光生物能源：创变废为宝之奇迹——记哈尔滨工业大学环境学院教授刘冰峰

本刊记者 杨 娇

光生物能源：创变废为宝之奇迹
——记哈尔滨工业大学环境学院教授刘冰峰

本刊记者 杨 娇

“能源”一词，从被人们知之甚少到如今俨然已成为人们议论的热点。作为一个国家乃至世界发展和经济增长最基本的驱动力，能源无疑是人类赖以生存的基础，但多年来，从能源开发到能源安全再到能源紧缺等各种问题却层出不穷。哈尔滨工业大学环境学院教授刘冰峰每日的工作也与能源有关，光生物能源技术是他的研究重点，有机废水光发酵法生物制氢技术、纳米—光生物能源生产技术与机理，微藻油脂合成调控技术以及系统生物学方法研究生物能源技术等，都是刘冰峰每日要面对的工作内容。

目前，他正在有机废水中污染物定向生物能源转化的道路上不断打磨前进。

乘光生物能源之风 攻科研难关

谈到如何走上这条研究之路，刘冰峰颇有感慨。他是在1998年考入哈尔滨师范大学生物技术专业的，尽管当年“高考没有发挥好”，但在师兄的鼓励下，他下定决心继续深造，2005年考取了哈尔滨工业大学环境科学与工程专业博士。“我本来没想考博的，但是师兄劝我试一试，让我联系导师，我就冒昧地给导师写了一封信。”出乎意料的是，导师很快给了他回复，“这让我对自己更加有信心，相信我一定可以的”。也许正是这样一番误打误撞，令刘冰峰科研生涯的大门又敞开了一片光亮。进入博士学习后，刘冰峰首先在科研方面着眼的就是有关生物能源方面的课题。

从博士毕业工作至今，刘冰峰一心都扑在了有机废水处理与生物能源化的工作上,尤其是有机废水的光发酵法生物制氢技术上。

早在2008年，刘冰峰就发现了Rhodopseudomonas faecalis的新菌株RLD-53，并采用间歇培养试验确定了其最佳的生长和产氢条件。到现在，菌株RLD-53对乙酸具有高效的氢转化率，已经成为不争的事实，其产氢能力更是高居世界前列。同时，围绕这株产氢菌，针对当前光发酵细菌光能转化效率低和产氢效率低下的技术瓶颈，建立了一系列增强碳源转化效率和提升光发酵细菌产氢效率的强化策略，在产氢光发酵细菌的活性研究和工艺运行调控方面也做出了重要贡献。

他的另一个重要发现是发现了L-半胱氨酸引起的光发酵细菌自凝集促进产氢现象，并揭示了凝集机制，实现了光发酵细菌凝集状态下的连续、稳定和高效产氢。“同暗发酵产氢细菌相比，光发酵产氢细菌在反应器连续运行时易随出水流失，导致反应器内生物持有量和产氢效率低，这一发现为光发酵法生物制氢的进一步研究开辟了新的发展方向，对丰富产氢光发酵细菌的凝集理论有重要的理论价值和实际工程研究意义。”刘冰峰说。

要实现废水中有机物的高效转化！要降低能源生产成本！在研究新菌株和细菌新种的过程中，刘冰峰发现，自己要实现的这两个目标似乎一直摆明着“矛盾”的立场。他深知，给这两个矛盾体调解，已经困扰了众多科研工作者多年，但他还是迎向了这一挑战。

围绕这个课题，他构建了暗发酵—光发酵耦合产能工艺系统及最佳耦合匹配机制。当然，说起来简单，做起来却并不容易，真正让他有所突破的是一个重要的灵感——“底物梯级利用＋耦合产能”。在这个新思路的指引下，他建立了游离态的暗发酵细菌和固定化光发酵细菌一步法和两步法的耦合产氢体系；同时设计了新型暗发酵—光发酵细菌一体式产氢反应器。如此一来，就使得暗发酵细菌与光发酵细菌在空间生态位上相对分离，而代谢底物可自由联通，从而有效地解决了暗光两类微生物在生态位上的差异。“与单一暗发酵产氢相比，利用我们的方法，使产氢量提高了2至3倍，最终实现了废水中有机物的梯级转化和深度产能。”刘冰峰说。

育人、科研齐头并进

多年以来，刘冰峰毫不懈怠科研的进程，他早就做好了打一场长期战役的准备，而在他的科研生涯中，也常常遇到极具挑战性的事。

“传统的富油微藻的选育方法过程繁琐、费时、费力而且成本极高”，刘冰峰举例道，针对这个难题，他采用尼罗红荧光染色法对产油微藻进行快速、高通量的筛选，由此获得了高含油（52%）微藻新藻株Scenedesmus sp.R-16。与此同时，结合使用 60Co-γ射线诱变技术获得了富油微藻突变株Scenedesmus.sp Z-4，这种富油微藻突变株相比于出发藻株，油脂产率和含量分别提高113%和71.3%。这个结果令刘冰峰喜上眉梢，也令他更坚定了在科研道路上有条不紊地走下去。

众所周知，如果单单利用传统油脂提取方法，那么耗时、费力、毒性大、成本高等一系列关键问题都将成为限制条件，尤其是具有厚细胞壁的微藻油脂难于检测的技术障碍更是令刘冰峰着实苦恼。但困难面前，他也有对策——超声辅助与三维荧光技术结合快速检测微藻油脂含量的新方法就是其中之一，此法具有所需样品量少、灵敏度高、易于操作的优点，为后续微藻生物柴油的研究奠定了坚实的基础。在此之外，他还阐明了多种营养因子对微藻细胞生长和油脂合成的调控与响应规律，有效地探索出了微藻高生长率和高产油率的最佳培养条件。

和学生在一起

科研的道路上也离不开自身能力的提高。2014年，刘冰峰到美国得州农工大学系统生物学方向做访问学者，国外的生活与工作也给了刘冰峰不一样的体验。“我的英语其实是在读博以后自学的，由于科研需要和为出国做准备，我经历了一段痛苦的学习英语之路。”刘冰峰说道。可是，“苦功夫”并没有白费，现在，刘冰峰早已能自如地翻看英文的科研材料，也能把英语熟练运用到自己的工作中。

出国带给他的“副产品”绝不只是英文能力的提高。他坦言，在国外的日子里，从入学到科研再到毕业留校，每个身份转变好像都与以往并没有什么不同。“但等到自己真正从学生转变成老师，才有了不一样的感受，学生与老师之间必然会遇到一些问题，但更多的是责任。”刘冰峰表示。

除了繁重的科研工作之外，在学生培养上，刘冰峰会定期组织学生进行学习和思想交流，及时发现学生存在的问题并进行正确的引导。“交流是必须的，要学会倾听学生的声音。”此外，他教导学生如何正确处理同学之间及师生之间的关系，使其和平相处，和谐发展。在他看来，学生是需要引导的，而作为老师，身上就担负着这样的责任。在担任班主任期间，刘冰峰所带的班级成绩连续4个学年排名专业第一，优秀成绩学生比例突出，并荣获“三好班级标兵”称号。

“我的研究方向一直没有变，我也一直想把这个方向做下去，我总觉得，人一生总要有一个可以坚守的东西，这就是我所要坚守的。”刘冰峰说道。在未来，刘冰峰希望在现有的生物能源的基础上，一步步向污染物处理、生态修复等方向拓展。“学科结合也是一个必经之路，也许会对有机废水的治理更有利。”科研与教学，刘冰峰定会勇往直前，义无反顾。