“光伏+海水淡化+生物质制糖”三位一体构建高效生物转化体系，完成作为“终极替代蛋白”-酵母蛋白工业化生产目标
摘要：构建“光伏+海水淡化+生物质制糖”三位一体高效转化体系，进一步开展发酵法生产酵母蛋白产业化，通过能源、资源、技术的三重协同，进一步突破原料依赖于粮食的传统生物制造瓶颈，实现酵母蛋白作为“终极替代蛋白”的目标。本文探讨替代蛋白产业可持续性、低成本的工业化生产可行性解决方案。
一、建立“光伏发电-海水淡化-生物炼制”的循环经济，推动形成高效环保、可持续的、低成本的酵母蛋白全产业链
目前，我国粮食已经基本实现自给自足。我国粮食安全的主要矛盾是超过3亿吨饲料用粮问题，尤其每年需要进口超过1亿吨大豆主要用作饲用蛋白，生产食物蛋白，即肉类食物。依据互联网数据：2023 年我国猪牛羊禽肉产量 9,641万吨。依据肉类蛋白的组成分析及计算，肉类加禽蛋类蛋白质总量约为1803万吨（下述按1800万吨计算）。
替代蛋白的兴起和发展，将缓解传统肉类（动物蛋白）生产方式出现的难题。酵母蛋白以其高效的生产效率、环保性、高营养价值和健康益处，成为了一种最为理想的食用级蛋白质来源，在未来替代蛋白质生产中将发挥重要作用。
生产万-百万-千万吨级酵母蛋白需要巨量电能、水资源及发酵主原料葡萄糖，这三种资源在我国极其宝贵，没有多余可以使用。
中国光伏产业快速发展将重塑全球能源版图，巨量光伏电能可彻底解决发酵生产酵母蛋白所需电能、水源和发酵原料葡萄糖。
据网上所示数据：2023年，全球新增光伏装机容量预计突破300GW，其中中国贡献超过一半。2025年，中国可再生能源装机占比将达55%，而光伏新增装机量将连续多年占据全球50%以上份额。2017年比亚迪老总王传福在一档节目里表示（来源于网上），“如果中国1%的沙漠地区覆盖了太阳能光伏板，就可以解决全国的用电需求。
有了巨量的光伏发电，西电超高压东输，在东部地区实施海水淡化。我国的海水淡化技术已经达到世界的先进水平了。截至2022年底，我国共有123个海水淡化工程，将近是全球海水淡化工程数量的四分之一。
木质纤维素是自然界中储量最丰富的可再生原料，广泛来源于木材、竹材、秸秆等，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，纤维素占比超过50%，纤维素由葡萄糖组成。中国的生物质(木质纤维素)资源总量约为45.3亿吨，其中农作物秸秆总量约为7.9亿吨。木质纤维素通过预处理和生物法制备糖，可解决酵母发酵需要的葡萄糖碳源短缺难题。西部光伏电能东输，解决木质纤维素预处理、生物法制糖以及发酵生产酵母蛋白所需的巨量电能，通过空间资源错配优化，既可缓解西部新能源消纳压力，又能为东部生物基产业提供低碳动能，形成“光伏发电东输-海水淡化-生物炼制”的循环经济。
二、以葡萄糖为原料，生产1800万吨酵母全蛋白所需的电能。
助力国家粮食安全、需要加快新型蛋白资源替代，完成新型替代蛋白-酵母蛋白（作为终极替代蛋白Single-Cell Protein: The Ultimate Alternative Protein）产业化使命。
依据发酵行业基础数据，生产1吨酵母蛋白需要消耗的电能:1、生产1吨干酵母需要消耗1.11吨标准煤（参考“年产3.2万吨酵母制品绿色制造项目节能报告的审查意见中能耗指标”及1吨标准煤产电8141度。），即耗电能约9，037度；2、按2吨干酵母生产出1吨酵母蛋白计算。3、耗水（海水淡化）需要的电能计算，1吨干酵母生产需求约150吨水（网上数据），海水淡化按每吨消耗5度电能计算（网上数据），需要耗电750度，共1500度；3、生产酵母工艺中另一耗电能工艺段，即机械破菌。目前较为常见的破菌采用酵母菌自溶法。自溶过程中，酵母蛋白发生不同程度蛋白酶降解，部分蛋白质分解为多肽片段，大大降低酵母蛋白的得率。采用直接机械破碎（这种工艺将来需要改进满足大工业生产需求）可克服蛋白酶降解的弊端。物理法精制获得应称之“酵母全蛋白”（便于理解就称之酵母蛋白），按实际生产经验，生产1吨酵母蛋白需要耗电约17，000度。4、综合起来，生产1吨酵母蛋白需要消耗电：9037x2+1500+17,000=36574,约为40，000度。
综上所述，生产总量为1800万吨酵母蛋白（替代蛋白），共消耗电能：18，000，000 x 40，000 = 720,000,000,000度，即7.2千亿度。
三、生产1800万吨酵母全蛋白预计需要西部光伏发电的总产能及占地面积。
2024年12月18日下午4点18分，一件让人振奋的大事发生了——中国规模最大的单体光伏发电项目成功并网发电了。这是新疆若羌沙漠里一个叫“沙戈荒”的地方，400万千瓦的光伏电站正式上线运行，年产69亿度清洁电能，占地76平方公里。
依上述西部沙漠地区光伏发电具体参数，每平方公里产电能=69亿/76=0.91亿度。
