如何有效的利用二氧化碳，是商業(yè)和政府決策者關(guān)心的重要因素，也對(duì)CCUS技術(shù)的商業(yè)化部署帶來(lái)顯著的影響。通過微藻固碳技術(shù)可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的化學(xué)產(chǎn)品和燃料（能源）產(chǎn)品，不僅可以減少二氧化碳排放，還能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)附加值。微藻還可以被轉(zhuǎn)化為生物燃料產(chǎn)品，如生物氫、生物柴油、生物乙醇、生物丁醇和生物碳?xì)浠衔颷1]。各種創(chuàng)新的微藻固碳技術(shù)操作設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作方便。

微藻固碳技術(shù)是利用微生物將大量二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)的過程，微藻作為固碳生物，具有光合速率高、繁殖快、適應(yīng)環(huán)境性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，相當(dāng)于森林固碳能力的10-50倍，且不與糧食作物爭(zhēng)地，可在淡水、海洋、鹽堿湖和工農(nóng)業(yè)廢水等多種水環(huán)境下生長(zhǎng)[2]。一般常見的微藻分為螺旋藻、紅球藻、小球藻等。螺旋藻能夠做成保健品和飼料；紅球藻能夠做成高級(jí)保健品，其所含蝦青素的價(jià)格和黃金不相上下；而小球藻等其余藻類含油量高達(dá)30%-40%，是生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的很好原料[3]。微藻未來(lái)還有許多創(chuàng)新的用途，如美國(guó)科羅拉多州的一家初創(chuàng)企業(yè)嘗試使用微藻替代化工產(chǎn)品作為打印墨水的原料[4]，制造可持續(xù)的低碳墨水。

以燃煤電廠煙氣為例，微藻細(xì)胞可以通過光合作用固定煙氣中的二氧化碳，同時(shí)吸收碳氧化物（NOx）和硫化物（SOx）作為生長(zhǎng)所需的氮源和硫源，并能夠吸收煙氣中的汞、砷、硒、鉛等重金屬離子。碳是微藻的主要元素，含碳量約為干基生物質(zhì)的36%-65%[5]，工業(yè)煙氣中的CO2可作為生產(chǎn)微藻的潛在來(lái)源，1kg微藻生物質(zhì)可固定1.3-2.4kg的CO2[6]。氮是微藻細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝所需的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，約占細(xì)胞干重的10%。硫是微藻細(xì)胞內(nèi)多種功能性化合物的基本組成元素，如蛋氨酸，含硫類囊體脂質(zhì)和輔酶因子等[7]，占淡水藻類干重的0.15% -1.96%[8]。對(duì)于重金屬元素，無(wú)論是具有生物活性還是滅活的藻類細(xì)胞都能夠吸收固定大部分金屬離子[9]，但當(dāng)煙氣中重金屬含量過高時(shí)，其毒性將破壞藻類細(xì)胞中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜的完整性，減弱光合作用，進(jìn)而抑制微藻生長(zhǎng)[10]，對(duì)后續(xù)利用微藻生產(chǎn)的保健品、化妝品或飼料的質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)煙氣中的重金屬含量進(jìn)行嚴(yán)格把控。

最近兩年商業(yè)機(jī)構(gòu)積極投入微藻固碳研究示范，美國(guó)Hypergiant公司根據(jù)微藻固碳原理推出了一款規(guī)格為90×90×210厘米的Eos設(shè)備（如下圖1所示），該設(shè)備可用于城市環(huán)境，直接從空氣中捕集和二氧化碳，計(jì)劃把捕集的藻用于生產(chǎn)清潔的生物質(zhì)燃料。其中的藻類就是使用的小球藻，一臺(tái)設(shè)備的二氧化碳吸收量相當(dāng)于一英畝（約4000m2）樹木的吸收量。Hypergiant公司聲稱，其Eos設(shè)備中的碳捕集效率極高，是占用同樣碳足跡的樹木的400倍[11]。該公司將此歸功于設(shè)備內(nèi)部的核心自動(dòng)調(diào)節(jié)軟件，該軟件可通過管理調(diào)節(jié)光照、溫度和PH值來(lái)獲得最大產(chǎn)量。該公司同時(shí)表示，希望把該設(shè)備預(yù)計(jì)2020年推向市場(chǎng)。我們僅根據(jù)有關(guān)報(bào)道描述，未經(jīng)過詳細(xì)調(diào)查。

