近期，机电学院姚义清教授生物质能源与材料研究团队在生物质高值能源化利用方面取得重要研究进展。研究成果以“Overcoming Extreme Ammonia Inhibition on Methanogenesis by Artificially Constructing a Synergistically Community with Acidogenic Bacteria and Hydrogenotrophic Archaea”为题发表在《Advanced Science》。机电学院姚义清教授为该研究通讯作者，博士生吴恒为该论文第一作者。

近年来，随着全球能源结构向绿色低碳转型，生物天然气作为一种重要的可再生能源，逐渐成为能源领域的热点。在“双碳”目标的推动下，生物天然气产业迎来了前所未有的发展机遇。甲烷（CH₄）是天然气的重要成分，是世界广泛使用的燃料。通过厌氧发酵技术实现养殖废弃物的高效产CH₄，是协同解决环境污染和应对能源危机的重要战略举措。

高浓度氨氮限制了养殖废弃物厌氧发酵的高值能源化利用，导致CH₄产率不理想。本研究提出两步协同强化策略：首先，先经梯度驯化获得耐氨氮的接种物。其次，采用混合菌剂水解预处理底物强化水解产酸。最终，协同强化厌氧发酵的水解酸化和产CH₄阶段，实现氨氮抑制的根本解除。该反应系统中，经 Rhizopus_arrhizus 强效水解，挥发性脂肪酸（VFA）快速生成，驱动水解细菌 JAAYGG01  sp.和 DTU014  sp.、产酸细菌 DTU015  sp.、 DTU013  sp.和 JAAYLO01  sp.协同富集。同时，经接种物定向强化，产CH₄古菌 Methanosarcina mazei 和 unclassified _ Methanoculleus得到有效 富集，在高浓度氨氮环境中稳定产CH₄。该微生物种群携带的水解基因 xynD 和 bglB能有效 降解底物，在乙酸激酶调控下，通过糖酵解、丙酮酸代谢和丁酸代谢途径产乙酸，并释放氢气；同时，经高效传质和群体感应调节，并在辅酶F420促进下，通过氢营养型途径产CH₄。经生命周期与经济效益测算，该策略清洁友好、效益突出。经机器学习预测，该策略规模化应用效果显著。

生物天然气的崛起不仅是能源结构的变革，更是一场关于循环经济与低碳未来的实验。它既需要政策与技术的持续输血，也考验着市场对绿色价值的认知。随着“双碳”目标的迫近，这条“变废为宝”的产业链，或将重塑中国能源版图的绿色底色。该研究为推动生物燃气工程降本增效，从而构建以生物天然气工程为纽带的种养殖业低碳循环发展，提供了重要参考。

该研究得到国家、省级和学校相关科研项目的资助。

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