一氧化碳合成蛋白质,中国又双叒叕重大突破

近日，科技日报发表了一篇名为《我国首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成并形成万吨级工业产能》的文章，在互联网上引起了极大的反响。

一开始看到这个新闻，我也有些心潮澎湃。

因为这是类似于「二氧化碳合成淀粉」这样的重大成果，足以发表于Science。

但仔细看了文章之后，我发现并不是这个样子。

「一氧化碳合成蛋白质」实际利用的是「乙醇梭菌」的酵化过程。

酵化是很常见的生物合成技术，而且「乙醇梭菌」的酵化，也是国际上多年前的技术，通稿内容中，关于「全球首次」的描述并不客观。

乙醇梭菌通过吸收一氧化碳和水，在身体内进行一系列的转化，并最终会生成乙醇和蛋白质。这些蛋白质是储存在乙醇梭菌细胞内的，并不会提取出来，而且整体使用，所以又被称为单细胞蛋白。

目前，这项技术主要用于生产饲料养鱼，但仅仅只能使用10%的比率，和其它鱼粕混用，不然会对鱼类有毒害作用。

而「二氧化碳合成淀粉」是真正的无中生有，通过有机催化，把二氧化碳一步步催化成了淀粉，技术难度上，二者是数量级的差距。

不过再往下看，《科技日报》的通报也写得很清楚，主要的突破在这个地方：

中国农科院饲料所与北京首朗生物技术有限公司经多年联合攻关，突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术，大幅度提高反应速度（22秒合成），创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

也就是说，研究团队通过基因工程等技术，让乙醇梭菌合成蛋白质的速度大大加快了。同时达到了前所未有的突破，蛋白质收率达到了85%。

不得不说，这的确是研究团队最大的突破点，而且的确有望对未来中国的碳中和目标提供助力。

但仔细分析了整个合成过程之后，我不禁陷入了深思。

先看看科技日报的通稿中，最后留下的这么一段内容：

以工业化生产万吨乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%）计，相当于万吨进口大豆（蛋白含量30%）当量，“不与人争粮、不与粮争地”，开辟了一条低成本非传统动植物资源生产优质饲料蛋白质的新途径，可减排二氧化碳2.5亿吨，节省耕地10亿亩（以平均亩产大豆斤计）。

这一句话的前半段是有个背景的，9月15日，首钢集团给自己的通稿是这样的：

据测算，中国每年至少可产生约1.2万亿立方米富含CO的工业尾气，如将20%的工业尾气采用生物发酵技术进行高效清洁利用，可年产乙醇万吨，乙醇梭菌蛋白万吨[1]。

科技日报的文章用的是万吨，也就是说，直接用的是%利用率。

这个只是理论数据，肯定是不现实的，毕竟中国但凡能水电、风电、太阳能、核电%发电利用率，甚至连那占比70%的火电都可以直接省掉，完美实现碳中和了，哪里还需要等个几十年。

接下来我们再来认真探讨一下，这个工业合成的转化率问题：

中国每年至少可产生约1.2万亿立方米富含CO的工业尾气。

什么是富含？

查阅了一篇名为《工业废气中一氧化碳的利用》的文献，可以得到这样的数据：

电炉制磷尾气中，CO含量高达85～95%；电石炉炉气中，含CO70～90%；钢铁纯氧顶吹炉气中，含CO70%左右；小合成氨铜洗再生气中，含CO75%左右[2]；

这里的富含，不用预估高了，至少75%要有吧？

按照75%来算，1.2万亿立方米工业尾气，含有的CO正好是亿立方米。

标准大气压下的质量是11.25亿吨，其中含碳量4.82亿吨。

而它产生的乙醇1亿吨（万吨）左右，乙醇梭菌蛋白万吨。

乙醇碳含量52.2%，蛋白质的碳含量一般是50%～55%。

也就是说，可利用产物里面，含碳量大约是万吨左右。

转换过程中，没有其它的C源，符合C守恒。

可得利用率为：0.5/4.82×%=10.37%

也就是说，在乙醇梭菌蛋白生产过程中，仅仅只固碳了约1/10，另外九成到哪里去了？

为了探寻这10%利用率的真相，我又查询了更多的文献3]。

发现，乙醇梭菌进行最关键的乙醇发酵过程中，有个乙酸的中间合成过程，主要是以下两个反应过程：

按照1式子，碳利用率50%。

按照2式，碳利用率33.3%。

而在合成过程中，转化率也完全达不到%，较好的时候，能差不多有50%的转化率，较差的时候只有10%~20%。

而蛋白质是在乙醇发酵的基础上产生的，利用率主要受到CO→CH3COOH的影响。蛋白质合成对转化率没有额外的影响。

当然，在合成的过程中，实际还可以用一氧化碳和二氧化碳以及氢气一起来合成，虽然转化率更高些，但这个合成过程，具有更高的成本，并非拿来专门处理工业废气的。

总的来说，首钢进行工业化利用的时候，一氧化碳尾气的最终转化有机物的利用率在10%~20%是合理的。

也就说，按照当前技术来说，真的完成万级别的产能，能中和掉的尾气中的碳，也仅仅只有一成左右。

通稿中提及2.5亿吨碳的减排，以及减少10亿亩耕地，颇有争议，我在B乎进行了详细分析，这里就不再细说。

虽然10%的转化率，、对于完全解决一氧化碳尾气排放并不现实，但这个重大突破，如果能解决单细胞蛋白的毒理作用，并降低生产成本。

将可以为咱们中国的碳中和目标增添砖瓦。

除此之外，根据乙醇和蛋白质差不多一亿吨的总产能，每年能有几千亿元的产值，而中国白酒每年的销售总额也是几千亿元。

即便不能达到%尾气收集，但哪怕收集50%，未来有望产生一两个世界五百强，并产生一个庞大的国内，甚至国际市场。

当然，在此之前需要成本下降到农业种植成本。

希望咱们国家的技术能全方面突破，早日实现碳中和的目标。

参考资料

首钢朗泽获中国第一张饲料原料新产品证书

朱文章.工业废气中一氧化碳的利用[J].江苏化工,(02):42-49.(02):42-49.

徐惠娟.合成气发酵梭菌C.autoethanogenum的生长特性与CO发酵性能[J].华南理工大学学报(自然科学版),(42):-.

工业尾气制乙醇钢铁减排有新招