如何有效的利用二氧化碳，是商业和政府决策者关心的重要因素，也对CCUS技术的商业化部署带来显著的影响。通过微藻固碳技术可以将二氧化碳转化为无污染的化学产品和燃料（能源）产品，不仅可以减少二氧化碳排放，还能够产生经济附加值。微藻还可以被转化为生物燃料产品，如生物氢、生物柴油、生物乙醇、生物丁醇和生物碳氢化合物[1]。各种创新的微藻固碳技术操作设备比较简单，操作方便。

微藻固碳技术是利用微生物将大量二氧化碳转化为生物质的过程，微藻作为固碳生物，具有光合速率高、繁殖快、适应环境性强等优点，相当于森林固碳能力的10-50倍，且不与粮食作物争地，可在淡水、海洋、盐碱湖和工农业废水等多种水环境下生长[2]。一般常见的微藻分为螺旋藻、红球藻、小球藻等。螺旋藻能够做成保健品和饲料；红球藻能够做成高级保健品，其所含虾青素的价格和黄金不相上下；而小球藻等其余藻类含油量高达30%-40%，是生产生物质柴油的很好原料[3]。微藻未来还有许多创新的用途，如美国科罗拉多州的一家初创企业尝试使用微藻替代化工产品作为打印墨水的原料[4]，制造可持续的低碳墨水。

以燃煤电厂烟气为例，微藻细胞可以通过光合作用固定烟气中的二氧化碳，同时吸收碳氧化物（NOx）和硫化物（SOx）作为生长所需的氮源和硫源，并能够吸收烟气中的汞、砷、硒、铅等重金属离子。碳是微藻的主要元素，含碳量约为干基生物质的36%-65%[5]，工业烟气中的CO2可作为生产微藻的潜在来源，1kg微藻生物质可固定1.3-2.4kg的CO2[6]。氮是微藻细胞生长和代谢所需的重要营养物质，约占细胞干重的10%。硫是微藻细胞内多种功能性化合物的基本组成元素，如蛋氨酸，含硫类囊体脂质和辅酶因子等[7]，占淡水藻类干重的0.15% -1.96%[8]。对于重金属元素，无论是具有生物活性还是灭活的藻类细胞都能够吸收固定大部分金属离子[9]，但当烟气中重金属含量过高时，其毒性将破坏藻类细胞中蛋白质结构和细胞膜的完整性，减弱光合作用，进而抑制微藻生长[10]，对后续利用微藻生产的保健品、化妆品或饲料的质量也会产生影响，因此需要对烟气中的重金属含量进行严格把控。

最近两年商业机构积极投入微藻固碳研究示范，美国Hypergiant公司根据微藻固碳原理推出了一款规格为90×90×210厘米的Eos设备（如下图1所示），该设备可用于城市环境，直接从空气中捕集和二氧化碳，计划把捕集的藻用于生产清洁的生物质燃料。其中的藻类就是使用的小球藻，一台设备的二氧化碳吸收量相当于一英亩（约4000m2）树木的吸收量。Hypergiant公司声称，其Eos设备中的碳捕集效率极高，是占用同样碳足迹的树木的400倍[11]。该公司将此归功于设备内部的核心自动调节软件，该软件可通过管理调节光照、温度和PH值来获得最大产量。该公司同时表示，希望把该设备预计2020年推向市场。我们仅根据有关报道描述，未经过详细调查。

图1 Hypergiant公司发布的EOS设备

      挪威卑尔根大学2015年在蒙斯塔德碳捕集技术中心（TCM）建造了挪威国家微藻中试项目（如图2所示）[12]。该项目总占地330平方米，总投资1800万挪威克朗（约1200万人民币1），其中温室占地200平方米，二氧化碳由TCM提供，该测试装置与TCM类似，开放给第三方使用，由卑尔根大学承担主要管理责任。挪威微藻中试项目的主要成果是培育富含Omega 3的藻类，为挪威三文鱼养殖提供饲料。

 

图2 挪威蒙斯塔德碳捕集技术中心的微藻固碳中试大棚

中国机构对微藻固碳技术的促进碳减排非常重视。中国企业也在微藻养殖减排二氧化碳，进行过示范，如民营能源巨头，新奥集团在2007年成立了生物质能源研究所，开启了微藻产业化的大门。2010年，新奥在位于内蒙古的60万吨/年煤制甲醇生产基地建设了微藻生物固碳示范项目[13]，通过煤制甲醇装置产生的废气二氧化碳、高盐废水和蒸汽余热来养殖微藻，生产生物质柴油、β-胡萝卜素和蛋白质等多种高附加值产品，该项目每年可利用二氧化碳2万吨。

在研发领域，许多团队开展了微藻养殖的研究，中国科学院南海海洋研究所的向文洲博士自1986年来一直长期从事海藻新资源挖掘、规模化养殖、高价值利用、生物质能源及固碳减排开发等方面的研究工作，分离培养了1000多株海洋微藻，挖掘30多种优良新资源藻种，完成了国际上首个海水螺旋藻产业化试验，创立了多种海藻蛋白、多糖、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等产物的高效低成本制备新工艺[14]。青岛能源所与新疆庆华集团于2012年7月就利用微藻培养进行二氧化碳固定和处理工业废水联产生物柴油达成合作协议，2013年月正式投入运行[15]。其中，青岛能源所负责高效固碳藻种的筛选、微藻的二氧化碳和废水培养工艺、相关实验室规划与设计、规模培养试验系统的设计等工作。

此外，比较瞩目的支持是，科技部于2016年在“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项中将“煤炭清洁高效利用和新型节能技”列为国家重点研发计划项目，其中就包括微藻固碳技术。由浙江大学作为牵头单位，中国海洋大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所、中国科学院广州能源研究所和中国科学院过程工程研究所作为承担单位，鄂尔多斯市加力螺旋藻业有限责任公司等作为产业示范基地，联合全国优势单位共同开展（共计19家包括6所985大学，5个中科院研究所，8个龙头企业）。

微藻固碳技术还在实验室至中试阶段，但该技术在经济性、可持续发展性和碳循环利用方面都有一定潜力，衔接产业链应用前景广阔。未来要实现大规模的工业化应用，需要在捕集效率和减排成本有所突破，核心技术瓶颈在藻种和规模化培养技术，降低海域或土地使用需求。希望在未来微藻固碳技术可以在高效藻种培育、反应器研究、微藻生物质能源开发及微藻固碳产业化商业模式的研究上产生更多成果，实现微藻固碳生命周期碳排放进行测量，促使微藻固碳成为成熟的碳减排技术的主要方向。