依上述发酵法生产1800万吨酵母需要7.2千亿度电能，西部光伏发电需求总面积=7.2千亿 / 0.91= 7.91，即需要光伏发电占地面积8千平方公里。
四、以生物质（木质纤维素、秸秆）为原料生产葡萄糖，生产1800万吨酵母蛋白所需电能及与之配套光伏产业占地面积
木质纤维素及秸秆制糖通过替代粮食原料和高效资源转化已成为保障国家粮食安全的核心策略，可直接减少粮食消耗，降低主粮生产压力。木质纤维素制糖作为主原料，是生产作为替代蛋白-酵母蛋白发酵产业向非粮化、高效化、低碳化转型的核心环节，对于粮食安全、资源效率、产业升级，推动低碳循环及供应稳定等领域具有重要意义。
依据DeepSeek-R1提供的相关材料（附相关提问及解答），结合木质纤维素预处理及制糖实验室、中试及工业化生产所得相关数据，原料收集、所制产物精制去发酵抑制物等工艺、以及三废环保处理等工艺，把木质纤维素预处理及制糖能耗（电能）提高到2500度/生产每吨葡萄糖，这样预算可能更接近于工业化生产实际水平。
按3吨葡萄糖生产1吨干酵母以及酵母含蛋白质约50%参数计算，生产1800万吨酵母蛋白所需原料葡萄糖的总电量为：2500 x 3 x 2 x 1800万=2.7千亿度。
以此推算，利用木质纤维素制糖为发酵原料，生产1800万吨酵母需要主发酵原料葡萄糖，需要光伏发电2.7千亿度，光伏发电占地面积约3千平方公里（2700/0.91）。
结合上述，发酵制备1800万吨酵母蛋白总电能需求，共需电能7.2+2.7=9.9千亿度，需要光伏发电占地面积8+3=12千平方公里，即1,2万平方公里。
五、总结
综上所述：1、利用葡萄糖为原料，生产1800万吨酵母蛋白预计需要光伏发电7.2千亿度，发电占地面积8千平方公里。2、利用生物质（木质纤维素、秸秆）为原料，通过预处理和酶法制糖，进行发酵生产1800万吨酵母蛋白预计需要光伏发电9.9千亿度，发电占地面积12千平方公里。
由于上述指标部分建立在实验室及中试生产数据基础上，以及未考虑到电力损耗及各个生产工序产物得率低于理论得率。还有：1、到目前为止，还未得到万吨级规模的酵母蛋白生产线开始商业运营消息（DeepSeek查证），缺乏工业化能耗数据。2、还未出现利用木质纤维素制备发酵糖产业化生产酵母蛋白信息，缺乏工业化生产电耗数据。3、需要考虑光伏发电，发电入网及东输，工厂用电等过程电力损耗。4、木质纤维素制备发酵糖，发酵获得酵母菌体，机械破菌体，以及最后获得酵母蛋白都有产物损耗的问题。因此，把生产1800万吨酵母蛋白上述所计算的电能需求放大1倍（即乘以2），实际需求应提升到：1、利用葡萄糖为原料，生产1800万吨酵母蛋白预计需要光伏发电14.2千亿度，发电占地面积16千平方公里。2、利用木质纤维素（秸秆）为原料，通过预处理和酶法制糖，进行发酵生产1800万吨酵母蛋白预计需要光伏发电19.8千亿度，发电占地面积24千平方公里。这样得到数据可能更进一步接近实际工业化生产水平，更有利于预判酵母蛋白工业化生产实际能耗需求，以及以后的能源供应。
“光伏+海水淡化+生物质制糖”三位一体构建高效生物转化体系，将可进一步推动建立酵母蛋白工业化生产发展进程。但是，仍迫切需要对各个单元技术体系进行科技攻关及技术升级，进一步提升生产效率、降低能耗、减少三废。特别是酵母菌体机械破菌和生产质制糖领域，仍有技术难点和卡点存在。相信在不远的将来，经过各个领域科技人员刻苦攻关，上述三位一体技术及酵母蛋白生产体系一定得到进一步改进和升级，进一步降低能耗、完成酵母蛋白的绿色、可持续性、低成本大工业生产目标。
如果将来有一天，全球化揿下“终止键”，世界各国完全封闭自己。在此情况下，中国人民依靠在沙漠“种太阳”获得能源，向大海取水源，以此为基础建立的包括生物制造在内的完整并先进的工农业生产体系，仍能生产出足量的包括替代蛋白在内的各种食物及生物物资，完全弥补我国由于土地和资源不足导致的粮食及生活物质供需缺口。在此时，中国人民仍能过上大碗喝酒、大口吃肉的幸福生活。
注释：由于本人对光伏发电和超高压输电工程，以及海水淡化工业技术及产业相关领域有认识不足的地方；对于生物质制糖及大发酵领域，以及对酵母蛋白功能及生产技术了解程度受限，以及真正的工业化相关参数是企业的核心保密技术等因素，本文一定存在缺陷。还有，相关数据计算有不准确的地方。等等。希望得到相应的积极批评意见，共同推动把作为巨量生物质制备成大发酵产业的主要原料，替代宝贵的粮食资源，为替代蛋白的工业化生产进一步发展做出一定的贡献。
本人写作水平有限，本文一定有句法和语法不通的地方。
谢谢《科学网》的支持！
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自徐斌科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3569163-1476052.html?mobile=1
收藏
