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工業尾氣利用方案——MIT細胞工廠(催化劑)技術

所屬領域: 大氣污染防治 > 其他
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關鍵詞: 工業尾氣
發布時間: 2018-08-20

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需求信息

需求內容

行業現狀

去年7月,國務院正式印發了《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》(下稱“計劃”),對三年國家大氣污染防治的工作進行了部署。根據計劃的要求,到2020年全國要實現“二氧化硫、氮氧化物排放總量分別比2015年下降15%以上;PM2.5未達標地級及以上城市濃度比2015年下降18%以上,地級及以上城市空氣質量優良天數比率達到80%,重度及以上污染天數比率比2015年下降25%以上”的目標。

在此高標準嚴要求的大背景下,一方面如鋼鐵、石化、焦化、建材等產廢單位面臨著巨大的排放壓力,如果廢氣的排放不達標或者觸及生態保護紅線,則有被處罰、停產甚至被淘汰的可能。而另一方面,對于環保治廢企業而言其技術工藝達標、設備的改進提升以及能源利用效率的提升也變得尤為重要。

而我們此次要介紹的一種工業尾氣利用方案,就是通過細胞工廠技術將含H?、CO、CO?的工業尾氣轉化為飼用單細胞蛋白、微生物油脂等高附加值產品,用來作為能源及糧食的對標替代物。

企業介紹

上海吉態來生物技術有限公司(簡稱:吉態來生物,GTL)公司董事長胡鵬博士曾任美國麻省理工學院(MIT)博士后研究員,在任職MIT期間,胡博士所在的實驗室發現了一種能將H?、CO、CO?轉化為乙醇的微生物。因為這個發現,胡博士后續投入了大量的時間和精力到該菌種工業化應用的研究中,最終創造性地開發了微生物細胞工廠技術。2016年3月,這一技術突破發表在了《美國科學院期刊》上,并被科學雜志與自然雜志重點報道,被英國衛報譽為解決石油替代技術的重大突破。

2015年,胡鵬博士在上海創立了吉態來生物。該細胞工廠技術專利的全球獨家技術授權也于2016年授予了吉態來生物。目前該技術已經完成了多個應用場景的全套技術開發,吉態來也已實現了一系列重要的商業化和合作進展:

2017年,吉態來與東華工程科技有限公司形成戰略合作,在煤化工與工業尾氣資源化領域開展技術聯合開發與市場推廣。

截止2017年,吉態來共實現股權融資數千萬元。

吉態來生物已經在湖北一中試基地建成一套主反應器為100升規模的合成氣制油中試系統,并實現了連續運行與油品產出。

2017年,吉態來還與清華大學簽署戰略合作協議,雙方將在原料氣體的廣譜性、發酵工藝優化以及油品深加工開發等方面,展開深入合作。

吉態來生物總部設立在上海,目前共有員工11人。

技術產品概述

細胞工廠技術

吉態來生物通過合成生物學與代謝工程學的基因編輯技術,分離并優化一種高效的乙酸菌將氣體(H?、CO和CO?)轉化為乙酸,并創造性地將酵母菌的原料從糖類改變為乙酸,極大的提高了這兩類微生物的轉化效率,并實現了兩級菌種發酵的全流程打通。乙酸經過酵母菌的再次發酵,可以產生飼用單細胞蛋白以及微生物油脂等高附加值產品。

主要交付物

吉態來生物擁有獨立核心菌種產能(催化劑),可以直接向業主交付。

此外需要特別說明的是,對于工藝包及工程的部分吉態來不進行負責,但是會向業主提供經過驗證的發酵模塊接口(下方“合作模式”部分會具體說明),該關鍵接口的提供將保證工程部分的易操作性和可實現性。

發酵產物及下游產品

經過預處理工藝以后,工業尾氣中的有效成分(H?、CO和CO?)將會進入細胞工廠進行厭氧-好氧兩次發酵,最終形成直接的發酵產物單細胞蛋白以及單細胞油脂。

單細胞蛋白可通過后處理技術調整其中的蛋白含量,進而作為糧食產品的蛋白原料,用于生產飼料、蛋白粉、食品蛋白等。而單細胞油脂中的主要成分為碳鏈長度在16-18的中長鏈不飽和脂肪酸,是油脂化工、生物燃料及其他化學品的重要原料。

生產方法及合作模式

生產方法

吉態來的完整生產工藝由:微生物細胞工廠、發酵環境模塊、原料氣體預處理模塊和產物后處理四個模塊組成。

模塊A——微生物細胞工廠

該模塊即為吉態來特有的發酵菌種,該菌種與模塊C中的直接原料進入模塊B進行發酵反應。核心菌種構成了嚴密的、受細胞自身調控的酶系統構成的“微生物細胞工廠”,具有高效性、專一性、溫和性等特點,具有極高的生物轉化效率、資源利用率和經濟效益。

