中國環境報記者 張可興
世界著名的《經濟學人》雜誌曾撰文表示，儘管能源公司對「碳捕捉和封存」技術有著很高的期望，但有兩個問題尚未解決:一是價格昂貴；二是沒有人知道這項技術是不是真的那麼管用。或者說，深埋的二氧化碳會不會洩漏。
中國華能集團公司科技部長蔣敏華也曾表示，按目前的技術計算，碳捕捉成本約在200元人民幣/噸，而實際處理加工至進行商業應用的程度，每噸還需增加150元投入。
近日，山東科技大學針對工業的集中排放，研製了一種塔式立體養殖反應器，實現微藻生物固碳，並且利用副產微藻連續溼式生產生物原油的技術，為碳捕捉以及捕捉後的碳處置尋找出一個切實可行的辦法。這項技術利用電廠煙道氣作為二氧化碳供給來源，在塔式立體養殖反應器中連續培養微藻，達到二氧化碳的固定和微藻的生產，再把成熟微藻引入生物原油製取裝置，從而實現微藻制油的工業化生產。
為此，記者就這項技術的成本以及未來發展等相關問題採訪了課題組導師山東科技大學教授田原宇。
微藻固碳產油緣何成為熱門領域？
田原宇表示，現在被認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境災難的問題。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，能源緊缺是全球性問題，發展低碳排放的可再生能源和生物質能源，是解決能源緊缺的重要出路。如果能用二氧化碳生產生物質油，將二氧化碳化害為利、變廢為寶，一舉數得，何樂而不為？
「微藻種類繁多，適應性強並且產油效率高。」田原宇一語道破天機。藻類的種類繁多，目前已知有3萬種左右，而藻類的生活習性是多種多樣的，對環境的適應性也很強，地球上幾乎到處都有藻類的存在；而在一年的生長期內，一公頃玉米能產172升生物質燃油，一公頃大豆能產446升，一公頃油菜籽能產1190升，一公頃棕櫚樹能產5950升，而一公頃微藻能產9.5萬升。
需要注意的是，地球上的光合作用90％是由藻類進行的。微藻能夠有效地利用太陽能，通過光合作用固定二氧化碳，將無機物轉化為氫、高不飽和烷烴、油脂等能源物質；而且微藻生物能源可以再生，燃燒後不排放有毒有害物質，對大氣二氧化碳沒有淨增加。
微藻是如何產油的？
田原宇介紹說，塔器是石油化工常用的設備，是氣相和液相或液相和液相間物質傳遞的設備。課題組研製的塔式立體養殖微藻固定二氧化碳技術，主體設備是一種適合微藻生長的塔式立體培養器，將含有二氧化碳的電廠煙氣從塔底分段進氣、逐級溶碳脫氧、分段外排；而含有藻種的養殖液體從塔頂逐級流到塔底，通過光合作用完成微藻的一個生長周期；塔底微藻與養殖液分離，大部分藻液外排分離微藻和養殖液，小部分藻液作為藻種，回收的養殖液在補充營養後，用養殖液泵送回塔頂進行再次循環，通過微藻連續養殖和二氧化碳減排偶聯，最終實現二氧化碳的固定和資源化利用。這個過程採用分級進氣的塔式反應器和液體高停留時間塔板，還包括分離裝置、泵系統、高壓裂解裝置、加熱爐等設備，整個生產設施立體布置，佔地面積小，有助於溶碳脫氧，並且對藻體的剪切作用較小，動力消耗也不大，解決了溶氧積累問題，易於放大和大規模化生產。這項技術的配套設備比較簡單、投資也不大，微藻高壓溼式法生產液體燃料所需的處理和加工成本低，微藻轉化所得生物質燃油熱值高，平均高達33MJ/kg，是木材或農作物秸稈的1.5倍。
微藻固碳產油經濟效益如何？
以60萬千瓦燃煤發電廠為例，年排放二氧化碳260萬噸，利用這項技術，二氧化碳的捕集封存率為75％，微藻轉化率是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於200元/噸。捕集二氧化碳:260×75％=195萬噸；轉化微藻:195×30％=58.5萬噸；生產微藻液化油:58.5×30％=17.55萬噸；產值:17.55×0.25=4.39億元(油價:2500元/噸)；成本:195×0.02=3.9億元；毛利:4.39－3.9=0.49億元。
「就這個項目而言，在封存和利用二氧化碳的同時，還能產生97.5萬噸的氧氣；另外，如果能把這個項目減排的二氧化碳納入清潔發展機制(CDM)，還能獲得額外收益。」田原宇對這項技術的經濟效益非常看好。
然而，這項技術在工業化後，不可能利用太陽光。因此，電就成了這項技術最重要的消耗品。面對這個問題，田原宇解釋道，戶外養殖可以利用自然光，但是，很難找到足夠大空間實現工業化戶外養殖微藻。因此，工業化的生物固碳技術必須使用人工光源，解決的途徑，除了選用高效率的LED光源系統，只能是提高微藻培養密度和生長速度，相對降低能耗和相應提高減排效果。
塔式生物固碳技術有什麼難點？
「一項技術總是會有些局限性。」田原宇說，目前，這項技術最大的難點是選擇高固碳的減排藻種，如果不能很好地解決藻種問題，就不能保證二氧化碳的轉化和利用。課題組原來使用36小時繁殖一代的微藻，現在與中國海洋大學茅雲翔教授合作，篩選到10多個小時繁殖一代的減排藻種。未來，通過篩選和基因工程還有進一步縮短的可能。
微藻大致分兩種。一種是發展生物柴油產業為目的的產油微藻。篩選的3＋1標準是:快速生長；適應多種極端或脅迫生理條件(耐鹽鹼、光溫脅迫、光氧化脅迫、營養基質脅迫)；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，副產生物質能，應該適應大規模工業二氧化碳排放的連續化生物固碳。適應大規模工業排放的二氧化碳減排。因此，減排「藻種」篩選的4＋1標準:快速生長；適應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)；抗高鹼性(最適pH8－13)；高密度培養；抗聚結。
目前，課題組已經和合作夥伴找到了能夠快速生長的固碳藻種。這種藻的長徑比比較小，容易培養，經過20層塔板就能成熟；生長快，得到的生物量大，利用後的溫室氣體減排量大。
另外，這項技術還有一個缺點，微藻對環境有一個相對應的適應能力，在高濃度二氧化碳的環境中，反而不能正常生長。如果把高濃度的二氧化碳稀釋到可以利用的程度，經濟上又會不合算。田原宇希望未來能和其他科研院所、高校和企業聯合，共同推進工業化微藻生物固碳技術的進步和應用。
【田原宇】:山東科技大學化工學院教授、博士生導師，中國腐植酸工業協會理事、中國煤炭學會泥炭與腐植酸專委會委員、山東化學化工學會催化專委會委員、廈門大學兼職教授、《腐植酸》編委。