世界著名的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志曾撰文表示，盡管能源公司對(duì)“碳捕捉和封存”技術(shù)有著很高的期望，但有兩個(gè)問(wèn)題尚未解決:一是價(jià)格昂貴；二是沒(méi)有人知道這項(xiàng)技術(shù)是不是真的那么管用?；蛘哒f(shuō)，深埋的二氧化碳會(huì)不會(huì)泄漏。

中國(guó)華能集團(tuán)公司科技部長(zhǎng)蔣敏華也曾表示，按目前的技術(shù)計(jì)算，碳捕捉成本約在200元人民幣/噸，而實(shí)際處理加工至進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用的程度，每噸還需增加150元投入。

近日，山東科技大學(xué)針對(duì)工業(yè)的集中排放，研制了一種塔式立體養(yǎng)殖反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)微藻生物固碳，并且利用副產(chǎn)微藻連續(xù)濕式生產(chǎn)生物原油的技術(shù)，為碳捕捉以及捕捉后的碳處置尋找出一個(gè)切實(shí)可行的辦法。這項(xiàng)技術(shù)利用電廠煙道氣作為二氧化碳供給來(lái)源，在塔式立體養(yǎng)殖反應(yīng)器中連續(xù)培養(yǎng)微藻，達(dá)到二氧化碳的固定和微藻的生產(chǎn)，再把成熟微藻引入生物原油制取裝置，從而實(shí)現(xiàn)微藻制油的工業(yè)化生產(chǎn)。

為此，記者就這項(xiàng)技術(shù)的成本以及未來(lái)發(fā)展等相關(guān)問(wèn)題采訪了課題組導(dǎo)師山東科技大學(xué)教授田原宇。

微藻固碳產(chǎn)油緣何成為熱門(mén)領(lǐng)域？

田原宇表示，現(xiàn)在被認(rèn)為有效的二氧化碳捕集、封存方法，如海底封存、廢棄煤礦封存、油田封存等，都存在成本高、難操作和可能引起其他環(huán)境災(zāi)難的問(wèn)題。而生物法固定二氧化碳是地球上主要的、有效的固碳方式。

與此同時(shí)，能源緊缺是全球性問(wèn)題，發(fā)展低碳排放的可再生能源和生物質(zhì)能源，是解決能源緊缺的重要出路。如果能用二氧化碳生產(chǎn)生物質(zhì)油，將二氧化碳化害為利、變廢為寶，一舉數(shù)得，何樂(lè)而不為？

“微藻種類繁多，適應(yīng)性強(qiáng)并且產(chǎn)油效率高。”田原宇一語(yǔ)道破天機(jī)。藻類的種類繁多，目前已知有3萬(wàn)種左右，而藻類的生活習(xí)性是多種多樣的，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性也很強(qiáng)，地球上幾乎到處都有藻類的存在；而在一年的生長(zhǎng)期內(nèi)，一公頃玉米能產(chǎn)172升生物質(zhì)燃油，一公頃大豆能產(chǎn)446升，一公頃油菜籽能產(chǎn)1190升，一公頃棕櫚樹(shù)能產(chǎn)5950升，而一公頃微藻能產(chǎn)9.5萬(wàn)升。

需要注意的是，地球上的光合作用90%是由藻類進(jìn)行的。微藻能夠有效地利用太陽(yáng)能，通過(guò)光合作用固定二氧化碳，將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫、高不飽和烷烴、油脂等能源物質(zhì)；而且微藻生物能源可以再生，燃燒后不排放有毒有害物質(zhì)，對(duì)大氣二氧化碳沒(méi)有凈增加。

微藻是如何產(chǎn)油的？

田原宇介紹說(shuō)，塔器是石油化工常用的設(shè)備，是氣相和液相或液相和液相間物質(zhì)傳遞的設(shè)備。課題組研制的塔式立體養(yǎng)殖微藻固定二氧化碳技術(shù)，主體設(shè)備是一種適合微藻生長(zhǎng)的塔式立體培養(yǎng)器，將含有二氧化碳的電廠煙氣從塔底分段進(jìn)氣、逐級(jí)溶碳脫氧、分段外排；而含有藻種的養(yǎng)殖液體從塔頂逐級(jí)流到塔底，通過(guò)光合作用完成微藻的一個(gè)生長(zhǎng)周期；塔底微藻與養(yǎng)殖液分離，大部分藻液外排分離微藻和養(yǎng)殖液，小部分藻液作為藻種，回收的養(yǎng)殖液在補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)后，用養(yǎng)殖液泵送回塔頂進(jìn)行再次循環(huán)，通過(guò)微藻連續(xù)養(yǎng)殖和二氧化碳減排偶聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)二氧化碳的固定和資源化利用。這個(gè)過(guò)程采用分級(jí)進(jìn)氣的塔式反應(yīng)器和液體高停留時(shí)間塔板，還包括分離裝置、泵系統(tǒng)、高壓裂解裝置、加熱爐等設(shè)備，整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施立體布置，占地面積小，有助于溶碳脫氧，并且對(duì)藻體的剪切作用較小，動(dòng)力消耗也不大，解決了溶氧積累問(wèn)題，易于放大和大規(guī)模化生產(chǎn)。這項(xiàng)技術(shù)的配套設(shè)備比較簡(jiǎn)單、投資也不大，微藻高壓濕式法生產(chǎn)液體燃料所需的處理和加工成本低，微藻轉(zhuǎn)化所得生物質(zhì)燃油熱值高，平均高達(dá)33MJ/kg，是木材或農(nóng)作物秸稈的1.5倍。