模塊B——發酵環境模塊

該模塊是為發酵微生物匹配的發酵環境。吉態來的“微生物細胞工廠”具有比較突出的環境適應性,可在常溫條件下(吉態來氣體發酵細胞工廠可適應的壓力范圍涵蓋高中低壓,可根據工程和項目需求靈活設定)將模塊C預處理后的H?、CO、CO?氣體經過厭氧-好氧兩步發酵過程得到粗產物。

模塊C——原料氣預處理模塊

該模塊是將含H?、CO的工業尾氣進行凈化預處理,為模塊B提供直接原料。該模塊要求氣體相對潔凈,因此煤化工行業的弛放氣、焦爐煤氣,以及鋼鐵行業的高爐煤氣、轉爐煤氣等均可作為此模塊中的氣體原料。

模塊D——產物后處理模塊

該模塊將B模塊的發酵粗產品(單細胞蛋白以及單細胞油脂)按照目標產品的要求進行離心提濃、干燥、分離等工藝處理,最終得到飼料蛋白和油脂等高附加值目標產品。(以蛋白產品為例,該模塊可產出粗蛋白含量65%的魚粉替代物,售價高達11000元/t)

歸納而言,模塊C和模塊A分別提供發酵氣體原料及發酵菌種,在模塊B進行氣體發酵,最終經模塊D對發酵產物進行后處理,形成目標產物。

合作模式

基于以上的完整生產流程,吉態來主要尋求兩種合作模式:一種是針對產氣單位的項目合作方式,另一種是針對工程承包商的戰略合作方式。

項目合作方式

產氣單位與吉態來直接進行項目合作,共同投資建立合資公司或新項目,作為項目運營實施的主體,收益分配無論是按照菌種的銷售情況還是根據收益按投資比例分配,吉態來均可根據業主方的需求進行調整。

戰略合作方式

對于第二種合作方式,吉態來為業主提供核心菌種以及上述模塊B的三個接口。工程承包商則為整個工藝流程負責,進行工程實施和設備集成。通過緊密合作,雙方為客戶提供完整的工程和技術支持服務,最終項目收益可通過工程款或業主項目運營產生的效益進行分成來實現。

經濟性分析

工業尾氣制油

吉態來的細胞工廠生物制油工藝的成本包括:直接原料成本、微生物菌種成本、能耗成本以及人工輔料投入等幾個方面。按照一噸產物進行計算,生物柴油的生產成本情況見下表:

其中,利用吉態來技術將工業尾氣轉換而成的生物柴油完全可以替代現有石油基柴油和生物柴油??蛇x取棕櫚油及原油作為對標物,以其價格對比吉態來生物制油技術生物柴油成本。

*注:

1.原油體積換算按1桶=0.136噸計算;

2. 2018年7月棕櫚油現貨價格取5106元人民幣/噸(http://quote.eastmoney.com/qihuo/P1807.html);

3.2018年7月布倫特原油價格取575美元/噸(http://youjia.chemcp.com/YuanYouJiaGe.asp)。

根據計算,使用吉態來技術生產生物油產品的成本能比對標物棕櫚油及原油價格(以布倫特油為例)分別低44.8%和26.1%。而如果以此技術進行規?;a,能耗及固定投入將更大程度地得到分攤,那么其經濟性效益也將更為顯著,在能源應用領域的巨大前景可期。

工業尾氣制飼用蛋白

以H?、CO含量較低的甲醇裝置尾氣的資源化利用為例。將甲醇裝置尾氣(主要含H?、CO)與部分脫碳裝置尾氣(主要含CO?)相混合,經過氣體發酵得到高附加值的飼用單細胞蛋白。

*注:

1.原油體積換算按1桶=0.136噸計算;

2. 2018年7月棕櫚油現貨價格取5106元人民幣/噸(http://quote.eastmoney.com/qihuo/P1807.html);

3.2018年7月布倫特原油價格取575美元/噸(http://youjia.chemcp.com/YuanYouJiaGe.asp)。

根據計算,使用吉態來技術生產生物油產品的成本能比對標物棕櫚油及原油價格(以布倫特油為例)分別低44.8%和26.1%。而如果以此技術進行規?;a,能耗及固定投入將更大程度地得到分攤,那么其經濟性效益也將更為顯著,在能源應用領域的巨大前景可期。

工業尾氣制飼用蛋白

以H?、CO含量較低的甲醇裝置尾氣的資源化利用為例。將甲醇裝置尾氣(主要含H?、CO)與部分脫碳裝置尾氣(主要含CO?)相混合,經過氣體發酵得到高附加值的飼用單細胞蛋白。

通過估算,吉態來生物產品(微生物菌種)的潛在市場規模為4000億美元/年(菌種)和77800億美元/年(單細胞油脂或單細胞蛋白)。


聯系人:

環保部對外合作中心環保技術國際交流合作部

周女士 010-82268524

zhou.qiyue@mepfeco.org.cn

陳先生 010-82268503

chen.xiaolong@mepfeco.org.cn

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