微藻固碳：生物减排技术新选择

微藻固碳：⽣物减排技术新选择
引领绿⾊发展，打造产业综合服务⽣态
藻细胞内主要含有蛋⽩质、油脂、碳⽔化合物等⽣化组分，藻种不同，其形态结构及各组分含量也不同。

微藻光合⾃养利⽤太阳能固定CO2的效率及⽣长速率可达陆⽣植物的5～10倍，不与粮⾷作物争地，可在淡⽔、海洋、盐碱湖及⽣活和⼯农业废⽔等多种⽔环境下⽣长。

关注“绿创碳和”，获取最新⾏业研究报告
微藻光合作⽤可将⽆机碳转化为有机碳，是⽣物固碳的典型代表，每⽣产100t微藻⽣物质可以固定183tCO2，其光能转化效率是陆地植物的10~50倍。

微藻具有⽣长速率快、油脂产量⾼、占地⾯积少、不与粮⾷作物争耕地等优势。

另外，微藻对氮、磷有较⾼的利⽤效率，能够有效去除污⽔中NH4+、NO3-、PO43-等污染成分，从⽽降低污⽔排放受纳⽔体的富营养化风险。

微藻培养的能源化与资源化潜⼒主要表现在微藻⽣物质富含蛋⽩质、脂肪酸、多糖、维⽣素等⾼附加值营养物质，且部分藻种油脂超过⼲重含量的80%，微藻油脂可替代粮⾷作为⽣物能源制备的第三代原料，以微藻固定CO2为代表的温室⽓体⽣物减排技术必将展现出巨⼤的市场发展潜⼒与社会环境效应。

01
微藻培养系统
微藻培养系统是为微藻⽣长提供必备条件，并进⾏CO2固定、污染物处理及⽣化产品制备的反应装置。

根据装置是否密闭可分为开放式培养系统和密闭式培养系统。

开放式跑道池是最典型的开放式培养系统，⽽密闭式培养系统主要指密闭式光⽣物反应器（PBR）。

开放式跑道池
20世纪40年代，开放式跑道池培养微藻在德国兴起，旨在收获微藻作为⾷品添加剂。

开放式跑道池的优点是结构简单、运⾏简便、投资成本低廉及操作⾃动化程度⾼，其培养技术经过深⼊⼴泛的试验，已普遍应⽤于微藻的⼤规模培养，开放式跑道池多设计为回转廊道式，由多组跑道池单体组成，通过搅拌轮或搅拌桨进⾏混合，藻液深度⼀般在20~30cm，在保证光照透射深度的同时满⾜藻液混合循环、曝⽓以及平衡⽔分蒸发对深度的要求。

开放式跑道池培养⾯积迥异，最⼤单池⾯积达2km2。

开放式跑道池理论⽣物质产量可达40g／（m2·d），即每年14600t ／km2，但实际⽣产中开放式跑道池的微藻产量远低于该值。

螺旋藻和⼩球藻对盐度、温度、菌藻污染等极端条件表现出极强的适应性，尤其适于开放式跑道池中的培养，微藻产率达到13.2g ／（m2·d）。

开放式跑道池
由于培养体积和⾯积⼤，开放式跑道池容纳的CO2和微藻⽣物量⼤于封闭式光⽣物反应器，但微藻培养过程受⽇照、⽓候、地理位置等⾃然环境条件影响较⼤，导致跑道池选址成为影响其运⾏成本和微藻产量的重要因素。

开放式跑道池运⾏过程中易受杂菌污染，真菌、病毒、原⽣动物和其他优势藻种在⼀定条件下很容易破坏开放池⽬标藻种的平衡体系，降低微藻⽣长速率和油脂积累。

⽔分蒸发、温度波动、降⾬等培养条件不稳定均会导致藻细胞培养密度偏低、采收成本较⾼。

虽然跑道池中藻液培养体积⼤，溶解CO2能⼒⾼于密闭式光⽣物反应器，但其开放式表⾯使得溶解性CO2易解析，导致微藻⽣长体系的CO2供给不⾜。

密闭式光⽣物反应器
密闭式PBR是能够调节光照、温度、pH等培养参数的控制系统，培养条件稳定，易于实现⽆菌操作与⾼密度纯种培养，是微藻培养系统的发展⽅向。

平板式PBR
密闭式光⽣物反应器具有以下特点：
1.⽐表⾯积⼤（表⾯积与体积⽐），光传质效果好，光能利⽤率⾼；
2.微藻产率较⾼，CO2利⽤率⾼；
3.⽆菌操作，实现纯种培养，适⽤藻种范围⼴，应⽤性强；
5.放⼤培养受限制。

管道式PBR
⽬前，密闭式PBR在微藻培养⽅⾯的主要应⽤⽅式为⼩型培养装置中的微藻⽣理特性、细胞⽣长动⼒学、代谢产物积累与代谢途径试验研究；⽽中型装置则进⾏⾼价值微藻及其附属产品的⽣产。

