一辆辆高速路上风驰电掣的汽车，一群群农场里嗷嗷待哺的家禽，两个看似毫无关联的场景，却被一种“吃”工业尾气的细菌连接在一起。
向工业尾气要燃料、要蛋白，利用生物发酵技术规模化生产乙醇和乙醇梭菌蛋白是北京首钢朗泽科技股份有限公司(以下简称“首钢朗泽”)探索出的新质生产力创新之路。近日，北京商报记者走进首钢朗泽，探索实验室内的科研故事和实验室外的转化实践。
探索之路 “吃掉”尾气
在北京石景山区古城创业大厦的一间会议室内，首钢朗泽总经理董燕正和往常一样在对公司近期的合作项目进行指导与部署。
十多年前，正是董燕将在新西兰了解到的“一氧化碳生物发酵制乙醇”的技术带回国内，才构建起了首钢朗泽的雏形。
“最早首钢朗泽就是用董总从新西兰生物科技公司lanza tech（朗泽科技）带回的实验室技术，以及首钢集团、新西兰唐明集团的投资来开展中试转化的。”首钢朗泽副总经理晁伟对北京商报记者表示，首钢作为国有大型钢铁企业，本身就具有丰富的工业尾气资源，早期的处理方式是将其直接烧掉用于加热或发电，但随着时代发展，对这部分资源进行更高效和更清洁的利用已是必由之路。
近年来，中国持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源。以乙醇为例，它可直接作为液体燃料，或者同汽油混合使用、提高汽油辛烷值，进一步减少对石油的依赖，保障能源安全。目前，中国已是世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。同时，国家也开始大力鼓励发展以非粮作物为原料生产燃料乙醇。
晁伟认为，首钢朗泽的诞生是一个契机，更是一项具有前瞻性的决定。从2012年到2021年，首钢朗泽已历经十年的中试转化试验，成功实现了从实验室研究、小试、中试到钢铁行业及铁合金行业的工业化应用。
“如今工业尾气通过管道输送，经净化装置后，进入发酵单元，细菌就在这里‘吃掉’尾气，20秒左右就能产生乙醇，含有乙醇的发酵液再进入蒸馏工段，通过蒸馏脱水提纯就得到了生物乙醇成品。同时，将蒸馏后剩余含有大量菌体的发酵液再分离、干燥，便得到了新型饲料蛋白。”晁伟指着微缩装置模型向北京商报记者介绍道。
与工业尾气直接燃烧相比，首钢朗泽一代技术可实现二氧化碳减排33%以上，氮氧化物减排90%以上；二代技术可实现二氧化碳零排放，且每吨乙醇直接消耗二氧化碳0.5吨。与燃烧发电比，同样的原料气产生的经济价值是发电的2倍以上。
从0到1 跨越死亡谷
以工业尾气中的一氧化碳、二氧化碳为原料，首钢朗泽建立“菌株选育—生物智造—中试放大—工业应用”的研究模式，其中“中试放大”被视为最关键也最艰难的一个环节。
晁伟表示，走出实验室最难的就是工业化，因为实验室的模拟环境是理想化的，但放大到工业规模有太多的不确定性，工业尾气成分复杂且波动性大，需要菌种具有极强的适应性，发酵控制也更难。
据悉，开展中试最核心的任务就是两个方面，一是通过不断摸索各种工艺条件，让菌种适应不同类型的工业气体环境，提高发酵稳定性和代谢性能；二是除了突破发酵这一核心工艺，还要打通全系统工业流程，让发酵的产物能进一步提取出来，转化成符合标准的产品。
首钢朗泽子公司河北首朗新能源科技有限公司（以下简称“河北首朗”）副总经理佟淑环用“死亡谷”这个更直接的词来形容“中试转化”。“很多技术因为没有摸索出合适的工业化应用条件，一到‘中试’环节就不行了，所以只能停留在实验室。其实，成败的关键，并不单纯地依靠菌种的基础研究开发上，而是能否做好系统集成和上下游配套工艺。”她强调说。
