“綠色精靈”吃進(jìn)二氧化碳產(chǎn)出高蛋白
微藻小課堂
什么是微藻？
微藻是能夠進(jìn)行光合作用的“綠色精靈”，是只有在顯微鏡下才能看到的微小藻類的合稱。據(jù)專家估計(jì)，地球上存在約30萬種微藻，其中被人們發(fā)現(xiàn)并記錄的約3萬種，而得到深入研究與應(yīng)用的僅有幾十種，例如螺旋藻、小球藻、雨生紅球藻、柵藻、黃絲藻等。
微藻能干什么？
微藻是由陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)、效率極高的“活的化工廠”。在陽(yáng)光下，這些微小的“綠色精靈”能夠利用自身的光合作用以極高的效率“吃掉”生存環(huán)境中的無機(jī)碳（二氧化碳）與無機(jī)氮（氮氧化物、硝酸鹽等），并在體內(nèi)將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳（主要為糖類與脂質(zhì)）和有機(jī)氮（主要為蛋白質(zhì)）等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)釋放出氧氣。也就是說，這些 “綠色精靈”只需要通過“喝西北風(fēng)”和“曬日光浴”，就可以源源不斷地生產(chǎn)糖類、油脂和蛋白質(zhì)。
除了二氧化碳這個(gè)“主食”，微藻還可以將氮、磷、硫等元素作為“甜點(diǎn)”，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的含氮氧化物、硫氧化物的廢氣及含磷的廢水經(jīng)過一定的純化處理后，都可以成為幫助微藻茁壯成長(zhǎng)的養(yǎng)料。
微藻的“胃口”有多大？
別看微藻的個(gè)頭很小，但它們的“胃口”很大：目前每生產(chǎn)1噸高蛋白微藻，就能夠吸收約1.83噸二氧化碳、0.2噸氮氧化物及10千克無機(jī)磷。
微藻不僅“能吃”，而且十分“會(huì)長(zhǎng)”，在“吃胖”的過程中產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、核酸及其他生物活性物質(zhì)，在能源、食品、農(nóng)業(yè)與健康等領(lǐng)域都具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
知識(shí)鏈接
渾身是寶的“綠色精靈”
脂肪
微藻自身用于儲(chǔ)存能量和構(gòu)成細(xì)胞的油脂因?yàn)楦缓L(zhǎng)鏈脂肪酸，非常適合作為能源進(jìn)行利用，目前業(yè)內(nèi)已形成了利用微藻生產(chǎn)生物柴油的成熟技術(shù)。同時(shí)，微藻體內(nèi)蘊(yùn)含的不飽和脂肪酸，特別是長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸由于具有多種生物活性，在食品與保健品行業(yè)更是備受青睞，利用微藻提取的二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等由于具有安全性和成本方面的雙重優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)逐漸取代深海魚油來源的產(chǎn)品，在保健品與嬰兒食品市場(chǎng)大展拳腳。
蛋白質(zhì)
部分種類的微藻自身的蛋白質(zhì)含量非常高，以蛋白核小球藻與螺旋藻等微藻為例，其蛋白質(zhì)含量可以在40%~70%，比豆粕等大規(guī)模應(yīng)用的飼料高近50%。同時(shí)，微藻中還含有動(dòng)物所需的全部必需氨基酸，特別是富含難以從谷物中攝取的賴氨酸和蘇氨酸，不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，而且易于消化，是非常理想的食品與飼用蛋白來源。目前微藻已經(jīng)用于觀賞魚和寵物高端飼料中的添加劑，食用后可以很好地改善動(dòng)物的外表和健康情況，未來有望用于牛、羊、豬、魚等的大規(guī)模飼養(yǎng)。
多糖
微藻中廣泛存在藻酸鹽、葡聚糖、巖藻多糖等各種形式的多糖，可以占到微藻生物質(zhì)總量的12%~55%。目前科學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，微藻中的部分多糖具有抗腫瘤、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)、降血糖血脂等作用，是醫(yī)藥、保健品領(lǐng)域當(dāng)之無愧的“明日之星”。
生物活性分子