随着对PBR研究的进⼀步深⼊以及原材料成本的进⼀步降低，其商业化规模应⽤前景⼴阔。

为降低PBR投资和运⾏成本，提⾼微藻产量和CO2去除效率，需从反应器结构设计、⽓液传质和光传递等⽅⾯考虑。

常见的密闭式微藻光合⾃养培养PBR有垂直柱式PBR、平板式PBR 和管式PBR。

02
燃煤烟⽓微藻固碳
在⼯⼚燃煤烟⽓处理模式中，微藻固碳减排技术提供了⼀种新的思路，相关的技术⼈员通过运⽤固碳减排技术能够有效对燃煤烟⽓当中的⼆氧化碳、氮氧化物等物质进⾏全⾯的处理，通过微藻的再⽣，提⾼燃煤烟⽓处理⼯程整体的质量，为⼯业领域绿⾊环保发展提供技术⽀撑。

微藻光合固碳
微藻⽣物中最多的就是碳元素，⼀个微藻⽣物能够有效控制⼀部分的碳元素。

在燃煤⼯业企业中，微藻固碳减排技术可以将燃煤烟⽓中产⽣的⼆氧化碳溶解到微藻溶液中。

在燃煤烟⽓处理过程中，相关的技术⼈员通过相应的仪器设备将燃煤烟⽓收集并输送⾄微藻溶液内，运⽤微藻固碳减排技术能够将燃煤烟⽓中的⼆氧化碳通过微藻细胞进⾏固定，从⽽减少燃煤烟⽓中⼆氧化碳的含量，达成固碳的⽬标。

由于微藻固碳的机理是源于微藻的光合作⽤，通过改善外界条件，刺激微藻光合作⽤的速率，可以有效增强微藻溶液对⼆氧化碳的溶解和吸收，提升微藻固碳的综合效率。

微藻⽣物能通过光合作来对⾃⾝的⼆氧化碳进⾏机能转换⼯作，从⽽保证微藻的繁殖及发展。

进⼀步提升微藻光合固碳的速度，从⽽能够处理更⼤流量的燃煤烟⽓，循环往复，形成良性循环。

微藻减排氮氧化物
燃煤烟⽓中除了存在⼤量⼆氧化碳，还有⼀部分氮氧化物，现有的氮氧化物脱除技术需要特定的仪器设备，在脱除氮氧化物的同时，也增加了⼀定的能源消耗，如果利⽤微藻减排技术，能够通过微⼩的投⼊取得更好的效果。

氮氧化物包括多种化合物，如⼀氧化⼆氮、⼀氧化氮、⼆氧化氮、三氧化⼆氮、四氧化⼆氮和五氧化⼆氮等。

除⼆氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成⼆氧化氮及⼀氧化氮，其中⼀氧化氮⼜变为⼆氧化氮。

燃煤烟⽓中主要为⼀氧化氮和⼆氧化氮，并以⼆氧化氮为主。

氮氧化物都具有不同程度的毒性。

氮氧化物中氮元素属于⼀种⽐较常见的物质，在⾃然界中⼴泛存在，在⽣物体内亦有极⼤作⽤，是组成氨基酸的基本元素之⼀，氨基酸是构成⽣物营养所需蛋⽩质的基本物质。

微藻减排技术中脱除燃煤烟⽓中氮氧化物的⽅式主要有两种：第⼀，燃煤烟⽓直接与微藻接触吸收；第⼆，将氮氧化物投⼊相关的溶液中进⾏溶解，然后让微藻在溶液中进⾏吸收。

但是，在微藻吸收氮氧化物的过程中，不同的吸收⽅式会存在着⼀定的差距。

微藻在吸收氮氧化物时，⾃⾝的形态会发⽣⼀定的改变，为保证微藻传递吸收氮氧化物整体的质量，技术⼈员需要把控氮氧化物传递的速度、微藻溶液中氮氧化物的溶解度数等。

最后，为保证微藻吸收氮氧化物的质量，相关技术⼈员需要把控氮氧化物溶解的时间，扩⼤烟⽓与微藻溶液的接触⾯积，尽可能在吸收过程中使微藻吸收更多的氮氧化物，从⽽产⽣更多的相对应的化合物。

但是，由于在溶解吸收过程当中微藻所产⽣的化合物的稳定性不能够得到保证，后续仍需要进⼀步的研究⼯作，从⽽保证微藻减排氮氧化物技术的成熟和发展。

03
固碳微藻⽣物质采收集成系统
固碳减排积累的微藻细胞经采收、⼲燥处理后，可⽤于提取⾼附加值产物(如叶黄素、虾青素等)及转化制取⽣物质燃料(如柴油、甲烷、⼄醇等)。

