微wei藻zao進jin行xing碳tan捕bu獲huo，本ben質zhi是shi進jin行xing生sheng物wu光guang合he作zuo用yong。該gai項xiang目mu技ji術shu可ke加jia速su生sheng物wu光guang合he作zuo用yong發fa熱re反fan應ying速su率lv，提ti高gao捕bu碳tan效xiao率lv。目mu前qian，微wei藻zao固gu定ding二er氧yang化hua碳tan示shi範fan能neng力li可ke達da每mei年nian萬wan噸dun級ji，固gu碳tan微wei藻zao相xiang關guan產chan品pin經jing濟ji產chan值zhi超chao2億元。目前該項目成果已在山東、江蘇、廣西、海南等地區進行產業化推廣。

  在距離內蒙古鄂爾多斯市200多公裏外的鄂托克旗產業園內，一種國家地理標誌農產品——鄂托克旗螺旋藻正處於快速生長期。這種古老物種雖然形貌微小，但它的一項功能卻令人稱奇：捕食煙氣中的二氧化碳，並將其轉化為蛋白質
、碳水化合物、油脂和色素等高附加值產品

，成為利用自然規律實現固碳減排的“妙招”。

  “微藻固定二氧化碳示範能力可達每年萬噸級，固碳微藻相關產品經濟產值超2億元。”國家重點研發計劃“煤炭清潔高效利用和新型節能技術”項目“二氧化碳煙氣微藻減排技術”項目負責人接受科技日報記者采訪時表示，經過4年技術攻關，完成了微藻固碳工程示範，為二氧化碳資源化利用、實現碳中和國家目標貢獻了具備經濟可行性的技術方案。

  專家介紹，利用高通量篩選育種技術對微藻細胞的固碳酶關鍵基因進行馴化改良
，目標在於提高關鍵固碳酶——Rubisco酶等在煙氣高濃度二氧化碳條件下的催化反應活性
，換句話說
，就是找到決定優質良種的關鍵基因。

  項目煙氣高濃度二氧化碳條件下的固碳藻種選育給出了可喜結論：顯(xian)著(zhu)增(zeng)強(qiang)了(le)微(wei)藻(zao)細(xi)胞(bao)內(nei)光(guang)合(he)色(se)素(su)酶(mei)和(he)能(neng)量(liang)合(he)成(cheng)酶(mei)等(deng)固(gu)碳(tan)酶(mei)活(huo)性(xing)，增(zeng)強(qiang)了(le)光(guang)反(fan)應(ying)中(zhong)心(xin)的(de)電(dian)子(zi)傳(chuan)遞(di)速(su)率(lv)和(he)光(guang)化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)

，提(ti)高(gao)了(le)微(wei)藻(zao)細(xi)胞(bao)生(sheng)長(chang)固(gu)碳(tan)速(su)率(lv)。

  xiangmutuanduitongguoeryanghuatantiduxunhua，shiweizaoxibaoneiguanghegutantujingzhongdeduozhonggutanmeihuoxingzhujianshangtiao，gutanmeizhuanyuneryanghuatanfenzinenglixiangyingdedaozengqiang

，congerzaiyizhiweizaodixiaogutanfanyingtujingdetongshibuduanzengqianggaoxiaogutanfanyingtujing，zaiguangnengzhuanbianweihuaxuenengguochengzhongtigaoweizaogutansulv。

  通過馴化改良與固碳途徑變革，耐受煙氣二氧化碳的高效固碳藻種培育成功。

  渦流反應器提升微藻固碳速率

  微藻進行碳捕獲，本質是進行生物光合作用。該項目技術可加速生物光合作用發熱反應速率，提高捕碳效率。

  在zai反fan應ying器qi內nei
，渦wo流liu可ke強qiang化hua細xi胞bao光guang合he作zuo用yong。原yuan因yin在zai於yu，微wei藻zao細xi胞bao固gu碳tan反fan應ying分fen為wei光guang反fan應ying和he暗an反fan應ying兩liang個ge階jie段duan，微wei藻zao在zai反fan應ying器qi光guang區qu和he暗an區qu進jin行xing快kuai速su漩xuan渦wo流liu動dong
，能neng夠gou明ming顯xian促cu進jin細xi胞bao混hun合he傳chuan質zhi和he固gu碳tan反fan應ying。

