（1）从天然气到细胞蛋白。
蛋白质作为人体必需的七大营养元素之一，对人类营养健康具有重要意义。当蛋白质摄入不足时，直接影响机体的生长发育和新陈代谢，导致贫血、免疫力下降甚至疾病。由于全球人口持续增长，人类对于蛋白质的需求量不断上涨，对全球的粮食供应造成巨大压力。于是，科学家们开始寻找人造蛋白质的方法。
单细胞蛋白于20世纪初期由美国麻省理工学院提出，指通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质。它富含动物生长所需的多种氨基酸，尤其是富含不能由动物自身合成、必须依赖饮食摄入的必需氨基酸，如蛋氨酸和赖氨酸等。单细胞蛋白是一种高品质蛋白质的替代来源，目前已广泛用于畜牧和水产养殖中替代鱼粉等动物蛋白，使肉质更加鲜美、更具营养价值，甚至逐渐成为人类可食用的优质蛋白，即我们俗称的微生物来源“人造肉”。
你一定想不到，这样优质的蛋白质，竟然可以来自石油和天然气。科学家借助特定的微生物，在有氧条件和一定的温度条件下利用石油和天然气等物质来制备微生物菌体本身，这种菌体经处理后就变成了细胞蛋白，这种神奇的过程其实在日常生活中也很常见，就是我们常说的发酵过程。微生物的世界无奇不有，自然界中菌种的多样性加之生物工程的定向培养的高超技术，使得选育出的菌种成了不挑食的“大胃王”，可以吃进各种千奇百怪的原料——酒糟、秸秆、造纸废液，甚至石油和天然气，只要富含碳元素就行。
从天然气到细胞蛋白，经历了如图3．38所示的神奇过程。首先是科学家提供了特定的菌种，将这些菌种培养在发酵培养基中并放置在发酵罐中，然后将发酵罐设定在一定的温度区间，引入菌种的食物比如洁净的天然气、氧气，发酵一段时间后发酵罐中微生物在最优的生长条件下大规模生产出了蛋白产物，将发酵罐中的液体产物提取出来并纯化后就得到了细胞蛋白。
20世纪60年代，人造细胞蛋白的原料多为正构石蜡烃、粗柴油、乙醇等，都属于石油产品，因此当时又称为“石油蛋白”。但由于天然气中几乎不含有毒有害的芳香烃类物质，产品安全性更高，加之天然气原料丰富，欧美等国家便将天然气发酵产品作为第二代“石油蛋白”进行研究。天然气单细胞蛋白的工业化生产，其幕后的功臣是食甲烷菌。顾名思义，它以甲烷为食，将甲烷氧化为甲醇、乙酸等其他菌类能够利用的物质，多种细菌协力，经历一系列代谢反应，最终获得细胞蛋白。发酵的主要菌种为名为“荚膜甲基球菌”的食甲烷菌，它们生活在40～50℃的高温中。除食甲烷菌外，还需要一批以有机质为食的异养细菌小伙伴，一起组成天然气发酵联队，它们需要的营养物质为甲烷、氧气、氨、矿物质和水。科学家们不断进行新菌株开发和发酵技术优化，调控菌种的代谢，可在不影响微生物生长的前提下，提高细胞蛋白产量及产品中各类氨基酸的含量。
由于天然气细胞蛋白具有安全、营养高的优点，早在1995年，欧盟已通过了利用天然气生产单细胞蛋白的方案，并对甲烷蛋白在饲料中的添加比例做出规定。2009年，对利用天然气发酵制备的单细胞蛋白，确定了其作为单胃动物未来营养来源的地位。近年来，天然气（页岩气）的价格优势和沼气的开发利用，使得单细胞蛋白的生产和利用前景更加光明，有望缓解全球日益紧张的饲料供应形势。
（2）两个“懒惰”气体的未来。
当今世界，全球变暖绝对算得上是影响最广泛的事件之一。造成温室效应最主要的因素就是碳排放的增加。天然气伴生有一定量的二氧化碳，并且燃烧也会产生二氧化碳，对这部分碳进行捕集和综合利用，势在必行。
二氧化碳化学式为CO2，它难以和其他物质发生化学反应，非常“懒惰”。除了二氧化碳外，天然气中还有一位大名鼎鼎的“懒汉”，就是我们熟悉的甲烷。你一定想象不到，这两位“懒汉”在一起，却能碰撞出化学的火花，这要归功于甲烷－二氧化碳重整制合成气技术。产生的合成气直接作为羰基合成或费托合成的原料。
目前，工业上开发的甲烷－二氧化碳催化重整制合成气的工艺技术主要有蒸汽重整、干重整、自热重整、三元重整，可以生产出不同氢碳原子比的合成气。
干重整能够最大限度消耗二氧化碳，得到的合成气中氢气和一氧化碳比约为1∶1。这一技术适合于富含甲烷和二氧化碳的沼气为原料，具有环境保护与资源利用的双重效益。
三元重整是将甲烷蒸汽重整和甲烷二氧化碳重整同时耦合于一台反应器中，甲烷部分氧化放出的热量供给强吸热的蒸汽重整及甲烷二氧化碳重整反应。可以灵活调整反应出口的氢气与一氧化碳配比，同时又可缓解甚至消除催化剂的积炭。采用该工艺，可直接得到氢碳原子比为2的合成气，无须配套变换单元。
自热重整是将绝热蒸汽重整和非催化部分氧化反应相结合而开发的新工艺。甲烷、氧和水蒸气在反应器顶部混合并发生部分氧化反应后，高温混合气体再与催化剂接触发生重整反应生成合成气。反应器中耦合了放热的POM（部分氧化）反应和强吸热的SRM（水蒸气重整）反应，反应体系本身可实现自供热，提供了一种高效的化学反应热量集成方法。
这些常规的甲烷－二氧化碳重整需要较大的活化能，利用常规催化剂转化需要高温反应条件。等离子体电子温度非常高，具有足够高的能量使反应物分子激发、离解、电离，从而实现反应物在温和条件下的活化。等离子体重整技术通过等离子体放电在催化剂表面形成局部高温，提高催化剂活性。形成高能激发态粒子有利于化学键断裂，降低了干重整反应所需的温度。可以预见，随着研究的不断深入，人们一定能不断地开发出新的高效重整技术并将之工业化、普及化。