圖1 Hypergiant公司發(fā)布的EOS設(shè)備

      挪威卑爾根大學(xué)2015年在蒙斯塔德碳捕集技術(shù)中心（TCM）建造了挪威國(guó)家微藻中試項(xiàng)目（如圖2所示）[12]。該項(xiàng)目總占地330平方米，總投資1800萬(wàn)挪威克朗（約1200萬(wàn)人民幣1），其中溫室占地200平方米，二氧化碳由TCM提供，該測(cè)試裝置與TCM類似，開放給第三方使用，由卑爾根大學(xué)承擔(dān)主要管理責(zé)任。挪威微藻中試項(xiàng)目的主要成果是培育富含Omega 3的藻類，為挪威三文魚養(yǎng)殖提供飼料。

 

圖2 挪威蒙斯塔德碳捕集技術(shù)中心的微藻固碳中試大棚

中國(guó)機(jī)構(gòu)對(duì)微藻固碳技術(shù)的促進(jìn)碳減排非常重視。中國(guó)企業(yè)也在微藻養(yǎng)殖減排二氧化碳，進(jìn)行過示范，如民營(yíng)能源巨頭，新奧集團(tuán)在2007年成立了生物質(zhì)能源研究所，開啟了微藻產(chǎn)業(yè)化的大門。2010年，新奧在位于內(nèi)蒙古的60萬(wàn)噸/年煤制甲醇生產(chǎn)基地建設(shè)了微藻生物固碳示范項(xiàng)目[13]，通過煤制甲醇裝置產(chǎn)生的廢氣二氧化碳、高鹽廢水和蒸汽余熱來(lái)養(yǎng)殖微藻，生產(chǎn)生物質(zhì)柴油、β-胡蘿卜素和蛋白質(zhì)等多種高附加值產(chǎn)品，該項(xiàng)目每年可利用二氧化碳2萬(wàn)噸。

在研發(fā)領(lǐng)域，許多團(tuán)隊(duì)開展了微藻養(yǎng)殖的研究，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所的向文洲博士自1986年來(lái)一直長(zhǎng)期從事海藻新資源挖掘、規(guī)模化養(yǎng)殖、高價(jià)值利用、生物質(zhì)能源及固碳減排開發(fā)等方面的研究工作，分離培養(yǎng)了1000多株海洋微藻，挖掘30多種優(yōu)良新資源藻種，完成了國(guó)際上首個(gè)海水螺旋藻產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)，創(chuàng)立了多種海藻蛋白、多糖、不飽和脂肪酸、類胡蘿卜素等產(chǎn)物的高效低成本制備新工藝[14]。青島能源所與新疆慶華集團(tuán)于2012年7月就利用微藻培養(yǎng)進(jìn)行二氧化碳固定和處理工業(yè)廢水聯(lián)產(chǎn)生物柴油達(dá)成合作協(xié)議，2013年月正式投入運(yùn)行[15]。其中，青島能源所負(fù)責(zé)高效固碳藻種的篩選、微藻的二氧化碳和廢水培養(yǎng)工藝、相關(guān)實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃與設(shè)計(jì)、規(guī)模培養(yǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等工作。

此外，比較矚目的支持是，科技部于2016年在“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)中將“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技”列為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，其中就包括微藻固碳技術(shù)。由浙江大學(xué)作為牽頭單位，中國(guó)海洋大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所和中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所作為承擔(dān)單位，鄂爾多斯市加力螺旋藻業(yè)有限責(zé)任公司等作為產(chǎn)業(yè)示范基地，聯(lián)合全國(guó)優(yōu)勢(shì)單位共同開展（共計(jì)19家包括6所985大學(xué)，5個(gè)中科院研究所，8個(gè)龍頭企業(yè)）。

微藻固碳技術(shù)還在實(shí)驗(yàn)室至中試階段，但該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)發(fā)展性和碳循環(huán)利用方面都有一定潛力，銜接產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用前景廣闊。未來(lái)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，需要在捕集效率和減排成本有所突破，核心技術(shù)瓶頸在藻種和規(guī)?；囵B(yǎng)技術(shù)，降低海域或土地使用需求。希望在未來(lái)微藻固碳技術(shù)可以在高效藻種培育、反應(yīng)器研究、微藻生物質(zhì)能源開發(fā)及微藻固碳產(chǎn)業(yè)化商業(yè)模式的研究上產(chǎn)生更多成果，實(shí)現(xiàn)微藻固碳生命周期碳排放進(jìn)行測(cè)量，促使微藻固碳成為成熟的碳減排技術(shù)的主要方向。