提到如何能成功跨越“死亡谷”？作为首钢朗泽招录的第一批员工、来公司12年之久的佟淑环仿佛又回到了曾经在酷暑严寒里起早贪黑的日子。“其实没有什么捷径，就是不停地尝试验证，然后调整优化。”
佟淑环表示，一开始都从基层做起，上班最要紧也最固定的工作就是“看发酵罐”，即对菌种的发酵活动进行监测、分析、记录，随时改进营养液成分和运行参数，并在时间的变量下开展验证。“生物发酵和传统化工不同，不是定好气量、温度和反应条件等就能按照所想的方向发展。因为生物内部代谢路径多，会出现很多变化。有时原料气浓度变化，就会出现别的代谢产物；有时酸碱控制不当，菌种也会死亡。”
早期，还会盯工厂施工和巡检整个工艺流程，若发现一些工业化设备设计不到位的，也会及时调整攻关。例如，为控制好菌种发酵液的浓度和稳定性，需要采用工业陶瓷膜过滤，因进口陶瓷膜投资大、维护成本高，最终首钢朗泽研发出了可替代进口陶瓷膜，投资成本降低50%以上的国产陶瓷膜系统，这对首套工业化项目关键工艺设备选型提供了重要支撑。
“那时候经常做噩梦，梦到压缩机跳车，因为压缩机一跳，就没气了，菌种就会饿死。现实中遭遇过几次后就有心理阴影了。”佟淑环说。
试验、失败、总结、再试验……这样的状态从2012年持续到2016年，整个团队终于迎来了胜利，完成从“0到1”的突破，并接着实现从“1到n”的复制。2018年，首钢朗泽第一家子公司河北首朗首次在钢铁行业实现工业化应用，一举成为行业领域内全球第一家工业化成功落地的企业；2021年，第二家子公司宁夏首朗吉元首次在铁合金行业实现工业化应用；2022年11月和2023年7月，第三家子公司宁夏滨泽科技和第四家子公司贵州金泽科技相继投产。
意外惊喜 开辟新战场
“不知道意外和惊喜到底哪一个先来”，这或许也是对首钢朗泽前五年持续攻关的真实写照。晁伟告诉北京商报记者，首钢朗泽的技术创新不仅能让细菌“吃掉”钢铁冶金的废气，更是生产出了能替代豆粕和鱼粉的新型饲料蛋白——乙醇梭菌蛋白。
由于豆粕作为主流蛋白原料，在养殖业的使用量逐年增加，随之拉动大豆进口增加，但在地缘政治风险、极端气候灾害等不利因素交织叠加下，大豆进口有很大的不确定性，很容易被“卡脖子”，所以，近年来农业农村部都在推动饲用豆粕减量替代，其中，开发更多蛋白饲料资源被视为一条重要路径。
晁伟表示，乙醇梭菌蛋白是中试过程中的意外之喜。“按照正常的工艺步骤走，菌体‘吃掉’工业尾气后代谢产生的乙醇需要进入蒸馏塔进行提纯，才能得到生物乙醇成品。但是在蒸馏的过程中，团队成员发现，老是有一层黏糊糊的东西堵在蒸馏塔上，导致乙醇分离过程很不顺畅。后来，就用分离装置将其分离出来，但由于其中菌体蛋白的存在，经污水处理系统排放时又产生了较大负荷，才有了把这部分‘废物’送去检测，看看如何进行资源化、再利用的想法。”
令晁伟和整个团队没想到的是，经专业机构检测发现，这一“废物”不仅无害，其蛋白质含量还很高，与其排走，不如试试能不能再一次“变废为宝”。“经过大量试验，最终开创发明了菌体蛋白分离及干燥技术，得到了全新的饲料原料‘乙醇梭菌蛋白’。”晁伟说。
乙醇梭菌蛋白，首钢朗泽的又一个“从无到有”的创新，这既是偶然之喜也是一路攻坚克难的必然结果。从2015年发现该蛋白源头，到2021年获得农业农村部颁发的“中国首张饲料原料新产品证书”，首钢朗泽团队花了六年的时间，期间历经4次审核评定。
