世界著名的《经济学人》杂志曾指出，尽管能源公司对“碳捕捉和封存”技术寄予厚望，但存在两大难题：成本高昂，以及二氧化碳深埋后可能泄漏的不确定性。中国华能集团公司科技部长蒋敏华也表示，按当前技术，碳捕捉成本约200元人民币/吨，而实际加工至商业应用还需增加150元/吨投入。

近日，山东科技大学针对工业集中排放，研制了一种塔式立体养殖反应器，实现微藻生物固碳，并利用副产微藻连续湿式生产生物原油，为碳捕捉及后续处置提供了可行方案。该技术以电厂烟道气为二氧化碳来源，在塔式反应器中连续培养微藻，固定二氧化碳并生产微藻，再将成熟微藻转化为生物原油，实现工业化生产。记者就此采访了课题组导师、山东科技大学教授田原宇。

微藻固碳产油为何成为热门领域？田原宇表示，当前被认为有效的二氧化碳捕集与封存方法（如海底封存、废弃煤矿封存、油田封存）均存在成本高、操作难及潜在环境风险。而生物法固定二氧化碳是地球上主要且有效的固碳方式。同时，能源紧缺是全球性问题，发展低碳排放的可再生能源和生物质能源是重要出路。若能利用二氧化碳生产生物质油，化害为利、变废为宝，一举多得。

“微藻种类繁多，适应性强，产油效率高。”田原宇解释。藻类已知约3万种，适应性强，几乎遍布地球。在一年生长期内，一公顷玉米产172升生物质燃油，大豆产446升，油菜籽产1190升，棕榈树产5950升，而微藻可达9.5万升。值得注意的是，地球90%的光合作用由藻类完成。微藻能有效利用太阳能，通过光合作用固定二氧化碳，将无机物转化为氢、不饱和烷烃、油脂等能源物质，且微藻生物能源可再生，燃烧后无有毒有害物质，对大气二氧化碳无净增加。

微藻如何产油？田原宇介绍，塔器是石油化工常用设备，用于气液或液液传质。课题组研制的塔式立体养殖微藻固定二氧化碳技术，主体设备为适合微藻生长的塔式培养器。含二氧化碳的电厂烟气从塔底分段进气、逐级溶碳脱氧、分段外排；含藻种的养殖液从塔顶逐级流至塔底，通过光合作用完成微藻生长周期。塔底微藻与养殖液分离，大部分藻液外排分离微藻和养殖液，小部分作为藻种，回收的养殖液补充营养后泵回塔顶循环，实现微藻连续养殖与二氧化碳减排偶联，最终固定并资源化利用二氧化碳。该过程采用分级进气塔式反应器和液体高停留时间塔板，包括分离装置、泵系统、高压裂解装置、加热炉等，立体布置，占地面积小，有助于溶碳脱氧，对藻体剪切作用小，动力消耗低，解决了溶氧积累问题，易于放大和大规模化生产。配套设备简单、投资不大，微藻高压湿式法生产液体燃料成本低，所得生物质燃油热值高达33MJ/kg，是木材或农作物秸秆的1.5倍。

微藻固碳产油经济效益如何？以60万千瓦燃煤发电厂为例，年排放二氧化碳260万吨，利用该技术，二氧化碳捕集封存率75%，微藻转化率30%，微藻液化油收率30%。估算二氧化碳处理综合成本小于200元/吨。捕集二氧化碳195万吨，转化微藻58.5万吨，生产微藻液化油17.55万吨，产值4.39亿元（油价2500元/吨），成本3.9亿元，毛利0.49亿元。田原宇表示，该项目在封存和利用二氧化碳的同时，还能产生97.5万吨氧气；若纳入清洁发展机制（CDM），还可获得额外收益。

然而，工业化后无法利用自然光，电成为主要消耗品。田原宇解释，户外养殖可利用自然光，但难以找到足够空间实现工业化户外养殖。因此，工业化生物固碳技术必须使用人工光源，解决途径包括选用高效率LED光源系统，以及提高微藻培养密度和生长速度，相对降低能耗并提高减排效果。

塔式生物固碳技术有何难点？田原宇指出，目前最大难点是选择高固碳的减排藻种。课题组原使用36小时繁殖一代的微藻，现与中国海洋大学茅云翔教授合作，筛选到10多小时繁殖一代的减排藻种。未来通过筛选和基因工程有望进一步缩短。微藻大致分两种：以产油为目的的产油微藻，筛选标准为快速生长、适应多种极端条件、含油量≥60%、具有高值化综合利用潜力；以二氧化碳减排为目的的微藻，追求最大量固定二氧化碳，副产生物质能，筛选标准为快速生长、适应高浓度二氧化碳与烟气处理极端条件、抗高碱性（最适pH8-13）、高密度培养、抗聚结。目前，课题组已找到快速生长的固碳藻种，长径比小，易培养，经20层塔板即可成熟，生长快，生物量大，温室气体减排量大。

此外，微藻在高浓度二氧化碳环境中反而不能正常生长，若稀释则经济上不合算。田原宇希望未来与其他科研院所、高校和企业联合，共同推进工业化微藻生物固碳技术的进步和应用。

【田原宇】山东科技大学化工学院教授、博士生导师，中国腐植酸工业协会理事，中国煤炭学会泥炭与腐植酸专委会委员，山东化学化工学会催化专委会委员，厦门大学兼职教授，《腐植酸》编委。