近期，西北農(nóng)林科技大學(xué)姚義清教授生物質(zhì)能源與材料研究團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)高值能源化利用方面取得重要研究進(jìn)展。研究成果以“Overcoming Extreme Ammonia Inhibition on Methanogenesis by Artificially Constructing a Synergistically Community with Acidogenic Bacteria and Hydrogenotrophic Archaea”為題發(fā)表在《Advanced Science》。機(jī)電學(xué)院姚義清教授為該研究通訊作者，博士生吳恒為該論文第一作者。

近年來，隨著全球能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型，生物天然氣作為一種重要的可再生能源，逐漸成為能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，生物天然氣產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。甲烷（CH4）是天然氣的重要成分，是世界廣泛使用的燃料。通過厭氧發(fā)酵技術(shù)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢棄物的高效產(chǎn)CH4，是協(xié)同解決環(huán)境污染和應(yīng)對能源危機(jī)的重要戰(zhàn)略舉措。

高濃度氨氮限制了養(yǎng)殖廢棄物厭氧發(fā)酵的高值能源化利用，導(dǎo)致CH4產(chǎn)率不理想。本研究提出兩步協(xié)同強(qiáng)化策略：首先，先經(jīng)梯度馴化獲得耐氨氮的接種物。其次，采用混合菌劑水解預(yù)處理底物強(qiáng)化水解產(chǎn)酸。最終，協(xié)同強(qiáng)化厭氧發(fā)酵的水解酸化和產(chǎn)CH4階段，實(shí)現(xiàn)氨氮抑制的根本解除。該反應(yīng)系統(tǒng)中，經(jīng)Rhizopus_arrhizus強(qiáng)效水解，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）快速生成，驅(qū)動(dòng)水解細(xì)菌JAAYGG01 sp.和DTU014 sp.、產(chǎn)酸細(xì)菌 DTU015 sp.、DTU013 sp.和 JAAYLO01 sp.協(xié)同富集。同時(shí)，經(jīng)接種物定向強(qiáng)化，產(chǎn)CH4古菌Methanosarcina mazei和unclassified _ Methanoculleus得到有效 富集，在高濃度氨氮環(huán)境中穩(wěn)定產(chǎn)CH4。該微生物種群攜帶的水解基因xynD和bglB能有效 降解底物，在乙酸激酶調(diào)控下，通過糖酵解、丙酮酸代謝和丁酸代謝途徑產(chǎn)乙酸，并釋放氫氣；同時(shí)，經(jīng)高效傳質(zhì)和群體感應(yīng)調(diào)節(jié)，并在輔酶F420促進(jìn)下，通過氫營養(yǎng)型途徑產(chǎn)CH4。經(jīng)生命周期與經(jīng)濟(jì)效益測算，該策略清潔友好、效益突出。經(jīng)機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測，該策略規(guī)模化應(yīng)用效果顯著。

生物天然氣的崛起不僅是能源結(jié)構(gòu)的變革，更是一場關(guān)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)與低碳未來的實(shí)驗(yàn)。它既需要政策與技術(shù)的持續(xù)輸血，也考驗(yàn)著市場對綠色價(jià)值的認(rèn)知。隨著“雙碳”目標(biāo)的迫近，這條“變廢為寶”的產(chǎn)業(yè)鏈，或?qū)⒅厮苤袊茉窗鎴D的綠色底色。該研究為推動(dòng)生物燃?xì)夤こ探当驹鲂В瑥亩鴺?gòu)建以生物天然氣工程為紐帶的種養(yǎng)殖業(yè)低碳循環(huán)發(fā)展，提供了重要參考。

該研究得到國家、省級和學(xué)校相關(guān)科研項(xiàng)目的資助。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202502743

來源：西北農(nóng)林科技大學(xué)