2021年10月30日，我国又一项“全球首次”科研成果正式面世，中国农业科学院饲料研究所与北京首钢朗泽新能源科技有限公司（以下简称：北京首钢郎泽）联合宣布——我国已成功实现从一氧化碳到蛋白质的合成，并已形成万吨级别的工业产能。
面对工业废气难以处理这一全球性问题，这一发现突破了天然蛋白质植物合成的条件限制，弥补了我国农业的最大短板，同时对助力碳中和、碳达峰、抢占全球工业废气处理这一制高点具有战略性意义。
作为中国经济发展和城镇化发展的关键载体和重要动力，支撑制造强国战略的核心载体，工业发展过程中不可避免地会遇到碳排放集中、工业废气难处理等情况，但如果能对其加以利用，定能从中“淘金”。
一、醇梭菌应用最为成熟，已有万吨级工业量产能力
据百科信息，工业废气，是指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。这些废气有：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸（雾） 铅汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘，排入大气，会污染空气。这些物质通过不同的途径呼吸道进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重地危害人的健康。不同物质会有不同影响。
上述种种污染物、可能对人体造成的严峻后果以及在日益严苛的环保要求和绿色发展理念下，烟道废气除尘、脱硫、脱硝……工业废气的处理成为了企业必须接受的挑战和要求，更是相关从业者不得不跨越的关卡。在此背景下，我国也涌现出了一批批针对工业废气“变废为宝”研究的企业和科研院所，以工业废气为原料“无中生有”，正在成为相关行业从业者的“新时尚”。35斗统计了我国部分从事工业废气转化为“二代产品”以及部分经济产物的相关企业以及科研成果。
| 序号 | 机构/企业 | 产物 | 简介 |
| 1 | 新疆敦华气体工程技术有限公司 | 液态二氧化碳 | 废气原料通过胺液吸收法生产成液态二氧化碳，再注入到采油企业，原油再运送到炼油企业，形成闭合循环系统。 |
| 2 | 中盐青海昆仑碱业有限公司 | 小苏打 | 生产纯碱产生的废气，通过综合、循环利用提取后，不仅把过去生产纯碱后排放的废气利用起来，还降低了粉尘对大气环境的污染，保护了生态环境。公司成功实现由热碱液生产食用小苏打的生产工艺突破，也成为公司发展循环经济迈出的重要一步。 |
| 3 | 电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组 | 葡萄糖和脂肪酸 | 通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，进一步利用微生物可以合成葡萄糖和脂肪酸。 |
| 4 | 北京首钢朗泽科技股份有限公司 | 蛋白质 | 以乙醇梭菌为发酵菌种，以钢铁厂、铁合金厂、电石厂含CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）的尾气和氨水为主要原料，进行液态发酵培养、离心、干燥而获得的新型单细胞蛋白。 |
| 5 | 河北首朗新能源科技有限公司 | 乙醇 | 工业尾气经过预处理后送至首钢朗泽的生物发酵装置，经发酵、蒸馏脱水后产出浓度≥99.5%的燃料乙醇，同时分离出高品质的菌体蛋白，可作为高端水产蛋白饲料原料；之后的污水还可用于生产沼气，再经提纯后用于生产压缩天然气（CG）。整个工艺流程所产生的废水还可处理回用，发酵尾气变成蒸汽用于蒸馏，从而实现钢厂废气资源的综合利用。 |
| 6 | 四川天人化学工程有限公司 | 氨醇联产产品 | 该技术可综合回收含碳工业废气中氢气、一氧化碳、氮气等有效组分，大幅减少有毒有害气体及碳排放量。其含碳工业废气多组分联合深度净化达到10ppb级，净化反应温度比传统工艺降低100℃，技术经济指标先进。 |
| 7 | 浙江大学高分子系张兴宏教授课题组 | 树脂、光纤原料 | 通过一种特色的共聚反应，废气氧疏化碳变成了一种特别的固体材料，这种透明的材料未来可以被用来合成制造树脂眼镜片、光纤的原料。 |
| 8 | 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学物理系曾杰教授团队 | 电池燃料 | 通过对催化剂和电催化装置的迭代升级，开发了一种铜合金催化剂和固态电解质反应器，实现了从二氧化碳和水中直接制备纯甲酸水溶液，大大节省了产物分离的成本。 |
