这是首钢朗泽公司投产的钢铁尾气生物发酵工业化装置。（资料图片）
工业尾气怎样利用？传统做法是通过燃烧将其中的热能转换成电能。北京首钢朗泽科技股份有限公司（以下简称“首钢朗泽”）却探索出一条全新路径：利用合成生物技术与CCUS（碳捕获、利用与封存）技术相结合，将含碳工业尾气直接转化为生物乙醇及微生物蛋白等高价值产品。
从洗衣液中的表面活性剂、饮料瓶中的聚酯材料，到乙醇纤维做成的运动服……首钢朗泽持续创新研发，推动产品在众多领域实现应用，自身也成长为国家级专精特新“小巨人”企业。
从0到1
常温常压下，不到22秒一氧化碳、二氧化碳直接转化为乙醇和蛋白——这听起来像天方夜谭，却是首钢朗泽突破化工合成路径已经实现工业化的技术路线。首钢朗泽用非粮原料生产乙醇和蛋白，每生产1吨乙醇可节粮3吨、节地8亩，对保障国家粮食安全和能源安全具有积极意义。
“与燃烧相比，一代技术可实现二氧化碳减排33%以上，氮氧化物减排90%以上；二代技术不仅可以做到无二氧化碳排放，每吨乙醇还可直接消耗二氧化碳0.5吨，能源转化率达60%。”首钢朗泽副总经理宋庆坤告诉记者。
这些数字背后是首钢朗泽在自主创新路上的持续探索。2011年，公司引进一项将工业尾气转化为乙醇的生物发酵技术，这项技术虽然在实验室研发成功，但并没有进行中试，业内许多人认为不可能实现产业化。“一项新技术要从实验室走向产业化，需要经过小试、中试，最终实现量产才算成功。我们的首要任务就是完成这项技术的中试。”宋庆坤说。
在大股东首钢集团支持下，公司一期投入6000多万元进行中试研发，希望中试成功后可以推广应用于钢铁生产流程上，为钢铁企业绿色转型提供新路径。为实现这个目标，首钢朗泽组建了一支年轻技术团队，全身心投入研发工作。
尽管做了充分的心理准备，但中试过程比想象得更艰辛。在产业链条中，实验室发酵技术只是很小的一个单元，上游要接入不同类型的工业尾气，精准控制尾气中的杂质含量；下游要产出高质量的合格产品，满足客户要求，如果没有产出，技术再好也没有经济性。之前没有意识到的一些问题，在中试过程中也集中地暴露了出来。
没有退路，只能迎难而上。但在相当长时间内，技术团队虽一步步解决了流程中的梗阻，却依然没有突破性进展。2014年，埋头做了3年研发的团队面临一道艰难的选择题：公司账面上只剩下80多万元，是断腕止血，还是孤注一掷？经过激烈讨论，技术团队认真梳理总结了项目研发中存在的技术难点，自我施压，明确攻克时间点，并争取到首钢集团的增资。
凭借坚持不懈的努力，技术团队于2016年完成中试，形成全系统工艺技术集成，在曹妃甸开建首套大工业化装置。2018年5月正式投产，产出符合国家标准的燃料乙醇。项目顺利建成，让首钢朗泽实现了“从0到1”的突破，并拥有大量自主知识产权。
意外之喜
2015年，在首钢技术研究院工作的晁伟来到首钢朗泽，负责中试技术研发。如今，他已经是首钢朗泽负责科技创新的副总经理。“到公司前，我在曹妃甸中试现场听完介绍后就动心了。一方面感觉技术很先进，对钢铁产业意义重大，多花点代价也值得做。另一方面我是学化学的，在这里可以发挥更大的价值。”