微藻固碳產(chǎn)油經(jīng)濟(jì)效益如何？

以60萬(wàn)千瓦燃煤發(fā)電廠為例，年排放二氧化碳260萬(wàn)噸，利用這項(xiàng)技術(shù)，二氧化碳的捕集封存率為75%，微藻轉(zhuǎn)化率是30%，微藻液化油的收率也是30%，估算二氧化碳處理綜合成本小于200元/噸。捕集二氧化碳:260×75%=195萬(wàn)噸；轉(zhuǎn)化微藻:195×30%=58.5萬(wàn)噸；生產(chǎn)微藻液化油:58.5×30%=17.55萬(wàn)噸；產(chǎn)值:17.55×0.25=4.39億元(油價(jià):2500元/噸)；成本:195×0.02=3.9億元；毛利:4.39－3.9=0.49億元。

“就這個(gè)項(xiàng)目而言，在封存和利用二氧化碳的同時(shí)，還能產(chǎn)生97.5萬(wàn)噸的氧氣；另外，如果能把這個(gè)項(xiàng)目減排的二氧化碳納入清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)，還能獲得額外收益。”田原宇對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益非?？春谩?/p>

然而，這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)化后，不可能利用太陽(yáng)光。因此，電就成了這項(xiàng)技術(shù)最重要的消耗品。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，田原宇解釋道，戶外養(yǎng)殖可以利用自然光，但是，很難找到足夠大空間實(shí)現(xiàn)工業(yè)化戶外養(yǎng)殖微藻。因此，工業(yè)化的生物固碳技術(shù)必須使用人工光源，解決的途徑，除了選用高效率的LED光源系統(tǒng)，只能是提高微藻培養(yǎng)密度和生長(zhǎng)速度，相對(duì)降低能耗和相應(yīng)提高減排效果。

塔式生物固碳技術(shù)有什么難點(diǎn)？

“一項(xiàng)技術(shù)總是會(huì)有些局限性。”田原宇說(shuō)，目前，這項(xiàng)技術(shù)最大的難點(diǎn)是選擇高固碳的減排藻種，如果不能很好地解決藻種問(wèn)題，就不能保證二氧化碳的轉(zhuǎn)化和利用。課題組原來(lái)使用36小時(shí)繁殖一代的微藻，現(xiàn)在與中國(guó)海洋大學(xué)茅云翔教授合作，篩選到10多個(gè)小時(shí)繁殖一代的減排藻種。未來(lái)，通過(guò)篩選和基因工程還有進(jìn)一步縮短的可能。

微藻大致分兩種。一種是發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)為目的的產(chǎn)油微藻。篩選的3＋1標(biāo)準(zhǔn)是:快速生長(zhǎng)；適應(yīng)多種極端或脅迫生理?xiàng)l件(耐鹽堿、光溫脅迫、光氧化脅迫、營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)脅迫)；含油量≥60%；具有高值化綜合利用的潛力。

作為以二氧化碳減排為目的微藻，追求的是最大量地將二氧化碳生物固定，副產(chǎn)生物質(zhì)能，應(yīng)該適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)二氧化碳排放的連續(xù)化生物固碳。適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)排放的二氧化碳減排。因此，減排“藻種”篩選的4＋1標(biāo)準(zhǔn):快速生長(zhǎng)；適應(yīng)高濃度二氧化碳與煙氣處理極端條件(高溫、酸性、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫)；抗高堿性(最適pH8－13)；高密度培養(yǎng)；抗聚結(jié)。

目前，課題組已經(jīng)和合作伙伴找到了能夠快速生長(zhǎng)的固碳藻種。這種藻的長(zhǎng)徑比比較小，容易培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)20層塔板就能成熟；生長(zhǎng)快，得到的生物量大，利用后的溫室氣體減排量大。

另外，這項(xiàng)技術(shù)還有一個(gè)缺點(diǎn)，微藻對(duì)環(huán)境有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的適應(yīng)能力，在高濃度二氧化碳的環(huán)境中，反而不能正常生長(zhǎng)。如果把高濃度的二氧化碳稀釋到可以利用的程度，經(jīng)濟(jì)上又會(huì)不合算。田原宇希望未來(lái)能和其他科研院所、高校和企業(yè)聯(lián)合，共同推進(jìn)工業(yè)化微藻生物固碳技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用。 
 
 

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