“你們猜猜這是什么？”采訪中，中國科學(xué)院成都生物研究所研究員李東從盒子里取出了一小袋咖啡色的粉末。

打開袋子，湊近，在袋口上方輕扇，一陣油枯香氣撲鼻而來?！耙娺^沼液沒？一種有機(jī)廢棄物經(jīng)沼氣發(fā)酵后的含氮廢水，這個東西就是沼液‘變’的蛋白粉?！崩顤|介紹，目前已經(jīng)對其進(jìn)行了滅菌處理和重金屬檢測評估，“如果要當(dāng)?shù)鞍追鄢?，是沒有問題的?！?/p>

這包蛋白粉正是李東關(guān)于沼液生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究項(xiàng)目的最新成果。近期，相關(guān)研究成果相繼發(fā)表在了Appl Biochem Biotechnol、Poultry Science、Electronic Journal of Biotechnology期刊上，同時獲得了中國發(fā)明專利授權(quán)。

與植物源蛋白相比，該技術(shù)生產(chǎn)出的蛋白飼料合成速率較快，無需日照和大量土地，成本低。更重要的是，生產(chǎn)過程中能有效利用廢棄碳源從而減少碳排，在“雙碳”背境下的今天，意義凸顯。

變“廢”為“寶”，有機(jī)廢棄物資源化利用一直是李東的老本行。如今他致力于在碳“廢”中做文章，積極開展多種碳中和技術(shù)的研發(fā)和推廣。

變“廢”為“肥”

碳中和，即所排放的二氧化碳和吸收利用的二氧化碳達(dá)到平衡。為實(shí)現(xiàn)國家碳中和目標(biāo)，不僅要有碳減排技術(shù)和碳零排技術(shù)，還需要有碳負(fù)排技術(shù)。“因?yàn)椴荒芡耆沤^煤、石油等化石能源的使用，需要對其釋放出的二氧化碳在量上進(jìn)行一個‘抵消’?！?李東解釋。

其中，生物能源屬于碳零排范疇，指從生物質(zhì)中得到的能源，只要有太陽，生物能源就會取之不盡。其通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質(zhì)，生物能在使用后又生成二氧化碳和水，形成一個物質(zhì)的循環(huán)過程，所以從理論上看二氧化碳的凈排放其實(shí)為零，生物能源也被視為可再生的清潔能源。

要實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，那就要阻斷循環(huán)?！昂唵蝸碚f，在這個循環(huán)過程中，如果我們不讓這些生物質(zhì)，例如農(nóng)林廢棄物、牲畜糞便等進(jìn)行燃燒使用，那就不會再生成二氧化碳并排放到大氣中去?！崩顤|找到了另一種變“廢”為寶的方法：有機(jī)廢棄物腐殖化利用。

“做成含腐植酸有機(jī)肥，可以理解為一種作為肥料的‘煤’，因?yàn)樗头獯嬗诘叵?，很難再被分解。”李東介紹，還有一種是將有機(jī)廢棄物經(jīng)過熱解炭化或者水熱炭化，做成生物炭?！巴瑯邮欠獯嬖诘叵拢且环N緩釋肥。相較于普通肥料，它不會輕易受到降雨影響導(dǎo)致淋溶，從而造成資源的損失和面源的污染。”

他表示，這類腐植酸或生物炭基肥料可用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)、土壤改良、生態(tài)復(fù)綠?！氨热缭谝恍┗钠禄蛘邚U棄礦山，因?yàn)橥寥罌]有有機(jī)質(zhì)沒法長東西，我們就可以把腐殖酸肥放進(jìn)去，讓荒地變沃土。”

一舉多得的碳負(fù)排技術(shù)

李東認(rèn)為，有機(jī)廢棄物腐殖化利用技術(shù)和生物炭肥的制備都是從面源上，將大氣中的二氧化碳進(jìn)行“固定”利用，達(dá)到負(fù)排放的目的。而針對大沼氣工程、發(fā)電廠、燃煤電廠以及煉鋼廠等點(diǎn)源碳排問題的解決，他提出了一種新的負(fù)排放技術(shù)——“POWER TO X”。

“ ‘POWER’ 指的是電，而‘X’可以指天然氣（GAS）一類的碳基能源、化學(xué)品、材料、飼料甚至食品等?！崩顤|舉例，POWER TO GAS（可再生電轉(zhuǎn)生物天然氣）這項(xiàng)技術(shù)，指的就是先捕獲工廠和沼氣池產(chǎn)生的二氧化碳，利用可再生電水解制氫，再將氫氣用于還原沼氣中的二氧化碳，使二氧化碳變?yōu)榧淄?，替代天然氣使用?在整個環(huán)節(jié)中，氫氣承擔(dān)了重要的角色。“我們要把二氧化碳生成我們需要的天然氣、化學(xué)品等，是需要耗能的，而氫就是一種能量?！崩顤|解釋。

