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“你們猜猜這是什么?”采訪中,中科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,在袋口上方輕扇,一陣油枯香氣撲鼻而來。
“見過沼液沒?一種有機(jī)廢棄物經(jīng)沼氣發(fā)酵后的含氮廢水,這個(gè)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”。
這包蛋白粉正是李東關(guān)于沼液生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究的最新成果。近期,相關(guān)成果相繼發(fā)表在Poultry Science、Electronic Journal of Biotechnology等期刊上,同時(shí)獲得中國發(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放,在“雙碳”背景下意義重大。
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)?！耙?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(gè)‘抵消’?！?李東解釋道。
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(gè)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)。“簡單來說,在這個(gè)循環(huán)過程中,如果不讓這些生物質(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。”李東說。因此,他找到了另一種變“廢”為寶的方法:有機(jī)廢棄物腐殖化利用。
“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?！崩顤|介紹,還有一種方法是將有機(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?它是一種緩釋肥。相較于普通肥料,它不易受到降雨影響導(dǎo)致淋溶,從而造成資源損失和面源污染?！?/p>
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,土壤沒有有機(jī)質(zhì)沒法長東西,我們就可以把腐植酸肥放進(jìn)去,讓荒地變沃土?！?/p>
一舉多得的碳負(fù)排技術(shù)
李東認(rèn)為,有機(jī)廢棄物腐殖化利用和生物炭肥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,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(gè)環(huán)節(jié)中,氫氣承擔(dān)了重要的角色?！拔覀円讯趸忌晌覀冃枰奶烊粴?、化學(xué)品等,是需要耗能的,而氫就是一種能量?！崩顤|說。
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。
李東描繪了一個(gè)未來的應(yīng)用場景:用電低峰時(shí),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(shí),又能利用儲罐里的天然氣進(jìn)行發(fā)電。
“整個(gè)過程,類似于水利工程中的蓄洪調(diào)峰?！崩顤|說。
為變“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5年,2021年1月,最新的系列成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊上。目前受限于電解水制氫的成本問題,李東及其團(tuán)隊(duì)做完“POWER TO GAS”技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析后,才會考慮進(jìn)一步商業(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。
“我們的社會是一個(gè)碳基社會,人們的吃、穿、住、用、行,乃至人類生命體均離不開碳。所以依據(jù)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?！?李東展示的特殊蛋白粉,正是該技術(shù)的又一體現(xiàn)。他解釋,這個(gè)沼液氨氮生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究項(xiàng)目,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)建了“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?！癙OWER 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稀?中國科學(xué)報(bào) 見習(xí)記者 楊晨)
相關(guān)論文信息:
https://doi.org/10.1007/s12010-018-2824-1
https://doi.org/10.1016/j.psj.2021.101334
https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2021.11.006
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117368
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.245
https://doi.org/10.1007/s11274-020-02856-9
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144639
