“天工开物”又上新（科技瞭望）

董睿晗

工业尾气制蛋白工厂。 首钢朗泽供图

芯片超纯水分离膜系统。 浙江工业大学供图

清晨，你用手机刷着新闻，在指尖划过屏幕的瞬间或许不会想到，手机能大规模普及离不开高科技膜材料的发展。

中午外出，当驾车驶入加油站，为爱车注入乙醇汽油，可能会惊讶地发现，其原料竟源自工业尾气。

晚上回家，当你品尝着餐桌上的一道道美食，却不曾了解，有些食材是由工业尾气“转化”而成的饲料饲养长大的。这些看似风马牛不相及的领域，正因一项项新科技成果而悄然相连。

不久前，在国家科技传播中心举行的“新天工开物——科技成就发布会”生态环境专场上，由浙江工业大学等单位发布的“新型膜法水处理关键技术及应用”、北京首钢朗泽科技股份有限公司发布的“含碳工业尾气生物发酵制乙醇及微生物蛋白技术”，让这些曾在电影中的科幻场景逐渐变为现实。

施展“膜“法

随着中国工业和社会经济快速发展，一些前沿领域对水质要求日益提升，对膜技术的需求也不断升级。但长期以来，以工业分离膜为代表的高端膜市场近九成被美、日、德等国家垄断。为了摆脱高端脱盐膜依赖进口的现状，以侯立安院士、高从堦院士、郑裕国院士为代表的专家，汇聚高校、国企及高新技术企业力量，组建了产学研深度融合的“国家队”，开启了长达十余年的协同创新攻坚战。

“膜法水处理技术”，是利用高科技分离膜实现水中杂质选择性过滤的现代工艺，该技术已应用于各行各业，融入人们的日常生活中。从保障饮用水安全，到处理工业废水和生活污水，再到芯片制造必需的超纯水制备，膜技术以高效节能的特性，在提升民生福祉的同时，降低了高科技产业的生产成本，成为推动社会进步的重要力量。

在膜材料研发初期，团队不断调整膜制备方案，却始终无法达到国际水平。侯立安院士和高从堦院士一针见血地指出问题所在——技术创新需先实现原理突破。此后，团队从理论源头创新入手，集中力量实现原理突破。

浙江大学求是特聘教授、碳中和研究院副院长张林是“新型膜法水处理关键技术及应用”的发布人。他介绍，受计算机之父图灵的“反应扩散”模型启发，团队使用先进的表征方法，在数月内攻克原理瓶颈，成功研制出水的渗透率和盐的截留率均优于进口产品的新型膜材料。该突破不仅解决了膜材料选择性和渗透性难以兼顾这一世界级难题，也为保障水资源安全提供了关键技术支撑。

在中国工程院院士、大连理工大学高分子材料研究所所长蹇锡高看来，中国环境科技与相关产业尽管发展得晚，但发展速度很快。“在膜分离这个工程领域，我们原来算是跟跑、并跑，现在可以说已经在领跑了。”蹇锡高说。

团队还从自然界中获得灵感，通过模仿鱼皮表面结构，在膜表面形成稳定的荷电平衡层，构建出“水铠甲”，有效阻隔污染物粘附。该创新机制使膜材料抗粘附性能提升55%，清洗后通量恢复率大幅提高，极大延长了膜使用寿命。这一生物仿生技术为攻克膜污染难题提供了新思路。

如今，这支团队已研发出超薄脱盐膜、长效抗污染膜、核素吸附膜三类核心材料，攻克了渗透性选择性双向提升、膜表面低粘附与自清洁、核素的精准筛分与高效分离等3项关键技术难题。

目前，在团队授权的131项国内外发明专利中，有很大一部分已转化应用。成果已在全国30多个省级行政区及欧、美、日等24个国家和地区规模化应用，覆盖化工、能源、半导体等关键领域。

变废为宝

当钢铁厂的熔炉日夜轰鸣，化工园区的管道不断吞吐，一种特殊的“废气”悄然产生——工业尾气。过去，这些尾气多被简单燃烧后排放，不仅释放出大量二氧化碳、粉尘和有害气体，更成为空气污染和全球变暖的隐形推手。但如今，北京首钢朗泽科技股份有限公司将工业尾气转化为清洁燃料和蛋白饲料，实现了“变废为宝”。

故事要从来自比利时的两名科学家说起。他们在兔子肠道中发现了一种特殊厌氧菌，中文名为乙醇梭菌。这种细菌能将一氧化碳、二氧化碳和氢气转化为乙醇，让它们在发酵罐中持续工作，不断繁殖和分裂，最终产出乙醇和蛋白产品。

整个工艺流程分三步：第一步，收集钢铁冶金等工业尾气，净化去除有害杂质。第二步，将气体分散成细小气泡送入发酵罐，与细菌充分接触反应，尾气被转化为乙醇。最后一步，发酵液经蒸馏脱水、分离干燥，得到纯度超99.5%的燃料乙醇和饲料蛋白。

看似简单的生物转化技术，其工业化之路实际却充满挑战。在生物技术领域，从实验室迈向规模化生产的过程中，要跨越“死亡谷”，国外很多机构对类似技术的尝试均以失败告终。

首钢朗泽用了5年时间，成功攻克了这一难题。据北京首钢朗泽科技股份有限公司研发团队负责人、高级工程师晁伟介绍，实验室中的细菌“享受优待”，但工厂环境恶劣，尾气成分复杂多变，导致细菌存活率极低，往往活不过几天。为突破瓶颈，公司实施双重优化策略，一方面净化工业尾气，去除影响细菌生长的有害杂质；另一方面持续调整细菌生长环境，实时监测细菌发酵数据，精准调控温度、压力等参数。经过不懈努力，最终实现了细菌存活周期从几天到300天的跨越式提升，为工业化生产奠定了坚实基础。

如果说，乙醇是工业尾气转化的直接产物，那么蛋白饲料就来自另一个意外之喜。技术人员在检修乙醇提纯蒸馏塔时，发现塔板附着的高蛋白黏性物质，这一工业尾气转化过程中的“副产品”，是农业饲料的绝佳原料。

然而，农业饲料的开发并不简单。团队没有农业专业人员，饲料的制备生产需要严格的安全论证和准入才能生产销售。这是又一个从零开始的研发过程，需要大量时间和金钱的投入。

面对困难，首钢朗泽团队坚定推进，组织成员前往浙江舟山海岛开展水产养殖实验，其间遭遇了台风等多重考验。功夫不负有心人，经过6年的不懈努力，团队终于成功完成新饲料产品认证，获得农业农村部颁发的中国首张新饲料产品证书，实现了农业饲料领域重大突破。

如今，包括河北曹妃甸首朗一期项目在内，首钢朗泽公司已建成4个生产基地。对于该团队的技术突破，中国工程院院士金涌评价：“这项技术颠覆了传统工业尾气资源化利用模式，打破了钢铁冶金工业尾气低效燃烧排放的困局，开辟了非粮乙醇与生物质蛋白生产的新路径。”该技术项目还在第30届联合国气候变化大会上，被选为中国企业碳中和行动示范案例，向世界展示了中国践行碳中和的坚定决心与创新成果。