由于微藻细胞直径⼩，在培养液中的浓度较低
(0．5～2．0g/L)，密度与⽔相近，且细胞表⾯带负电荷，在溶液中呈稳定的分散状态，导致采收难度较⼤。

通常需要通过絮凝、离⼼、过滤或⽓浮等⽅法进⾏采收浓缩微藻细胞，过程能耗约占相关微藻⽣产总成本的20%～30%。

⽽采收后获得的⽣物质还需要进⾏⼲燥处理，其后才能进⾏⾼附加值产品的后续⽣产，该过程消耗的热量可超过微藻含能量的50%。

另外，随着室外环境温度的变化，为保证微藻适宜的⽣长条件，光⽣物反应器的温度控制也⾄关重要，⽽加热反应器需要消耗微藻含能量的36%～59%。

微藻烟⽓固碳减排及微藻⽣物质采收集成系统
所以，为了进⼀步提⾼微藻烟⽓固碳减排及微藻⽣物质采收集成系统的总体经济可⾏性，可将电⼚烟⽓的余热、余压利⽤集成到系统中，微藻烟⽓固碳减排及微藻⽣物质采收集成系统。

该系统中，烟⽓中的CO2、NOx、SOx、重⾦属等为微藻光合⾃养⽣长提供了碳源、氮源、微量元素等营养物质，微藻进⾏光合⾃养⽣长的同时实现了烟⽓污染物的固碳减排。

利⽤烟⽓余压则可采⽤过滤法、⽓浮法等对微藻进⾏分离浮选。

⽽烟⽓余热不仅可以⽤于藻体的⼲燥处理，为后续产品的⽣产过程提供前提，⽽且还能⽤于反应器内培养温度的控制。

此外，为了减少系统中微藻培养的淡⽔需求，可将市政或农业污⽔集成到系统中，实现污⽔净化处理的同时获得微藻⽣长所需的丰富⽔源、氮源、磷源、微量元素等营养物质。

燃煤电⼚烟⽓余热、余压利⽤耦合微藻烟⽓固碳及微藻⽣物质采收的集成系统旨在降低微藻培养及⽣物质采收、⼲燥处理过程中的能耗及成本，实现系统的可持续性发展。

绿创碳和协助地⽅政府与园区，围绕如下⼏个⽅⾯开展⼯作：
⼀、系统性宣贯应对⽓候变化领域政策；
⼆、积极落实能耗双控制度，提出控煤⼯作路径及⽅法，协助完成压煤⽬标，合理降低能耗总量和强度，减少碳排放；
三、协助制定“碳达峰及碳中和”实施路径及⾏动⽅案，提升碳减排和碳资产管理能⼒；
四、组织开展城市、⼯业园区、机构、企业、产品、等“碳中和”咨询、核查、认定服务；
五、在碳交易过程中，为买卖双⽅提供咨询服务，确保交易过程中的有效合规；
六、推进低碳领域的标准化建设，制定、发布相关标准；
七、碳减排⼈才培训服务；
发起双碳专委员会，并倡议内容包括：
⼀、树⽴“零碳”导向的新型⽣活理念。

强化绿⾊低碳与节能环保意识，形成争做“零碳先锋”的良好社会氛围，以进⼀步推动降低能耗、提⾼能源使⽤效率和优先使⽤清洁能源。

⼆、研究“零碳”导向的产业新业态。

发起“零碳园区”相关课题研究，开展经验借鉴、学术交流和⽰范应⽤，以促进形成符合我国国情的以“零碳”为导向的产业发展模式。

三、⿎励“零碳”导向的技术创新。

积极推动绿⾊、低碳、环保、新能源等技术创新，为新技术发展提供资源⽀持，为新技术的推⼴应⽤开拓空间，以促进新技术进步与成本下降。

四、推动“零碳”导向的项⽬落地。

前瞻2030年和2060年的国际碳减排⼤趋势，以“零碳能源”、“零碳交通”、“零碳建筑”为主要内容，在全国推动落地30个零碳科技园，打造100个零碳⼯业园、1000家零碳⼯⼚、1000座零碳校园、1000家零碳医院及1000个零碳社区，助⼒加快推进绿⾊“新基建”进度。

五、促进“零碳”导向的绿⾊投融资。

以“零碳中国，绿⾊投资”为主题，发起“零碳”绿⾊产业基⾦。

⿎励社会民间资本积极参与“零碳能源”、“零碳交通”、“零碳建筑”等“零碳”⽰范项⽬的投资，并带动更多来源绿⾊的国内外资⾦投⼊。

六、开展“零碳”导向的国际合作。

计划每年举办“零碳创新”系列活动，着⼒打造“科技创新与绿⾊投资⼤会”、“新基建绿⾊投资⼤会”、“国际清洁能源投融资⼤会”等品牌国际会议，为国内外企业和机构搭建权威国际合作平台，积极引⼊国际先进理念、技术和资⾦渠道，加强相关产业与国外的技术交流与项⽬合作，全⽅位助⼒我国向“零碳”经济转型发展，为2060年全球实现净零碳排
放⽬标做出积极贡献。