本刊記者 李 煦 杜詩畫

談起微藻，很多人常常聯想到湖面上綠油油的浮萍。在詩人的世界里，它無根無依靠，隨風東西流。然而，作為世界上最簡單也最原始的生物之一，微藻就像一個有待開發的巨大寶藏，經過加工，它能制成保健品、化妝品及高品質飼料等，用途廣泛，甚至還能與能源變革產生聯系。

多年以來，中國石化石油化工科學研究院微藻生物技術研發團隊瞄準微藻高值化利用的方向，鎖定微藻用于減排氮氧化物（NOX）和二氧化碳的關鍵科學問題，開展深入研究，開發了從煙氣NOX高效固定、優良藻種選育、微藻規模養殖、采收加工到微藻生物質利用的全產業鏈成套技術，創新提出微藻脫硝組合工藝，實現改善環境污染與生產生物能源的集成，驗證了微藻高值化利用技術路線的可行性。“微藻用于NOX和二氧化碳減排的集成與創新”項目獲得中國石化2019年度前瞻性基礎性研究一等獎。

基礎研究探索本質

能源、環境和食物是人類可持續發展面臨的重大問題。化石能源過度使用造成的環境污染日益嚴重，而現有脫硝技術運行成本高，且存在二次污染等問題。此外，我國還是全球蛋白質原料最大進口國，每年進口大豆近1億噸，蛋白質原料對外依存度甚至超過石油，開發新的蛋白質來源意義重大。

微藻被稱為由陽光驅動的“活化工廠”，可在常溫常壓條件下，將無機碳、氮高效轉化為有機碳（主要為糖類與油脂）和有機氮（主要為蛋白質）。中國石化新能源研究所所長、石科院微藻生物技術研發團隊帶頭人榮峻峰介紹到，微藻易養殖、生長速度快，石油化工企業在生產過程中排放的大量煙氣、廢水和低溫余熱，如果能利用起來為微藻生長提供充足營養和適宜溫度，再通過微藻減排NOX和二氧化碳，處理廢氣廢水，同時生產微藻生物質，進一步轉化為微藻蛋白或微藻生物柴油等高價值生物產品，可謂一舉兩得。

然而，現有微藻脫硝技術由于尚不成熟，一直無法滿足工業應用對效率和穩定性的要求。榮峻峰認為，技術的不成熟，歸根到底在于對其基本原理理解得不透徹。從2010年起，榮峻峰和團隊開始介入微藻生物技術領域，剖析微藻脫硝技術背后所隱藏的科學本質。

NOX在水中溶解度低，就對氧化體系中NOX的化學吸收過程進行分析，找出提高吸收率的關鍵點；NOX高效脫除的條件與微藻生長的適宜條件不一致，就將化工過程和生物過程分離，分別進行優化后再結合；微藻對脫硝產物亞硝酸鹽耐受性差，就對微藻細胞氮代謝機制進行研究，提高氮轉化效率。開展煙氣耐受的藻種采集、分離純化、馴化篩選及性能評價，獲得了能高效固定NOX和二氧化碳的優勢藻種35株，建立起藻種庫。

通過層層分解，團隊從反應原理、傳遞過程及細胞生理狀態等不同角度，對NOx固定與微藻生長所涉及的各個環節開展基礎研究，充分掌握了實驗現象背后蘊含的科學規律。

技術開發銳意創新

有了理論基礎的指導，團隊開始著手進行技術開發。在建立技術體系之前，首先要確定微藻的養殖模式。

通常微藻養殖分為自養和兼養兩種模式：自養即微藻以陽光為能源進行生長，具有成本低、技術簡單、易于大規模養殖等優勢，但自然光的能量密度低，存在著生長速度慢的缺陷；兼養即微藻同時利用光能和外源有機物作為能源生長，這種模式生長速度快、脫氮效率高，但養殖成本高。兩種技術路線各有優劣，到底選擇哪種方式更合適？團隊中存在不同意見。

關鍵時刻，榮峻峰帶領團隊放下了對養殖方式優劣的爭論，將目光投向脫硝技術的需求方——污染源。

石油化工技術復雜多樣，排放含氮污染物的質與量也有很大差異，單一的技術路線很可能無法滿足未來工業化應用對脫硝技術的需求。在對需求進行精準分析后，榮峻峰提出兩條路線并行開發的思路：自養適合用于處理低濃度大流量的含氮污染物，兼養則更適合用于處理棘手的高濃度含氮污染物。兩種技術路線并行使用，可極大程度提升工藝的適應性，進而提高技術應對復雜市場需求的整體競爭力。

明確了方向后，團隊成員迅速開展技術開發與實驗室小試、中試研究，在新型光生物反應器、光能兼養技術、微氮刺激技術、養殖液循環利用技術、微藻高效采收與亞臨界油脂提取等方面實現創新與突破。再將各單項技術進行有機整合，率先建立了完整的微藻脫硝組合工藝，實現了煙氣脫硝與微藻養殖既緊密耦合又獨立運轉。

截至目前，團隊已申請中國專利60件，獲授權34件，申請國外專利10件，在美國、日本和歐洲已獲授權，構建起完整的專利網。相關研究成果得到可再生能源全球創新組織的肯定，認為“該成果首次提供了一種利用微藻進行實際大規模煙氣減排的可能性與工業化策略”。

未來發展生機無限

微藻應用于環境保護是一個典型的跨學科研究課題，涉及化學化工、環境科學與生物技術多個領域。石科院微藻生物技術研發團隊的成員也有著豐富的學科背景，有研究微藻出身的科班力量，有工程開發經驗豐富的技術專家，還有干了大半輩子石油化工，依然保持著對新領域新知識的渴求，選擇踏入微藻行業的“新人”。知識、閱歷及經驗不同的成員們在一起交融碰撞，形成了一支思路開闊、執行力強、分工明確而又團結互助的優秀隊伍。

在傳統石化行業眼中，微藻生物技術還是一個新鮮事物。技術好不好用、能不能滿足需求、成本效益情況如何，是用戶最為關心的問題。而這些問題，都有待于工業示范試驗來驗證。

目前，微藻脫硝技術正在中國石化催化劑公司長嶺分公司、石家莊煉化分公司與湖北化肥分公司開展工業示范試驗。為保證試驗的順利進行與數據的完整可靠，團隊成員積極投身到一線工作中，長期駐守在試驗裝置現場，對裝置的運行情況進行密切監控，及時解決實驗過程中出現的問題。

隨著我國生態文明建設不斷推進，發展綠色經濟、低碳經濟、循環經濟是大勢所趨、潮流所向。展望未來，微藻脫硝技術能夠利用污染物生產高價值生物產品，化腐朽為神奇，實現環境保護與社會經濟發展的和諧統一，具備無限的潛力。這一方案也將為中國石化踐行綠色發展、履行低碳責任，成為循環經濟的引領者提供一條顛覆性技術路線，成為“綠水青山就是金山銀山”這一科學論斷的有力注解。