如何有效的利用二氧化碳，是商業和政府決策者關心的重要因素，也對CCUS技術的商業化部署帶來顯著的影響。通過微藻固碳技術可以將二氧化碳轉化為無污染的化學產品和燃料（能源）產品，不僅可以減少二氧化碳排放，還能夠產生經濟附加值。微藻還可以被轉化為生物燃料產品，如生物氫、生物柴油、生物乙醇、生物丁醇和生物碳氫化合物[1]。各種創新的微藻固碳技術操作設備比較簡單，操作方便。

微藻固碳技術是利用微生物將大量二氧化碳轉化為生物質的過程，微藻作為固碳生物，具有光合速率高、繁殖快、適應環境性強等優點，相當于森林固碳能力的10-50倍，且不與糧食作物爭地，可在淡水、海洋、鹽堿湖和工農業廢水等多種水環境下生長[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保健品，其所含蝦青素的價格和黃金不相上下；而小球藻等其余藻類含油量高達30%-40%，是生產生物質柴油的很好原料[3]。微藻未來還有許多創新的用途，如美國科羅拉多州的一家初創企業嘗試使用微藻替代化工產品作為打印墨水的原料[4]，制造可持續的低碳墨水。

以燃煤電廠煙氣為例，微藻細胞可以通過光合作用固定煙氣中的二氧化碳，同時吸收碳氧化物（NOx）和硫化物（SOx）作為生長所需的氮源和硫源，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的36%-65%[5]，工業煙氣中的CO2可作為生產微藻的潛在來源，1kg微藻生物質可固定1.3-2.4kg的CO2[6]。氮是微藻細胞生長和代謝所需的重要營養物質，約占細胞干重的10%。硫是微藻細胞內多種功能性化合物的基本組成元素，如蛋氨酸，含硫類囊體脂質和輔酶因子等[7]，占淡水藻類干重的0.15% -1.96%[8]。對于重金屬元素，無論是具有生物活性還是滅活的藻類細胞都能夠吸收固定大部分金屬離子[9]，但當煙氣中重金屬含量過高時，其毒性將破壞藻類細胞中蛋白質結構和細胞膜的完整性，減弱光合作用，進而抑制微藻生長[10]，對后續利用微藻生產的保健品、化妝品或飼料的質量也會產生影響，因此需要對煙氣中的重金屬含量進行嚴格把控。

最近兩年商業機構積極投入微藻固碳研究示范，美國Hypergiant公司根據微藻固碳原理推出了一款規格為90×90×210厘米的Eos設備（如下圖1所示），該設備可用于城市環境，直接從空氣中捕集和二氧化碳，計劃把捕集的藻用于生產清潔的生物質燃料。其中的藻類就是使用的小球藻，一臺設備的二氧化碳吸收量相當于一英畝（約4000m2）樹木的吸收量。Hypergiant公司聲稱，其Eos設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備內部的核心自動調節軟件，該軟件可通過管理調節光照、溫度和PH值來獲得最大產量。該公司同時表示，希望把該設備預計2020年推向市場。我們僅根據有關報道描述，未經過詳細調查。

圖1 Hypergiant公司發布的EOS設備

      挪威卑爾根大學2015年在蒙斯塔德碳捕集技術中心（TCM）建造了挪威國家微藻中試項目（如圖2所示）[12]。該項目總占地330平方米，總投資1800萬挪威克朗（約1200萬人民幣1），其中溫室占地200平方米，二氧化碳由TCM提供，該測試裝置與TCM類似，開放給第三方使用，由卑爾根大學承擔主要管理責任。挪威微藻中試項目的主要成果是培育富含Omega 3的藻類，為挪威三文魚養殖提供飼料。

 

圖2 挪威蒙斯塔德碳捕集技術中心的微藻固碳中試大棚

中國機構對微藻固碳技術的促進碳減排非常重視。中國企業也在微藻養殖減排二氧化碳，進行過示范，如民營能源巨頭，新奧集團在2007年成立了生物質能源研究所，開啟了微藻產業化的大門。2010年，新奧在位于內蒙古的60萬噸/年煤制甲醇生產基地建設了微藻生物固碳示范項目[13]，通過煤制甲醇裝置產生的廢氣二氧化碳、高鹽廢水和蒸汽余熱來養殖微藻，生產生物質柴油、β-胡蘿卜素和蛋白質等多種高附加值產品，該項目每年可利用二氧化碳2萬噸。

在研發領域，許多團隊開展了微藻養殖的研究，中國科學院南海海洋研究所的向文洲博士自1986年來一直長期從事海藻新資源挖掘、規模化養殖、高價值利用、生物質能源及固碳減排開發等方面的研究工作，分離培養了1000多株海洋微藻，挖掘30多種優良新資源藻種，完成了國際上首個海水螺旋藻產業化試驗，創立了多種海藻蛋白、多糖、不飽和脂肪酸、類胡蘿卜素等產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于2012年7月就利用微藻培養進行二氧化碳固定和處理工業廢水聯產生物柴油達成合作協議，2013年月正式投入運行[15]。其中，青島能源所負責高效固碳藻種的篩選、微藻的二氧化碳和廢水培養工藝、相關實驗室規劃與設計、規模培養試驗系統的設計等工作。

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能技術”重點專項中將“煤炭清潔高效利用和新型節能技”列為國家重點研發計劃項目，其中就包括微藻固碳技術。由浙江大學作為牽頭單位，中國海洋大學、中國科學院青島生物能源與過程研究所、中國科學院廣州能源研究所和中國科學院過程工程研究所作為承擔單位，鄂爾多斯市加力螺旋藻業有限責任公司等作為產業示范基地，聯合全國優勢單位共同開展（共計19家包括6所985大學，5個中科院研究所，8個龍頭企業）。

微藻固碳技術還在實驗室至中試階段，但該技術在經濟性、可持續發展性和碳循環利用方面都有一定潛力，銜接產業鏈應用前景廣闊。未來要實現大規模的工業化應用，需要在捕集效率和減排成本有所突破，核心技術瓶頸在藻種和規模化培養技術，降低海域或土地使用需求。希望在未來微藻固碳技術可以在高效藻種培育、反應器研究、微藻生物質能源開發及微藻固碳產業化商業模式的研究上產生更多成果，實現微藻固碳生命周期碳排放進行測量，促使微藻固碳成為成熟的碳減排技術的主要方向。