项目背景
2020年我国提出“3060”双碳目标，全面推动碳减排技术的研发。光合作用是自然界碳循环的唯一途径，微藻作为地球上固碳速率最快且最古老（35亿年）的生物之一，是最有效的生物固碳媒介。自然界中藻类每年固定CO2的潜力高达500亿吨，超过2022年全球CO2排放量368亿吨，并提供了地球上70的氧气，生产生物质280亿吨，可开发的能源约相当于全世界每年能耗的4倍，因此基于太阳能转化与CO2固定的藻类是未来最有潜力替代化石燃料的可再生资源，是突破当前能源、环境、资源三者之间的矛盾的重要手段。 但微藻固碳由于存在光衰减培养深度浅，烟气在藻液中的停留时间短，CO2利用率极低，造成微藻减排占地面积巨大的瓶颈难题，以600 MW的发电机组为例：微藻固碳需要占地面积达20400公顷，相当于2000个电厂的大小，极大的限制了太阳光驱动的微藻减排CO2技术的发展。综合而言，虽然微藻固碳及资源化潜力巨大，但存在太阳光、热分布的不稳定不连续的时空问题，且微藻生物固碳及能源利用过程偏向农业生产，规模小占地大的难题。另一方面，一般工业生产是稳定连续的，造成依靠自然光农业式固碳与工业烟气碳减排需求间存在时间和量的不匹配难题。截止2023年，全球虽已有150家公司建立了微藻固碳的小型和中型示范，但并没有实现商业化。因此为推动微藻生物固碳及资源化发展，需开发光热稳定集约型固碳装置，打破目前生物固碳农业生产模式。
项目介绍
针对微藻跑道池微藻固碳技术存在自然光、温度条件波动大、占地面积大、固碳效率低及陈本高的瓶颈难题，结合电厂特色，我们团队太阳能光伏耦合电厂余热深度回收利用的微藻固碳及资源化高值化利用技术系统，利用光伏－风电等可再生能源解除光源的时空限制，储能实现稳定的光能供应，反应器内置光空间立体化突破微藻固碳占地面积大的限制因素，构建可再生能源驱动的电－光－热耦合互补的微藻固碳及生物燃料生产的一体化技术，解决微藻固碳时空限制瓶颈难题，使其从农业走向工业化的关键技术。 本项目拟采用团队拥有自主知识产权的纳米弥散导光和脉冲微气泡曝气结合流致光暗循环技术强化反应器内光能和CO2传递以及固碳性能，创新高效紧凑式固碳光生物反应器，建立烟气微藻光合固碳过程强化及多目标产物定向调控理论与方法，破解传统微藻跑道池占地面积大和碳转化效率低的瓶颈难题；工业烟气余热高效深度回收结合太阳能光伏技术实现微藻固碳生物反应器内光－热自持连续稳定运行，突破自然气候和太阳光的波动不连续的限制；工业烟气微纳气泡气浮结合低品位余热回收利用技术实现微藻的高效分离、低成本干燥及藻类功能蛋白和含氮功能碳材料制备，解决微藻固碳及资源化利用成本高的难题，由此构建工业烟气低品位余热深度回收利用-太阳能光伏/光合耦合驱动的微藻固碳及资源化利用集成技术及装置，并形成全流程优化理论及系统方法，可将微藻固碳成本降低40以上，微藻固定CO2到高值藻粉生产成本从1.15万元/吨CO2降低到0.60万元/吨CO2，达到市场微藻销售的可盈利成本价格，产品盈利4900元/吨CO2。
技术优势
微藻光合生物固碳及资源化利用方面具有扎实的研究基础和学科优势。2016年二氧化碳烟气微藻减排技术获批国家重点研发计划项目支持，2021年多相反应流传递与转化调控获批国家基金委创新研究群体，2023年百立方级光合固碳示范装置获批重庆市创新与应用发展重点专项。目前项目团队整合了工程热物理、藻类学、生物工程、化学工程、环境工程等各领域的专业人才，且与重庆电建、中钢集团、国家电投、华润集团等企业建立了良好合作关系，具备良好的基础研究、技术储备和资金配套支持，以推进和落实本项目所开发的微藻固碳及梯级转化利用相关技术的产业化。
研究团队
本项目成果由重庆大学能源与动力工程学院工程热物理研究所团队研发，工程热物理研究所由重庆大学21名专任教师组成，其中教授17人，副教授4人，国家级高层次人才4人，国家级青年人才7人，省部级人才8人，荣获国家自然科学基金委创新研究群体，科技部重点领域创新团队以及全国高校黄大年式教师团队。本项目团队承担了国家重点研发计划、国家863、国家自然科学基金重点与重点国际合作等微藻固碳及资源化利用项目20余项，授权相关发明专利45项，积累了丰富的研究与工业实践经验。获教育部自然科学一等奖、重庆市技术发明一等奖、重庆市自然科学二等奖、重庆市国家能源科技进步二等奖等。团队成果也被人民网、光明网、科技日报等广泛报道。
