本报记者 王志 报道
9月底的曹妃甸，海风送爽，稻田金黄。在北京首钢朗泽科技股份有限公司（以下简称首钢朗泽）的子公司河北首朗新能源科技有限公司（以下简称河北首朗）内，银色发酵罐群静静矗立，一根输送焦炉煤气的管道，从不远处的首钢京唐延伸而来，把钢铁流程中本来用作燃料的气体，送进这座“吃”尾气的绿色工厂。
图为综合办公楼
3个多月前，6月8日，这里传出一个令行业振奋的消息：含二氧化碳工业尾气生物合成无水乙醇项目一次性调试成功，顺利产出浓度99.9%以上的合格无水乙醇。这意味着全球首个利用含二氧化碳工业尾气生物合成无水乙醇的万吨级示范项目实现全工艺流程贯通，正式迈入商业化运营。9月28日，记者走进河北首朗，探寻这项“全球首个”是怎样“炼”成的。
从减碳到“负碳”
站在首钢朗泽二期项目发酵罐旁，河北首朗副总经理张春悦介绍：这是首钢朗泽二代技术示范项目，富含氢气的焦炉煤气经过加压除杂，并与转炉煤气混合，把氢气与一氧化碳的比例调配到3：1后，从发酵罐底部注入，气体充分与发酵液混合，在向上浮升的短短几十秒里，罐中的乙醇梭菌便将其“捕获”“消化”“吸收”，分裂出更多菌体，并产生乙醇等代谢产物。
图为二期项目发酵罐
“几十秒”这个时间背后，是一条与传统石化路线截然不同的路径：常温、常压，没有高温高压裂解，靠的是微生物无声的生命活动。
从一种细菌发展成为万吨规模的“吃”二氧化碳产业，不断地创新是首钢朗泽成功的密码。2018年5月，全球首套钢铁尾气生物发酵工业化装置在曹妃甸投产，以一氧化碳为主要碳源，首次让钢铁尾气里的一氧化碳在微生物作用下变成乙醇和蛋白，这是一代技术，与传统燃烧路线相比可减排二氧化碳33%以上。
二代技术的突破性进展，在于把二氧化碳也“拉”进了生物转化的循环。张春悦介绍，二代技术实现了100%的生物固碳率，生产过程中不再有新生成的二氧化碳随尾气排空；每生产1吨乙醇，还能额外“吃掉”0.5吨二氧化碳。从“减碳”到“负碳”，这一进展让工业尾气的利用逻辑被彻底改写——从过去尽可能少排一点碳的“减碳利用”，做到了把碳全部留住并固定在产品里。
图为无水乙醇蒸馏塔
首钢朗泽合成生物学首席科学家马跃超告诉记者，乙醇梭菌最早于1994年由比利时科学家从兔子肠道中分离获得，是一种能够利用一氧化碳生成乙醇的微生物。它被引进国内后，如何让这种“实验室里的小精灵”在钢铁尾气的复杂环境里大规模、高效率地工作，成了一道世界性难题。
“这是一个从0到1的过程。”首钢朗泽副总经理、河北首朗总经理宋庆坤感慨。依托首钢京唐丰富的转炉煤气资源，首钢朗泽人扎下根来：把这项实验室技术放大到中试规模，再经过一轮轮中试，把小菌种做成了大文章，最终建成万吨级工业化装置并实现了量产和稳产。
从“学生”到“老师”
在河北生物低碳研究中心，记者看到了另一番精细景象：菌种冻干装置一端的主管路上延分出数条分支管路，连接着一个个被称作“炮弹”的储存罐。“我们通过冻干让乙醇梭菌休眠，存进这些‘炮弹’，再运往各个生产基地。”张春悦说。
图为首钢朗泽河北基地生物低碳研究中心
菌种的“升级”从未停止。马跃超的团队所做的，就是通过定向和非定向改造，不断提升菌种性能。定向改造借助精准的基因编辑技术，从分子层面直接对细菌的染色体进行修饰，从而获得遗传背景清晰的高性能工程菌株；非定向改造则利用等离子体诱变技术或适应性进化等方式让细菌在特定条件下发生随机突变，再利用高通量筛选技术，从海量突变株里筛选出乙醇产量更高、环境适应性更强的菌株。如今这已形成一套流程化的工作模式，新员工经过短期培训便能上手操作，已申请多项相关专利，新菌种不断迭代升级。
最让他自豪的，是实验室里的“厌氧气体发酵工业菌种高通量选育工作站”。机械臂按预设程序24小时运转，一次可并行完成几十个试验流程。“在不断循环的每一个实验周期里，从10的6次方个单菌落里筛出10的3次方个，再经几轮精细化筛选，最后留下几个最有优势的菌株。”马跃超说，靠人工几乎无法完成这样的工作量。如今团队还把人工智能（AI）引入实验设计和数据分析，先从源头筛出更有希望的靶点，再由高通量装置逐一验证、人工复核确认，形成干-湿实验结合的工作模式。“人、机器、AI协同，新菌株的迭代越来越快，产量和环境适应能力也一代胜过一代。”
把二氧化碳纳入代谢路径，并非“一时之功”。宋庆坤回忆，首钢朗泽科研团队多年前已开始利用乙醇梭菌开展含二氧化碳气体发酵技术的研究和中试，仅各项指标与参数的系统研究就用了3年左右时间，通过多年的不懈努力，最终验证了技术可行性及稳定性，常温常压下实现了二氧化碳直接转化为乙醇及蛋白，技术取得突破性进展，成果已通过中国石油和化学工业联合会专家组鉴定，达到国际领先水平，具备开展万吨级工业化示范的条件。首钢朗泽以一氧化碳为原料的一代技术在国内成功复制多套之后，已经有了坚实的基础，团队开始全力攻坚可直接利用二氧化碳的二代技术工业化落地项目。
