用“小小微藻”守护碧水蓝天

——记我校功能微藻与生物技术研发团队

校报记者 范晓峰

国家主席习近平于10月22日向2019年太原能源低碳发展论坛致贺信，指出能源低碳发展关乎人类未来，中国高度重视能源低碳发展，积极推进能源消费、供给、技术、体制革命。在我们学校，就有这样一支团队，他们长期致力于能源低碳发展研究，用“小小的微藻”守护我们的碧水蓝天，他们就是山西农业大学功能微藻与生物技术研发团队。

功能微藻与生物技术研发团队合影：负责人李润植教授（一排左四），科研骨干崔红利副教授（一排左五）、季春丽副教授（一排左三）、张春辉博士（一排左二）

山西农业大学功能微藻与生物技术研发团队着眼于农业、能源和环境的战略需求及国际科技前沿，聚焦应用基础和关键技术研究。研究方向包括：微藻净化三废联产高值产品、守护碧水蓝天净土、开辟蛋、奶、肉、杂粮、瓜果蔬菜绿色安全生产新模式；微藻活性物质代谢机制解析、调控富集功效成分，构建藻源系列功能产品及功能平台化合物全产业链；杂粮活性物质精准功能鉴定、开发杂粮系列功能产品及功能平台化合物全产业链三条主线，开创绿色、健康、高效、循环现代农业发展新模式。研发团队包括负责人李润植教授、科研骨干崔红利副教授、季春丽副教授及张春辉博士及研究生25人。

说起微藻，您能想到什么？是漂浮在水面上、水生动物食物链最底端、用显微镜才能辨别其形态的微小生物？是诸如螺旋藻这样早已广为人知的保健品？还是餐桌上的地皮菜？……但您能把这小小的微藻和能源革命挂上钩吗？您知道这微不足道的微藻能造出生物柴油吗？您想到过它能够用于工厂，起到固碳、减少有害气体排放、净化废水的作用吗？

减排固碳造生物柴油 提供能源革命新思路

我校有科研团队正在研究用微藻造生物柴油，并取得了一定成果，得知这一情况的时任山西省委副书记、省长李小鹏于2016年7月26日专程来到我校“微藻燃油中试基地”作调研。在分子农业与生物能源研究所，功能微藻与生物技术研发团队负责人李润植教授汇报了团队开展能源微藻转化煤基燃气二氧化碳、净化废水和生产清洁燃油技术研究、中试的进展情况。

李小鹏调研微藻燃油研发情况

“微藻燃油关键技术研发与中试”是功能微藻与生物技术研发团队2014年承担的山西省煤基重点科技攻关项目，利用微藻的光合作用特性，让微藻吸收煤基烟道气中的二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物，吸收废水中的氮、磷，进而将碳、氮、硫等转化为糖、蛋白及脂类等物质，在进行烟道气固碳减排的同时获得微藻生物质，制备出微藻生物柴油。在微藻燃油工程基地内，李润植教授详细介绍了团队研发的微藻生物柴油全套生产设备及工艺。

在基地的中央，整齐地排列着一排排绿油油的封闭式光生物反应器，它们由一个个直径15厘米的透明玻璃管组成，那煞是好看的绿油油颜色的制造者就是团队研究的主角——微藻。李润植教授带领功能微藻与生物技术研发团队用5年的时间，从煤基企业周边废水中分离出的微藻里，诱变和驯化出了数种高效生长的优质新型能源藻种——蛋白核小球藻等藻种。这些能源藻种生物量、含油量和特异的ω-7脂肪酸含量分别高于普通藻种20%、56%和20倍。而承载这些优异藻种的一排排封闭式光生物反应器是团队研制出的另一利器——微藻高效固碳光反应器，该反应器与团队研究出的低成本规模化培养新工艺，使微藻培养与制油的生产周期缩短了40%。

封闭式光生物反应器

在实验室诱变和驯化出的蛋白核小球藻

一个个独立的光反应器由管道和插管连接，成为一个整体，再与“种子藻”培养池、烟道气压缩罐、气混装置、气体导入装置、微藻收集及浓缩处理装置、微藻生物柴油转化装置等连接，组成了应用微藻进行烟道气固碳减排联产优质生物柴油的整套工艺，实现了煤基烟气绿色减排及资源化利用。基于此系统的微藻烟道气处理技术使CO₂的捕获率大于75%，且无CO₂再次溢出。在此系统中，值得一提的是湿藻体一步法生物柴油制取新工艺。它突破了原先三步法的技术瓶颈的同时，使得细胞破壁率、藻油萃取率和生物柴油转化率分别达到了95.4%、97.3%和96.8%以上，且最终生产出的生物柴油质量优于国标GB/T20828-2007，冷滤点达-31℃。微藻燃油工程基地中试试验证明，整个基地20吨的微藻垂直管道反应装置正常运转每天大约可消耗3吨煤基烟气，产生80公斤的藻粉，生产出27公斤的生物柴油。据综合测算，目前微藻燃油生产成本已降至每升14元左右，每生产1吨微藻柴油可消耗约6.8吨工业排放的CO₂，每固定1吨CO₂，其衍生产值可超过10万元。该项目可实现节能减排、环境净化、CO₂循环利用、生物固碳及生物能源产业链延伸增值等多重效益，开辟了CO₂减排与CO₂资源化高效生物利用的新途径，具有重大的战略意义和应用前景。