| 9 | 宁夏吉元循环发展有限公司 | 乙醇、蛋白饲料 | 一氧化碳这种尾气可以制作乙醇。这是一种生物学原理，就是让微生物“吃”一氧化碳，然后产出乙醇。在这个过程中，碳被固化下来，二氧化硫、氮氧化物、颗粒物也都被消耗殆尽，可以做到零排放。尾气在制作乙醇的同时，还能伴生蛋白饲料。 |
目前，已拥有万吨级的工业生产能力的北京首钢郎泽算得上是工业废气处理中的“领跑者”，凭借乙醇梭菌蛋白，企业还获得了我国第一张饲料原料新产品证书。
作为分离于兔子肠道的发酵菌种，乙醇梭菌能够以含一氧化碳和二氧化碳的尾气及氨水为原料，再历经液体发酵、离心等工序，获得单细胞蛋白产物。农科院饲料所团队的系统分析对产物进行了更进一步的探索，科研人员表明乙醇梭菌蛋白结构简单，粗蛋白质含量高达83%以上，18种氨基酸占蛋白质比例达94%；蛋白质消化率大于95%，在粗蛋白含量、部分氨基酸占蛋白质比例上拥有其独特的优势。同时，其所具有的10种必需氨基酸含量和结构比例接近鱼粉、远优于豆粕的特性也让其能够被大量应用于饲料中。
在可预见的将来，这一技术的“小荷微露”对改善我国大豆需要大量进口的现状提供了解决思路，并且还能降低养殖户的饲料成本。同时，其对减碳，助力碳中和、碳达峰也有着重要意义。作为工业排放尾气中的“常客”，一氧化碳和二氧化碳在工业废气中所占比例较大，这项研究成果能够充分对这些废气进行利用，“凭空”制造出蛋白质、饲料等经济产物，不仅解决了碳排放的烦恼，还实现了饲料生产，真正是一举多得。
据媒体报道，目前河北首朗郎泽已拥有年产蛋白5000吨的能力，同时，全球首套铁合金工业尾气生物发酵装置也已经于2021年5月在宁夏平罗县试运行成功，同样具备蛋白5000吨的年产量。
据专家估算，工业化生产1000万吨乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%），即相当于进口大豆的2800万吨（蛋白含量30%）当量，这些举措可减少二氧化碳排放2.5亿吨。这一成果如果能大规模地在相关企业间进行推广，不仅开辟了一条低成本且能生产优质饲料蛋白质的新道路，假以时日，这还将演变为一场碳循环、碳利用、碳捕集的革命。
整体来看，据有关专家表示，我国钢铁冶金、石化炼油、电石等行业，其年产工业尾气的数量已达万亿立方米之多，如能将其中的50%加以利用，可年产乙醇5000万吨、饲料蛋白500万吨，减少二氧化碳排放1.25亿吨，节约粮食1.6亿吨，相当于4亿亩耕地的年产量。
二、海外学术研究和公司起步较早，明星公司LanzaTech融资超3亿美元
数量惊人的工业废气处理不仅是中国、更是全球都必须突破的一道难关，面对如此庞大的市场和工业废气排放量，全球各国和地区也紧锣密鼓地开启了针对工业废气转化的研究，以期在将来的博弈中抢占战略制高点。35斗统计了目前全球范围中部分研究团队对工业废气进行处理进而生成部分经济产物。
| 序号 | 机构/企业 | 产物 | 简介 |
| 1 | 法国生物技术初创公司CarbonWorks | 天然原材料 | 瞄准二氧化碳循环经济。通过CCU技术--微藻光合固碳实现工业CO2的生物捕集与转化。公司使用其专有的藻类生物反应器（过滤器）在城市中心捕获二氧化碳和其他有害的大气污染物。 |
| 2 | 美国西北大学和LanzaTech的研究人员 | 有价值的工业化学品 | 将钢铁厂的废气转化为商品化学品的能力可能使梭状芽胞杆菌成为工业冠军。在一项新的试点研究中，研究人员选择、设计和优化了一种细菌菌株，成功证明了其将二氧化碳转化为丙酮和异丙醇（IPA）的能力。 |
| 3 | 美国朗泽科技公司迈克尔·科普克（Michael Kpke）和美国西北大学迈克尔·杰维特（Michael Jewett）及他们的同事 | 丙酮和异丙醇 | 工程细菌可将工业污染中的气体排放（包括温室气体二氧化碳）转化为两种有用的化合物（丙酮和异丙醇）。该方法可替代现有利用石油或天然气生产的流程，提供了一种负碳排手段。 |
| 4 | 5ABIC二氧化碳工厂（5ABIC该工厂隶属于沙特基础工业公司（5ABIC）） | 甲醇、尿素等 | 5ABIC二氧化碳工厂的下游综合管网总长度约25公里。净化后的二氧化碳产品经过这些管道，运送至下游的尿素和甲醇生产工厂，与甲烷、氨气等化合物反应，生成甲醇、尿素等高附加值的产品。 |
| 5 | 位于南加州欧文市的“能源核心”公司 | 电能 | 甲烷等有机工业废气进入这台氧化炉后，在1000摄氏度左右的高温下经过约2分钟的氧化反应，转化为水、二氧化碳，并释放出大量热能。 |
| 6 | Lanzatech | 乙醇等生物燃料和蛋白质 | LanzaTech利用自己的“气体发酵技术”，通过技术授权与合作开发的方式，实现绿色化工制造和工业负碳。 |