二期项目是全球首套可直接利用二氧化碳为原料，通过生物发酵制取乙醇和蛋白项目。前期方案反复论证，建设中又在一代基础上做了工艺、设备选型等方面的全面优化。气体配比也是多年摸索研究得出的最优结果。宋庆坤做了个形象的比喻，如果说把首钢朗泽的生产装置使用的原料比作饮酒，那么首钢朗泽的一代技术装置就是“喝”的单一酒品，如白酒、啤酒或是红酒，二代技术装置“喝”的是“鸡尾酒”，是生产和技术人员“调配”出来的，这可是个技术活。该项目于2023年入选全国首批绿色低碳先进技术示范项目清单，获得了中央预算内节能降碳专项补助资金支持，项目进展和示范意义备受各界关注。
谈起这些年的身份变化，宋庆坤讲了一段往事：在中试和工业化初期我们还有一些外部专家来指导，“那时我们像学徒一样，有时要站在旁边看，更多按他们的意见操作”；如今，首钢朗泽经过多年的技术与工业化实践，积累了丰富的项目落地、建设、调试和生产运行等方面的经验，走在了行业前列，“向我们来学习这方面经验的人也越来越多了，俨然，我们已不是过去那个“学徒”了。
从废气到宝藏
走进厂区，最直观的感受是“吃进去的是废气，吐出来的是宝藏”。发酵罐排出的浓醪液经蒸馏分离得到乙醇后，进一步分离、干燥，联产梭菌蛋白。这种产品粗蛋白含量超过80%，消化率超过90%，氨基酸结构合理，真正通过生物路径，把无机碳和氮一步转化为有机碳和氮，为摆脱鱼粉等饲用蛋白进口依赖开辟了一条新路径。与传统粮食制乙醇相比，每生产1吨乙醇可节省粮食3吨、节约耕地8亩，生产成本降低了约30%，真正做到“不与人争粮、不与粮争地”。
图为厂区标语
“从一个工业厂房、一根工业管道里，可以源源不断流出过去要靠养殖、种植几个月甚至更长时间才能得到的优质蛋白——这在过去是不敢想的。”宋庆坤说，大豆一年一季，畜禽养殖动辄数月，而生物制造以工业废气为原料，“取之不尽、用之不竭”，打破了传统植物蛋白、动物蛋白在时间和空间上的限制，改变了优质蛋白产品的传统生产模式。如果全国范围内这种工业尾气都能被这样利用，那么对国家粮食安全、土地安全乃至能源安全，都将是一份沉甸甸的贡献。
乙醇的使用前景同样广阔。它可以调入汽油，减少尾气污染物排放；可以深加工成乙烯，进一步延伸至包装材料、服装化纤、日化等产品。更令团队振奋的是一张通往航空的“门票”——9月14日，由美国科学认证体系全球服务公司（SCS Global Services）授予的国际可持续性与碳认证-欧盟方案（ISCC EU）正式授予首钢朗泽。这是全球再生碳燃料领域首张此类认证，符合欧盟欧盟《可再生能源指令》第三版（RED III）要求。此前，企业已先后取得国际可持续发展与碳认证（ISCC PLUS）、国际航空碳抵消和减排计划认证（ISCC CORSIA）。凭借这一系列“绿色护照”，首钢朗泽以工业尾气生产的乙醇已具备进入欧盟、英国及国际航空燃料市场的资质，可用于制备可持续航空燃料（SAF），对接欧盟《欧盟航空燃料管理法规》（ReFuelEU）航空减碳市场。
图为中国首张饲料原料类别的饲料和饲料添加剂新产品证书
国际可持续性与碳认证-欧盟方案（ISCC EU）
图为首钢朗泽的菌种及部分产品展示
“我们利用技术在减排方面做‘减法’，努力实现更大的减碳甚至负碳；在产品端，我们还在不断地做‘加法’，向产业链下游延伸。”宋庆坤介绍，除了乙醇外，蛋白产品可进一步酶解为多肽，应用于化妆品、功能性食品乃至功能性试剂或药品等领域。目前，我们富含多肽的护肤品小样产品已经产出，包括蛋白复配产品，下一步都将逐步实现量产，实现产品的多元化、高值化及高利化。
自2011年首钢朗泽成立，到2012年建成全流程中试装置，再到2018年曹妃甸全球首套钢铁尾气生物发酵制乙醇装置投产，以及贵州、宁夏等地大规模项目的快速复制，首钢朗泽走出了一条从0到1、再从1到N的产业化之路。从排放负担变成可转化、可增值的碳资源，钢铁尾气不再是必须被“处理掉”的污染物。首钢朗泽为工业企业提供了一条可复制、可推广的技术路线，为落实“双碳”目标提供了现实路径，推动钢铁行业从“被动降碳”走向“主动用碳”。作为首钢集团控股的中外合资国家高新技术企业、国家级专精特新重点“小巨人”企业，首钢朗泽始终保持着“人无我有、人有我新、人新我强”的科研与奋斗精神，把工业副产物转化为通向“双碳”未来的绿色宝藏。