李小鹏肯定了微藻研发团队取得的成绩，指出团队研发的微藻燃油技术对于煤基二氧化碳减排及利用有重大意义，非常符合当前山西煤炭清洁高效利用的发展需要，有着非常广阔的前景。他勉励团队成员要沉下心来研究机理，放宽视野推动商业化开发，力争在基础研究、技术研发和产业化开发方面进一步取得突破，为推动能源革命贡献力量。李小鹏对项目的充分肯定更加坚定了团队继续致力于微藻固碳研发利用的决心。

拓展功能微藻产业链 助推煤企转型新发展

微藻能够在减排固碳的同时造生物柴油，有着重大的生态意义和社会效益，但由于经济成本及国际原油价格等因素，目前生产出的微藻生物柴油还未能进行市场化运作。拥有高效生长的优质新型能源藻种和应用微藻进行烟道气固碳减排联产微藻生物柴油的完整工艺，也研制出生产微藻生物柴油的成套设备，可这些却没有用武之地。正在这时，一个消息让李润值教授团队看到了科研新方向。

2015年10月30日，时任省委副书记的楼阳生来我校调研时提出了建设“山西农谷”的设想，要将太谷县变为现代农业创新高地和功能农业示范区，而我校被赋予了建设山西农谷核心区——农谷科创城的任务。这一设想不仅给了我校一个建设发展的新思路，也启发了李润值教授，他决定将研究重点从微藻固碳联产生物柴油转向微藻固碳联产优质藻粉以用于生产功能食品、饲料、生物肥和生物农药以及其他化工品等高值产品。这一想法，很快就得到了学校和省里的支持。

楼阳生为山西农谷管理委员会揭牌

2016年功能微藻研发团队承担了山西省重点研发计划重点项目“煤基CO₂制备高值微藻粉及化工原料关键技术研究与示范”。基于此项目，团队在原先研究的基础上，将研究重点转向“微藻净化三废联产高值产品、守护碧水蓝天净土、开辟蛋、奶、肉、杂粮、瓜果蔬菜绿色安全生产新模式”和“微藻活性物质代谢机制解析、调控富集功效成分，精准功能鉴定、构建藻源系列功能产品及功能平台化合物全产业链”两个方面。学校还专门配套了专项资金建设了用于中试的微藻燃油基地，针对微藻生物技术研究团队力量不足的问题，利用学校高水平博士人才引进一事一议政策，大力引进了就职于大连大学生命科学与技术学院的崔红利博士入职我校，加入功能微藻与生物技术研发团队。

学校专门配套专项资金支持建设的微藻燃油基地示意图

今年的5月19日，我校与江苏恩蓝生物科技有限公司在太谷县联合主办了“烟气绿色减排、微藻生物转化、循环增值产业链示范工程”现场观摩暨推介会，对团队的研究成果做了总结和现场展示。校党委常委、副校长李宏全到场为项目做推介，省科技厅、省高等创新研究院、晋中市及下属各县相关负责人，河北邯郸宝烨焦化、国电集团等20余家企业代表现场观摩。

两个省重点项目，7年的系统研究和中试，再加上与兄弟院校的战略合作、协同攻关，和江苏恩蓝生物科技有限公司建立的“微藻生物工程联合实验室”和“战略合作”，团队完成了“烟气绿色减排、微藻生物转化、循环增值产业链”相关关键技术的研发、实验室小试和中试，并与“恩蓝”公司在清徐亚鑫集团港源焦化厂共建了“烟气绿色减排、微藻生物转化、循环增值利用产业链示范工程”，在国内首次实现了与焦化厂现场烟道气的对接。整个设备连续稳定运行了5个多月，生产出来的微藻生物质达到食品级标准，已与太谷荣欣堂食品有限公司合作，进行了藻源系列太谷饼和草子糕等功能食品研发。

