吐出高蛋白！
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吸收工业废气就能产出高蛋白？岂不是“真·喝西北风就能饱”！
这个神奇的“小东西”就是——微藻。
微藻是指在显微镜下才能看到的微小藻类群体，包括螺旋藻、小球藻等多种藻类，广泛存在于天然水体中，是水生态环境的重要组成部分。它的神奇之处在于：能利用光合作用，以极高的效率吸收环境中的无机碳（如二氧化碳）与无机氮（如氮氧化物），在生物代谢的过程中将其转化为有机碳（主要为糖类与油脂）和有机氮（主要为蛋白质）。如果能对工业废气中的二氧化碳及氮氧化物进行富集、转化与提纯，作为养殖微藻的“养料”，不仅能减少炼化企业生产过程中的二氧化碳及污染物排放，而且可利用边角剩余土地开展养殖，增加蛋白质供应。
现在，技术来了！
日前，由石科院牵头、多家参研单位共同合作的“微藻脱硝并兼产高价值生物产品技术开发与工业示范”项目通过了中国石化科技部组织的技术评议。
简单地说，这项技术就是用含二氧化碳的废气养殖微藻，再利用微藻生长过程中生成的蛋白质，作为食品与饲用蛋白来源。
利用微藻脱硝成套技术，可将工业废气中的二氧化碳和氮氧化物变废为宝，一家千万吨级石化企业年可产出约500万吨高蛋白微藻，市场价值超过500亿元，环保效益及经济效益显著。
技术虽好，研发不易。从最开始进入这一领域，到示范装置收到良好效果，这条探索之路，研究人员走了十多年。
另辟蹊径
从微藻制油到减排与蛋白质生产并举从20世纪末开始，欧美政府及企业就已陆续展开微藻能源研究项目，但由于技术经济性等原因，陆续退出了这一领域，未能实现工业应用。
中国石化抓住机遇，超前布局。2008年，在集团公司科技部的支持下，石科院组建了一支思路开阔、敢试敢拼的微藻生物技术团队。
▲石科院微藻脱硝研发团队。
攻关并非一帆风顺，同样遇到了最大的障碍：经济性。据石科院院长李明丰介绍，只有当原油价格高于90美元/桶时，以微藻油为原料制备的生物柴油才具有经济优势。而自2014年起，国际油价却始终低位徘徊，成本劣势导致微藻生物质能源始终难以实现大规模工业应用。
研发团队不得不向“无人区”挺进。他们重新分析审视了微藻的组成与性质，发现微藻在生长过程中除了能生成用于制备生物燃料的油脂，还能积累大量的蛋白质、糖类及其他生物活性物质。其中，蛋白核小球藻与螺旋藻等藻种的蛋白质含量甚至在40%~70%，远高于常见的植物蛋白质含量。而且微藻中蛋白质的氨基酸可消化性好、组成均衡，是非常理想的食品与饲用蛋白来源。
研发团队敏锐地意识到：将微藻碳氮减排与蛋白质资源生产相结合，才是微藻生物技术未来能实现大规模应用的发展路径。
寻根究底
开展基础研究剖析科学规律技术的不足，归根到底在于对基本原理的理解不够透彻。石科院研发团队决定从基础研究入手，深入剖析微藻脱硝技术背后所隐藏的科学本质。
▲显微镜下的小球藻。
研发团队层层分解，从反应原理、传递过程及细胞生理状态等不同角度，对氮氧化物固定与微藻生长所涉及的各个环节进行逐个击破，“对症下药”开发技术。
▲实验室中培养的微藻藻种。
最终，通过藻种采集、分离纯化、驯化筛选及性能评价等一系列手段，他们获得了能高效固定氮氧化物和二氧化碳的优势藻种35株，成功建立起了藻种库。
花开两朵
创新养殖模式助推技术突破基础研究获得突破后，团队开始进行技术开发。而在建立技术体系之前，首先要确定的是微藻的养殖模式。
微藻养殖分为自养、兼养等模式。
自养模式是微藻仅以阳光为能源进行生长，具有技术简单、易于大规模实施、成本低等优势，但自然光的能量密度低，导致微藻生长速度较慢。
兼养模式是微藻同时利用光能和外源有机物作为能源，生长速度快、脱氮效率高，但对装置设备要求也更高，额外添加的有机物“饲料”也会增加成本。
两种路线各有优劣，而石油化工技术复杂多样，不同技术排放出的含氮污染物的质与量也有很大差异，单一的技术路线很可能无法满足未来工业化应用对脱硝技术的需求。
研发团队创造性地提出两条技术路线并行开发的思路：自养模式应用于处理低浓度大流量的含氮污染物，兼养模式应用于处理棘手的高浓度含氮污染物。
▲微藻养殖光生物反应器。
确定研发方向后，团队乘势而上，迅速推进技术开发与实验室小试、中试研究，联合相关单位，在藻种选育、光能兼养技术、微藻高效采收与生物质利用等方面实现了创新与突破。
世界首创
工业示范装置成绩斐然微藻处理氮磷废水
与减排二氧化碳示范装置
微藻脱硝组合工艺示范装置
目前，该项目已申请中国专利67项，获授权34项；申请国际专利2项，美国专利授权1项，形成了完整可自由运作的专利网，技术自主可控，相关科研项目获得集团公司2019年度前瞻性基础性研究一等奖。同时，中国石化先后在催化剂长岭分公司、石家庄炼化及湖北化肥等企业开展微藻碳氮减排的示范工作，均收到了良好效果，为微藻生物技术的进一步工业化实施奠定了基础。
文图提供 李 煦 陈子佩 朱俊英 程 琳
策划制作 魏佳琪
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