目前，首钢朗泽的乙醇梭菌蛋白产品已获批应用在鱼类、肉禽、仔猪饲料添加中，并与国内多家饲料生产及养殖企业达成合作关系。据悉，乙醇梭菌蛋白营养价值与进口鱼粉相当，但是价格远低于进口鱼粉。2023年，首钢朗泽的乙醇梭菌蛋白销量突破1万吨，销售额高达到9500万元。
“通过工业尾气产乙醇，改变了制乙醇的传统方式。同时，在这一过程中生产出的乙醇梭菌蛋白，突破了植物蛋白合成的时空限制，节约了粮食和耕地，是向微生物要蛋白的有效举措，对降低大豆及高端鱼粉的进口依赖度、保障粮食安全具有重要意义。”晁伟对北京商报表示，首钢朗泽旗下四家子公司在乙醇和蛋白上的总产能规模分别能达到21万吨/年、2.5万吨/年，实现减排二氧化碳50万吨/年、节约粮食60万吨/年、节约耕地约170万亩/年。
步履不停 加速“新质”发展
如今，首钢朗泽在工业尾气中获得的生物乙醇正是已在我国多个省份推广使用的乙醇汽油的重要添加成分，目前公司的主要客户为中石油、中石化等大型油气生产商，供应河北省、天津市、山东省等地车用乙醇汽油。同时，其生物乙醇为原料制成的可持续航空燃料（saf）在维珍大西洋航空公司的波音747型客机中也得到了应用；此外，还作为基础化工原料，出口欧美并广泛应用于日化消费、包装材料、时尚用品、纺织面料等领域。乙醇梭菌蛋白方面，已同国内多家饲料企业建立合作，并作为国家饲用蛋白应急及储备的重要产品。
但首钢朗泽并不止于此，还想向工业尾气要更多。首钢朗泽合成生物研究中心研究员梁楠表示，研究员们依然在不断地做新菌种研发和流程精进。“日常研究基本围绕质粒构建、乙醇梭菌的改造、pcr验证等，还有一部分是发酵罐的监测调整，基本每次运行都会在一个月以上。发酵罐的看护类似于生产的中控室，哪怕下班了也还是要实时关注发酵运行情况，及时调整，保证稳定运行。”
据晁伟介绍，当前公司正在借助基因编辑等多种合成生物学技术，定向设计研究开发多元产品，向c2、c3、c4产品延伸，提高产品价值。同时，积极扩展应用范围，推动工业尾气生物合成技术在石油炼化、电力、垃圾及生物质气化等领域的推广应用。另外，还将进一步推动生物制造业与信息化、数据化融合，开发大数据平台及发酵人工智能控制系统，实现全流程智能化控制。
作为目前跑在国内合成生物学及ccus行业前列的头部企业，首钢朗泽不仅凭借生物技术涉猎我国战略性新兴产业，其二氧化碳捕集与利用技术也是绿色风口下，当前全球创业融资最为频繁的领域之一。
在中国，ccus领域的创业与融资自2021年开始加速，据新财富统计的11家已获得融资的初创公司，融资金额多为千万元级，其中首钢朗泽先后通过五轮融资，累计融资金额达到11.25亿元。
佟淑环认为，首钢朗泽的整个创新实践是践行新质生产力的鲜活案例，同时，国内新质生产力发展提速，也将为公司带来更广阔的发展空间和前景。
“新质生产力最重要的就是两个方面，一个是新，就是通过科技创新，采用新技术或新工艺来实现生产力的进步；另一个是质，即高质量的发展，通过科技创新成果的应用助力传统行业转型升级、腾笼换鸟、高质量发展。”晁伟表示，未来公司将加大科研投入，制定具体的产业化计划，明确科技成果转化的目标、路径和时间表，进一步加强高校、科研机构与企业的合作，形成产学研用一体化创新体系。
北京商报记者 金朝力 程靓