  基於此，項目團隊提出了渦流強化細胞光量子轉化效率的流體力學傳質機理——在反應器內使二氧化碳氣體在更短時間內產生更小的微氣泡，增強與微藻細胞的擴散混合。

  基ji於yu流liu體ti力li學xue設she計ji反fan應ying器qi，使shi反fan應ying器qi內nei交jiao替ti產chan生sheng順shun時shi針zhen和he逆ni時shi針zhen漩xuan渦wo流liu場chang，增zeng強qiang二er氧yang化hua碳tan微wei氣qi泡pao的de擴kuo散san速su度du，從cong而er使shi微wei藻zao細xi胞bao在zai光guang區qu和he暗an區qu之zhi間jian高gao頻pin快kuai速su漩xuan渦wo流liu動dong，提ti高gao光guang量liang子zi轉zhuan化hua效xiao率lv和he固gu碳tan反fan應ying速su率lv。

  實踐成果表明，高效光反應器使戶外1個月微藻固定煙氣二氧化碳的幹基生物質生產能力超過每平方米每天25克。這意味著，微藻固碳技術能生產出更多高經濟價值的藻粉生物質。

  微米級二氧化碳曝氣器加速反應效率

  與傳統工藝1毫米孔徑的鋼管曝氣器相比
，微米級孔徑的二氧化碳曝氣器生成的氣泡直徑和時間分別減小72%和49%
，使得生物質幹重提高了30%
，從二氧化碳氣體到藻粉生物質的轉化效率也得到顯著提高。

  曝pu氣qi器qi設she備bei的de研yan發fa來lai自zi項xiang目mu應ying用yong的de迫po切qie需xu求qiu。項xiang目mu負fu責ze人ren告gao訴su科ke技ji日ri報bao記ji者zhe，為wei了le將jiang煤mei化hua工gong廠chang煙yan氣qi分fen離li提ti純chun的de食shi品pin級ji二er氧yang化hua碳tan高gao效xiao供gong給gei大da麵mian積ji跑pao道dao池chi培pei養yang螺luo旋xuan藻zao，需xu要yao提ti高gao螺luo旋xuan藻zao過guo濾lv采cai收shou後hou循xun環huan液ye中zhong的de碳tan酸suan氫qing鈉na濃nong度du。

  項xiang目mu團tuan隊dui研yan製zhi了le三san層ceng交jiao錯cuo式shi變bian孔kong編bian織zhi網wang曝pu氣qi器qi置zhi於yu藻zao液ye采cai收shou後hou的de循xun環huan回hui水shui管guan道dao中zhong，三san層ceng曝pu氣qi結jie構gou組zu成cheng曝pu氣qi器qi
，內nei部bu兩liang層ceng分fen別bie由you一yi層ceng徑jing向xiang編bian織zhi和he一yi層ceng周zhou向xiang編bian織zhi的de孔kong網wang交jiao錯cuo而er成cheng
，最zui外wai麵mian是shi一yi層ceng微wei米mi級ji孔kong徑jing的de曝pu氣qi網wang。

  項xiang目mu負fu責ze人ren表biao示shi，該gai曝pu氣qi器qi的de效xiao果guo在zai於yu，二er氧yang化hua碳tan氣qi體ti首shou先xian經jing過guo內nei部bu兩liang層ceng孔kong網wang的de兩liang次ci剪jian切qie形xing成cheng初chu始shi氣qi泡pao，再zai經jing過guo最zui外wai層ceng孔kong徑jing切qie割ge形xing成cheng更geng小xiao的de氣qi泡pao，分fen層ceng剪jian切qie能neng夠gou縮suo短duan氣qi泡pao生sheng成cheng時shi間jian和he生sheng成cheng直zhi徑jing，進jin而er提ti高gao二er氧yang化hua碳tan氣qi泡pao與yu螺luo旋xuan藻zao循xun環huan液ye中zhong碳tan酸suan鈉na的de反fan應ying速su率lv。