众多企业和机构让人类看到了工业废气再利用的另一种可能，工业废气的去向也不再是从前的“归去山林”。在人们探索工业废气处理的过程中，其间也诞生出了不少“明星企业”，其中就包括2005年成立于新西兰的LanzaTech。
LanzaTech技术处理示意图
图片来源：LanzaTech官网
此前，美国的生物燃料出版月刊发表的年度排行榜将LanzaTech评为世界上最热门的生物能源公司，之后，LanzaTech的身影就常常出现在“50 家生物经济热门公司”的榜单上。作为一家基于气体发酵技术的碳回收商，LanzaTech将工业废气等非食物、低价值的气体转化为丁二醇或者乙醇，随后再进行深度的处理。目前，其利用合成生物学技术成功实现了废碳源发酵产生乙醇、用乙醇制成FENCTOPGREENBio3-PET纤维等。
LanzaTech的所开发的技术能还将钢厂产生的富碳废气转化为其他基本化学品。2013年，西门子冶金技术部与LanzaTech达成了合作，在此之后的十年间，其计划向全球钢铁行业提供环保解决方案；2018年5月，以富碳气体为原料生产乙醇的技术也正式在河北省曹妃甸京唐钢厂正式投入商用；上文提到的北京首钢郎泽也与LanzaTech香港有限公司达成了合作；除此之外，LanzaTech还与维珍集团、联合利华等建立了合作关系。
根据Crunchbase数据显示，经过8轮融资，LanzaTech已获得总额超过3亿美元的投资，其背后投资者不乏Khosla Ventures、K1W1、启明创投等的身影，也浮现出了中国国际投资公司（CITIC）和中石化资本等中国投资者的影子。LanzaTech还将领域拓展到了航空业、家庭护理等多个领域，其产品也基本涵盖了航空燃料、香水、洗衣粉和家用清洁剂等，可谓是工业废气处理企业中的“尖子生”。
LanzaTech 正利用基因测序和编辑技术为合成生物学产业添砖加瓦。在实验室中，科研人员以专业知识为工具，已成功地诱导转基因细菌生产50余种不同的工业碳氢化合物，下一步，企业正踏入丙酮和异丙醇进入商业化的进程。
35斗也期待，在未来能有更多更好技术更加先进的企业在工业废气处理这一赛道上涌现出来，为全人类的健康和环保事业做贡献。
三、行业尚存安全性、量产应用等诸多问题，可与“双碳”目标契合
目前，工业废气转化为经济产物中所用最多的原料是一氧化碳、二氧化碳以及部分碳氢混合物，因此，碳捕集利用与封存技术（ Carbon Capture, Utilization and Storage，以下简称 CCUS）也成为了目前工业废气大批量处理中常用的一种技术。《国家“十三五”科学和技术发展规划》中也提及了“要发展二氧化碳捕集利用与封存技术”。不过，CCUS也存在一些隐患，比如气体泄露问题、不稳定、技术难度大、成本高昂、缺乏全流程示范经验等，而在我国，则是有着CCUS相关设施数量较少、项目规模较小等桎梏。
图片来源：华宝证券创新部图
尽管目前的CCUS还存在大量的痛难点，然而，痛难点中所蕴藏着的，不只是夜以继日的研究和孜孜不倦的千百遍试验，还有的是将痛难点攻克之后的柳暗花明和工业废气处理的快速发展。
首先是化石燃料和能源生产的过程中捕捉和封存二氧化碳所产生的成本极其昂贵；其次，作业地点必须经过严格考察，不能因某些人为或自然因素造成相关气体的逸散，运输和处理这些气体时所需要用到的管道和相关设施须经过标准化检验；再次，在陆地上进行作业，民众或会产生抵触情绪；最后，则是技术的“卡脖子”，CCUS部分核心技术掌握在欧美等国家手上，我国还需加快科研进度，迎头赶上，与国际先进水平齐平。
尽管上述难题成为了工业废气处理的阻碍，但相关工业企业仍可以凭借CCUS打造“第二生长曲线”，激发内生生长动力；在“碳中和”背景下，我国工业行业有着庞大的减排需求，能使得CCUS快速增长；最后，在有关政策的推动下，也能提升企业和机构破解难题的积极性，假以时日，定能打赢CCUS这场硬仗。
无限未来，无限可能。一项项全新的技术就如同汇成大海的一滴滴水，当技术和成果各就其位，百川归海，奔涌的浪花才能承托起工业废气处理这艘巨轮，勇往直前，乘风破浪。
参考资料：
[1]《曹妃甸首钢朗泽全球首套工业尾气生物固碳项目显奇效》
[2]《转化工业废物为藻类生物质，生物技术初创获1100万欧元融资》
[3]《国际最新研究：工程细菌可“变废为宝”用工业废气生产化工原料》
[4]《工业之美｜这座全球最大的二氧化碳工厂，将废气做成化肥和饮料》
[5]《继获中石化投资之后，碳回收技术明星公司LanzaTech再拓合作品牌》
[6]《合成生物学碳捕捉全球第一股「LanzaTech」估值22亿美元即将上市》
[7]《应对气候变化，碳捕集和利用难在哪儿》
[8]《对话LanzaTech：碳固定技术如何成为制造业的下一个明星？》