微藻中富含多種不飽和生物活性分子，例如β-胡蘿卜素、番茄紅素、蝦青素和葉黃素等。這些物質(zhì)具有突出的抗氧化作用，可以保護(hù)細(xì)胞，讓它們免受各種物理化學(xué)因素帶來的損傷，目前已經(jīng)被廣泛用于保健品行業(yè)，有多種產(chǎn)品在售。
技術(shù)攻關(guān)
“微藻脫硝”成套工藝技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平
為馴服這些調(diào)皮的“綠色精靈”，石科院的科研人員付出了十余年的艱苦努力，在微藻藻種篩選、微藻大規(guī)模養(yǎng)殖、二氧化碳/氮氧化物煙氣吸收與固定、微藻高效低成本采收及微藻高價(jià)值產(chǎn)品與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)等方面開展了大量工作，突破層層難關(guān)，最終形成了變革性的“微藻碳氮減排與高蛋白生物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)”。
經(jīng)業(yè)內(nèi)專家評(píng)議，一致認(rèn)定石科院自主研發(fā)的“微藻脫硝”成套工藝技術(shù)屬國(guó)際首創(chuàng)，其脫硝率和氮源固定效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。目前，石科院圍繞微藻碳氮減排與高蛋白生物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)已申請(qǐng)中國(guó)專利67件，獲授權(quán)34件，獲得國(guó)際PCT專利授權(quán)2項(xiàng)、12件，技術(shù)自主可控。
同時(shí)，中國(guó)石化已經(jīng)在石家莊煉化、催化劑長(zhǎng)嶺分公司開展微藻生物技術(shù)的中試與工業(yè)示范試驗(yàn)，均收到良好效果。微藻脫硝組合工藝工業(yè)示范裝置的數(shù)據(jù)顯示：脫硝裝置出口氮氧化物含量在20毫克/立方米左右，僅為規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)的1/5，達(dá)到超潔凈排放標(biāo)準(zhǔn)，其微藻產(chǎn)品重金屬含量等安全指標(biāo)均滿足飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。
未來，中國(guó)石化將進(jìn)一步提升技術(shù)水平，并在海南建設(shè)萬噸級(jí)二氧化碳減排示范基地，以實(shí)際行動(dòng)守護(hù)綠水青山。
企業(yè)實(shí)踐
“加減結(jié)合”助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)
科研人員進(jìn)行微藻室內(nèi)人工光照養(yǎng)殖試驗(yàn)。
催化劑長(zhǎng)嶺分公司微藻脫硝工業(yè)示范裝置。
在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）、中國(guó)石化科技部的全力支持下，來自石科院的科研人員利用微藻“能吃會(huì)長(zhǎng)”的特點(diǎn)，在國(guó)際范圍內(nèi)率先探索出了一條利用綠色精靈“加減結(jié)合”助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、保障糧食安全的全新道路。
做減法，即減少煉化企業(yè)二氧化碳及污染物排放。通過對(duì)工業(yè)生產(chǎn)廢氣中的二氧化碳、氮氧化物進(jìn)行富集、轉(zhuǎn)化與提純，生產(chǎn)出食品級(jí)二氧化碳和化肥級(jí)含氮化合物（如硝酸），并將其作為養(yǎng)殖微藻的“養(yǎng)料”，讓微藻在“喝西北風(fēng)長(zhǎng)大”的過程中實(shí)現(xiàn)二氧化碳、氮氧化物的吸收固定和無害化處理。
做加法，即增加蛋白質(zhì)供應(yīng)，保障糧食安全。目前我國(guó)養(yǎng)殖飼料中的蛋白質(zhì)來源嚴(yán)重依賴進(jìn)口大豆制成的豆粕。2020年，我國(guó)進(jìn)口的大豆數(shù)量突破1億噸，對(duì)外依存度高達(dá)83.7%，提穩(wěn)“菜籃子”迫在眉睫。通過將“吃飽喝足”的微藻進(jìn)行后續(xù)加工，可以作為一種自主可控的新型蛋白質(zhì)來源，保障我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)穩(wěn)定和糧食安全。
