“你們猜猜這是什么？”采訪中，中國科學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。“見過沼液沒？一種有機廢棄物經沼氣發酵后的含氮廢水，這個東西就是沼液‘變’的蛋白粉。”李東介紹，目前已經對其進行了滅菌處理和重金屬檢測評估，“如果要當蛋白粉吃，是沒有問題的。”
這包蛋白粉正是李東關于沼液生產單細胞蛋白飼料研究項目的最新成果。近期，相關研究成果相繼發表在了Appl Biochem Biotechnol、Poultry Science、Electronic Journal of Biotechnology期刊上，同時獲得了中國發明ZL授權。
與植物源蛋白相比，該技術生產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的研發和推廣。
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到平衡。為實現國家碳中和目標，不僅要有碳減排技術和碳零排技術，還需要有碳負排技術。“因為不能完全杜絕煤、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，生物能在使用后又生成二氧化碳和水，形成一個物質的循環過程，所以從理論上看二氧化碳的凈排放其實為零，生物能源也被視為可再生的清潔能源。
要實現負排放，那就要阻斷循環。“簡單來說，在這個循環過程中，如果我們不讓這些生物質，例如農林廢棄物、牲畜糞便等進行燃燒使用，那就不會再生成二氧化碳并排放到大氣中去。”李東找到了另一種變“廢”為寶的方法：有機廢棄物腐殖化利用。
“做成含腐植酸有機肥，可以理解為一種作為肥料的‘煤’，因為它就封存于地下，很難再被分解。”李東介紹，還有一種是將有機廢棄物經過熱解炭化或者水熱炭化，做成生物炭。“同樣是封存在地下，是一種緩釋肥。相較于普通肥料，它不會輕易受到降雨影響導致淋溶，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業種植生產、土壤改良、生態復綠。“比如在一些荒坡或者廢棄礦山，因為土壤沒有有機質沒法長東西，我們就可以把腐殖酸肥放進去，讓荒地變沃土。”
一舉多得的碳負排技術
李東認為，有機廢棄物腐殖化利用技術和生物炭肥的制備都是從面源上，將大氣中的二氧化碳進行“固定”利用，達到負排放的目的。而針對大沼氣工程、發電廠、燃煤電廠以及煉鋼廠等點源碳排問題的解決，他提出了一種新的負排放技術——“POWER TO X”。
“ ‘POWER’ 指的是電，而‘X’可以指天然氣（GAS）一類的碳基能源、化學品、材料、飼料甚至食品等。”李東舉例，POWER TO GAS（可再生電轉生物天然氣）這項技術，指的就是先捕獲工廠和沼氣池產生的二氧化碳，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，使二氧化碳變為甲烷，替代天然氣使用。 在整個環節中，氫氣承擔了重要的角色。“我們要把二氧化碳生成我們需要的天然氣、化學品等，是需要耗能的，而氫就是一種能量。”李東解釋。
目前，電解水制氫技術已經相對成熟，只是還未形成安全的氫氣輸配管網和終端利用設施。“但我們的天然氣管網相當完善，所以可以通過‘POWER TO GAS’技術，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的應用，也能解決“電”的儲存問題。“電能儲存能力有限，但發電又是恒定的，在用電低峰時就會造成資源的浪費。”
李東描繪了一個未來的應用場景：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行發電。
“整個過程，類似于水利工程中的蓄洪調峰。”李東提到，中共四川省委十一屆十次全會明確了四川要做優做強清潔能源產業，推進水風光多能互補一體化發展，規模化開發利用天然氣，有序開發多類型清潔能源，加快提升穩定保供、協同互補和自我調節的能力。“ ‘POWER TO GAS’這項技術的應用在能源的‘穩定保供、協調互補和自我調節’這方面將會尤為突出，還能解決目前氫氣和電力運輸或儲存的問題，可謂是一舉多得。”
為空間站變“廢”為食提供思路
針對“POWER TO GAS”技術的研究已經持續了五年，最新的系列成果于2021年1月，以研究生朱獻濮為第一作者，李東為通訊作者發表在了學術期刊上。目前因為受限于電解水制氫的成本問題，李東及其團隊做完“POWER TO GAS”技術經濟性分析后，才會考慮進一步的商業化。
而“GAS”（天然氣）只是“POWER TO X”中“X”的可能性之一，李東對這項技術的拓展和開發不止于此。“我們的社會是一個碳基社會，人們的吃、穿、住、用、行，乃至人類生命體均離不開碳。所以圍繞這項技術理念和路線，我們還能轉化出化學品、材料、飼料和食品等。” 李東展示出的特殊“蛋白粉”，正是該技術的又一體現。他解釋，在這個沼液氨氮生產單細胞蛋白飼料研究項目中，摒棄了傳統的硝化-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行飼料化利用，構建“氨氮-蛋白氮”短流程氮循環。利用微生物把沼液氨氮和養分合成蛋白質，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，這項技術在農業領域具有廣闊的應用前景，因為生成的蛋白粉可用作飼料使用。“如果未來能夠全面推廣，不僅解決了沼氣生物天然氣產業瓶頸，在沼液資源化利用方面實現突破，對我國糧食安全也有重要的戰略意義。”
此外，他還設想了一個應用場景：中國空間站。“在空間站內，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，我們是否就能應用這項技術來實現航天員每天攝入的食物，也就是營養物的循環‘使用’？” 其實這一循環利用的理念已經在空間站實現，李東提到，空間站內航天員喝的水，有一部分就是經過尿和水循壞系統處理而來的。“因為物質是守恒的，我們要的就是提供物質不停的循環變化所需的能量。”
相關論文鏈接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s12010-018-2824-1
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032579121003680?via%3Dihub=
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0717345821000555?via%3Dihub=
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544220304758?via%3Dihub=
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