  “微藻固碳項目的成功之處在於，開發了微藻固定燃煤煙氣二氧化碳的高效藻種
、關鍵設備和核心技術，找到了規模化高效低成本工程實施的微藻固碳技術工藝路線。”負(fu)責(ze)人(ren)表(biao)示(shi)
，項(xiang)目(mu)團(tuan)隊(dui)攻(gong)克(ke)了(le)微(wei)藻(zao)固(gu)定(ding)煙(yan)氣(qi)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)關(guan)鍵(jian)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)
，獲(huo)得(de)了(le)自(zi)主(zhu)知(zhi)識(shi)產(chan)權(quan)
，並(bing)形(xing)成(cheng)了(le)技(ji)術(shu)集(ji)成(cheng)係(xi)統(tong)，建(jian)成(cheng)的(de)產(chan)業(ye)工(gong)程(cheng)示(shi)範(fan)取(qu)得(de)了(le)顯(xian)著(zhu)的(de)經(jing)濟(ji)環(huan)境(jing)和(he)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)。總(zong)體(ti)而(er)言(yan)，微(wei)藻(zao)固(gu)碳(tan)項(xiang)目(mu)對(dui)解(jie)決(jue)我(wo)國(guo)普(pu)遍(bian)存(cun)在(zai)的(de)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)減(jian)排(pai)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)差(cha)的(de)問(wen)題(ti)進(jin)行(xing)了(le)有(you)益(yi)嚐(chang)試(shi)。

  截至目前，該項目成果已在山東
、江蘇、廣西、海南等地區進行產業化推廣。它為煙氣二氧化碳減排的商業化運行和降低生物固碳的技術經濟成本提供了經濟可行的技術路線選擇。

  延伸閱讀

  微藻固碳：麵向“雙碳”目標進行技術攻關

  2020年9月(yue)習(xi)近(jin)平(ping)總(zong)書(shu)記(ji)在(zai)第(di)七(qi)十(shi)五(wu)屆(jie)聯(lian)合(he)國(guo)大(da)會(hui)一(yi)般(ban)性(xing)辯(bian)論(lun)上(shang)發(fa)表(biao)重(zhong)要(yao)講(jiang)話(hua)指(zhi)出(chu)，中(zhong)國(guo)將(jiang)提(ti)高(gao)國(guo)家(jia)自(zi)主(zhu)貢(gong)獻(xian)力(li)度(du)，采(cai)取(qu)更(geng)加(jia)有(you)力(li)的(de)政(zheng)策(ce)和(he)措(cuo)施(shi)，二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)力(li)爭(zheng)於(yu)2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。

  2020年我國二氧化碳排放量達到110億噸

，其中約60億噸來自於燃煤煙氣二氧化碳，為實現國家碳中和戰略目標，燃煤電廠和煤化工煙氣是我國二氧化碳減排的攻堅重點。

  燃煤電廠排放的煙氣中含有二氧化碳
、硫化物、氮氧化物
、重金屬等汙染物，顯著影響了大氣環境。傳統的電廠煙氣處理技術包括煙塵控製
、煙氣脫硫和脫硝等
，但存在工藝設備複雜、能耗高
、處理成本高及二次汙染重等問題，製約其應用。

  相比於傳統燃煤電廠煙氣減排技術
，微藻固碳減排技術具有工藝設備簡單、操作方便和綠色環保等優勢。

  “二氧化碳煙氣微藻減排技術”項目以燃煤電廠煙氣二氧化碳和煤化工廠煙氣二氧化碳的減排為目標
，以實現規模化養殖的螺旋藻
、小球藻、weiniqiuzaodenggutanzaozhongweijichu，jianggaoguangxiaodichengbendeweizaoguangfanyingqiyanfazuoweitupokou，kaifaleweizaojianpaiyanqieryanghuatanchengtaojishuyuweizaofeishuiyangzhijishu，congerjiangdiweizaogutanyangzhixitongchengben。

  項目建立了燃煤電廠和煤化工廠煙氣二氧化碳微藻固碳的兩種模式，實現工藝穩定

、過程可控
、連續穩定的微藻養殖，為微藻煙氣固碳產業和實現碳中和國家戰略目標提供了一個可持續的技術選擇。(何 亮)

來源：科技日報