目前，電解水制氫技術(shù)已經(jīng)相對成熟，只是還未形成安全的氫氣輸配管網(wǎng)和終端利用設(shè)施?！暗覀兊奶烊粴夤芫W(wǎng)相當(dāng)完善，所以可以通過‘POWER TO GAS’技術(shù)，利用好氫氣，生成天然氣，這樣使用和儲存都更方便。” 李東表示，過程中電解水制氫技術(shù)的應(yīng)用，也能解決“電”的儲存問題?！半娔軆Υ婺芰τ邢?，但發(fā)電又是恒定的，在用電低峰時就會造成資源的浪費(fèi)?！?/p>

李東描繪了一個未來的應(yīng)用場景：用電低峰時，某水電廠的電就被輸送到大型生物天然氣工程，經(jīng)過電解水制氫，將要排放的二氧化碳還原為能夠儲存的天然氣。用電高峰時，又能利用儲罐里的天然氣進(jìn)行發(fā)電。

“整個過程，類似于水利工程中的蓄洪調(diào)峰?！崩顤|提到，中共四川省委十一屆十次全會明確了四川要做優(yōu)做強(qiáng)清潔能源產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)水風(fēng)光多能互補(bǔ)一體化發(fā)展，規(guī)?；_發(fā)利用天然氣，有序開發(fā)多類型清潔能源，加快提升穩(wěn)定保供、協(xié)同互補(bǔ)和自我調(diào)節(jié)的能力?！?‘POWER TO GAS’這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用在能源的‘穩(wěn)定保供、協(xié)調(diào)互補(bǔ)和自我調(diào)節(jié)’這方面將會尤為突出，還能解決目前氫氣和電力運(yùn)輸或儲存的問題，可謂是一舉多得?！?/p>

為空間站變“廢”為食提供思路

針對“POWER TO GAS”技術(shù)的研究已經(jīng)持續(xù)了五年，最新的系列成果于2021年1月，以研究生朱獻(xiàn)濮為第一作者，李東為通訊作者發(fā)表在了學(xué)術(shù)期刊上。目前因?yàn)槭芟抻陔娊馑茪涞某杀締栴}，李東及其團(tuán)隊做完“POWER TO GAS”技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析后，才會考慮進(jìn)一步的商業(yè)化。

而“GAS”（天然氣）只是“POWER TO X”中“X”的可能性之一，李東對這項(xiàng)技術(shù)的拓展和開發(fā)不止于此?！拔覀兊纳鐣且粋€碳基社會，人們的吃、穿、住、用、行，乃至人類生命體均離不開碳。所以圍繞這項(xiàng)技術(shù)理念和路線，我們還能轉(zhuǎn)化出化學(xué)品、材料、飼料和食品等?！?李東展示出的特殊“蛋白粉”，正是該技術(shù)的又一體現(xiàn)。他解釋，在這個沼液氨氮生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究項(xiàng)目中，摒棄了傳統(tǒng)的硝化-反硝化的處理沼液的方式，將廢棄的含有高濃度氨氮的沼液進(jìn)行飼料化利用，構(gòu)建“氨氮-蛋白氮”短流程氮循環(huán)。利用微生物把沼液氨氮和養(yǎng)分合成蛋白質(zhì)，變成蛋白粉。

在“蛋白粉”生成過程中，同樣可以利用沼氣中的二氧化碳作為碳源，電解水制氫的氫作為能源。“POWER TO X”中的“X”，變成了“PROTEIN”（蛋白）。 李東介紹，這項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因?yàn)樯傻牡鞍追劭捎米黠暳鲜褂谩！叭绻磥砟軌蛉嫱茝V，不僅解決了沼氣生物天然氣產(chǎn)業(yè)瓶頸，在沼液資源化利用方面實(shí)現(xiàn)突破，對我國糧食安全也有重要的戰(zhàn)略意義?！?/p>

此外，他還設(shè)想了一個應(yīng)用場景：中國空間站?！霸诳臻g站內(nèi)，太陽帆板一展開就有電，航天員們又呼出了二氧化碳，如果再有氫，尿液提供氮源，我們是否就能應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)航天員每天攝入的食物，也就是營養(yǎng)物的循環(huán)‘使用’？” 其實(shí)這一循環(huán)利用的理念已經(jīng)在空間站實(shí)現(xiàn)，李東提到，空間站內(nèi)航天員喝的水，有一部分就是經(jīng)過尿和水循壞系統(tǒng)處理而來的?！耙?yàn)槲镔|(zhì)是守恒的，我們要的就是提供物質(zhì)不停的循環(huán)變化所需的能量?！保畛浚?/p>