到中试基地安家后不久，晁伟就遇到了难题：分离蒸馏系统总是运行不顺畅，无法连续产出合格乙醇。技术人员把蒸馏塔拆开，发现塔板上附着了很多黏稠物质，导致蒸馏塔板堵塞，气流无法通过。不管怎么清理，只要系统运行，这些物质会一直产生，想提取乙醇，必须在前端把这部分黏稠物去除掉。
这些恼人的黏稠物到底是什么？送到国家权威机构一检测，结果令人惊喜——其中蛋白质含量很高。但这些蛋白质是否有利用价值？带着疑问，他们拿着样本去了中国农科院饲料所，经检测发现蛋白质含量高达80%以上，而且氨基酸种类齐全、平衡性好，非常适合做饲料。
在解决生产问题的同时，发现了更有价值的新产品，这对企业来说是一个重大惊喜。“这些黏稠物就是乙醇梭菌蛋白。我们花了6年时间做饲料产品认证，于2021年8月取得农业农村部颁发的饲料原料新产品证书。”晁伟说。自那时起，乙醇梭菌蛋白成为众多水产饲料企业蛋白原料的首选。
“现在很多研究人员都在研究菌种，但缺乏工业化转化能力，这个方面恰好是我们的优势。”晁伟说，工业化要考虑从气体净化到连续发酵、蒸馏脱水、乙醇蛋白分离提纯的全流程。这套使实验室发酵技术实现产业化应用的工业化转化能力，形成了首钢朗泽的核心竞争力。
随着首钢工业尾气变废为宝的消息见诸报端，原本重点在钢铁行业谋划发展的首钢朗泽，被一个偶然的机会改变了产业布局。2018年，一家来自宁夏的民营铁合金企业登门拜访，希望在宁夏合作建厂，处理铁合金生产过程中产生的尾气。
与钢铁业相比，铁合金行业相对小众，但宁夏铁合金企业集中度高、气源丰富，尾气中的有效成分浓度很高，这无疑为首钢朗泽打开了一扇窗。
2021年5月，首钢朗泽控股的铁合金尾气利用项目——宁夏首朗吉元新能源科技有限公司建成投产，年产乙醇4.5万吨、乙醇梭菌蛋白5000吨。随后，在宁夏和贵州建成了第二家、第三家铁合金领域的项目，跨领域发展取得成功。
这些合作让首钢朗泽充分意识到，他们拥有的是一项平台技术，始于钢铁，但不止于钢铁。“我国钢铁产能规模大，尾气资源丰富且易于收集。我们的技术还可以在铁合金、电石、化工、垃圾气化、生物质气化等许多领域实现应用。”晁伟说。
储备未来
无论是乙醇还是蛋白，市场空间都非常巨大。考虑到粮食安全，我国在严格控制燃料乙醇加工产能扩张的同时，还每年进口大量的大豆，大豆榨油后剩下的豆粕用于生产饲料。首钢朗泽产出的生物乙醇和微生物蛋白，无疑能极大满足市场需求。
“我们生产的乙醇直接成本比国内粮食发酵的乙醇约低30%。未来不只做乙醇，还可以做丁醇、丁二醇、异丙醇、可持续航空燃料等一些附加值更高的产品。”首钢朗泽总工程师莫志朋告诉记者。
在实现“从0到1”的技术突破后，首钢朗泽想得更多的是“从1到N”的快速推广。首钢朗泽生产的生物乙醇已经应用在香水、化妆品、清洁剂、食品饮料包装、服装化纤等产品中。国外的合作伙伴还把生物乙醇做成可持续航空燃油（SAF）应用在商业航班上。公司生产的微生物蛋白可作为水产、鸡、猪的蛋白原料，产品供不应求。
如今，这家员工平均年龄33岁的企业，已申请专利250余项，其中发明专利100余项，发展驶入快车道。“企业要始终服务于国家战略，国家需要什么我们就做什么。”宋庆坤说，首钢朗泽正向成为合成生物学和CCUS行业领军企业默默努力。未来随着宁夏、河北、内蒙古、上海、山东等地多个新项目的落地，规划中的生物乙醇年产能将达50万吨、微生物蛋白年产能将达6万吨。（经济日报记者 杨学聪）