清徐亚鑫集团港源焦化厂示范项目中的微藻养殖

团队研制的可移动性的一组垂直管道培养试验装置模式图

该产业链是微藻进行烟道气固碳减排同时联产微藻生物柴油工艺的演进。江苏恩蓝生物科技有限公司的研发技术对烟道气进行脱硫脱硝等预处理，经过预处理的烟道气排入团队研发的微藻高效固碳光反应器中，烟道气中的二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物，经过微藻光合作用被吸收和利用，排出氧气，排出可用于水产养殖和农田灌溉的水，生产出微藻生物质。氧气可采集利用，微藻生物质可造柴油，也可以造功能性饲料、饵料、植物肥料、抗菌农药等服务于绿色功能农业。如果反应器中的水是干净的，通过此系统生产出的微藻生物质还可通过提取活性成分制成食品级藻粉服务于功能食品和健康产业。目前已研制出功能性太谷饼和草子糕产品，藻源系列石头饼也正在研发中。此系统还可以用于生产其它功能性微藻产品，如生产螺旋藻和雨生红球藻。团队已在权威学术期刊发表论文揭示，螺旋藻多糖具有缓解功能性便秘和急性酒精中毒的功效；雨生红球藻合成积累的天然虾青素具有缓解化疗药物引起的药物性肝损伤等功效。

“烟气绿色减排、微藻生物转化、循环增值利用产业链示范工程”示意图

功能微藻与生物技术研发团队和江苏恩蓝生物科技有限公司等企业合作，致力于将整套工艺在其他煤基焦化厂、煤电厂等相关企业进行复制，为烟道气的固碳减排和资源化利用提供新的解决方案，为相关企业提供一站式、标准化、规范化、可复制的科技集成服务。团队在提供藻种、微藻培养工艺和相关技术服务的同时，还可在实验室提供微藻功效成分的精准功能鉴定，指导后续的功能产品持续研发。此次推介会和合作研发技术成果受到新华网、中国科技网、山西卫视、山西日报、山西新闻网、科技日报等多家媒体报道（点击媒体名称可查看相关报道）。

今年的7月2日，副省长张复明实地调研我校“1331工程”建设情况，在国家功能杂粮技术创新中心加工车间的功能食品研发成果展台前，看到了功能微藻与生物技术研发团队与太谷荣欣堂食品有限公司合作共同研发的太谷饼和草子糕时倍感振奋。我校的微藻固碳及产业化示范项目是在张复明副省长的直接指导和关怀下在我省率先立项和持续推进的，他希望团队能够进一步扩大工艺的示范和产业化落地，在此基础上申报省级功能微藻生物工程技术研究中心。

张复明持续关注功能微藻研发进展，图为2017年4月24日来校调研时赴微藻燃油基地调研场景

做强能源革命大文章 开拓微藻研发新前景

今年中办国办正式印发了《关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见》，从世界能源大势和新时代能源战略全局出发，赋予山西更大的国家使命，希望山西通过综合改革试点，努力在提高能源供给体系质量效益、构建清洁低碳用能模式、推进能源科技创新、深化能源体制改革、扩大能源对外合作等方面取得突破，争当全国能源革命排头兵。国家给了山西一个大命题，而做好这个大命题，离不开像功能微藻研发这样一个个小课题的破解和支持。

煤基烟道气绿色减排CO₂等废气物资源的综合利用，是当今全球一个新兴的高技术产业，功能微藻与生物技术研发团队与企业合作协同公关，成功地打通了这一产业的“最后一公里”。微藻高值产品研发取得突破性进展，成功地研制出微藻生物燃油全套生产工艺，开发出一系列功能食品、功能性饲料、饵料和功能性生物，这些研发成果为煤基企业转型发展提质增效，为我国功能农业、功能食品和生物产业发展提供了新动能，开辟了新道路，同时为我省传统产业能源革命、转型综改及提质增效开辟了新动能，引领支撑全产业链开发，助推山西黑色资源的绿色发展和高碳资源的低碳发展。 

团队研发的部分微藻源功能产品

今年，团队参与的“微藻产业转型升级关键技术体系的建立及应用”获科技部主办2019年中国产学研合作创新成果优秀奖（点击文字可查看相关文件）。今后，功能微藻与生物技术研发团队将再接再厉，继续遵循“需求引导、创新引领、合作共赢、协同发展”的原则，按照“立足山西、面向全国”的总体要求，紧紧围绕我省能源革命、三废资源利用、山西农谷战略（功能农业和功能食品）及大健康产业等战略需求，以承担国家、省部及其他项目为切入点，以功能微藻生物工程中心为桥梁，有效整合和集成创新各方资源，持续开展功能微藻及产品研发和微藻固碳高值产业链的创建，为我校在复合型高层次人才培养、新农科建设和服务区域经济等方面做出新贡献。（图片来源 程旭东 崔红利）