# 生物碳捕集与利用（bio-CCU：气体发酵、CO2制蛋白、电燃料）
通过微生物气体发酵、工程菌与微藻，将捕集的 CO2 转化为燃料、蛋白、聚合物与甲醇——一条从工业排放到循环碳产品的碳利用价值链。
Source: https://cn.bioecon.ru/technology/biological-carbon-capture-utilization/
Updated: 2026-08-18
## 概览与价值链
标记：[EC: EU Carbon Removals Certification (CRCF) + CBAM | OECD: Carbon management, Circular bioeconomy | Regulator: EPA (美国), ADEME (法国), NEA (中国)]
生物碳捕集与利用（bio-CCU）利用微生物气体发酵、工程菌或微藻，将捕集的二氧化碳——来自
工业点源、生物源排放或大气——转化为燃料、化学品、蛋白质和材料。它将废气重新定义为原料，
替代化石碳并创造可帮助资助减排的收入。仅 LanzaTech 的气体发酵平台在 2025 年就报告了
5580 万美元的收入，Newlight 的 AirCarbon 聚羟基脂肪酸酯被认证为碳负性，而 Deep Branch 的
Proton 单细胞蛋白达到约 70% 的蛋白含量，碳足迹比替代蛋白低约 90%。在催化利用侧，Carbon
Recycling International 的 Vulcanol 再生甲醇每吨甲醇嵌入约 1.4 吨 CO2，其在冰岛规划的电燃料
工厂目标年产最高 70,000 吨可持续航空燃料。政策正拉动需求：美国 45Q 税收抵免对捕集并利用的
CO2 每吨支付最高 85 美元，欧盟碳移除认证框架（CRCF）已生效，中国绿色金融目录将 CCUS 列为
第 1.5.1 项。
生物碳捕集与利用的关键方向:
1. **气体发酵制燃料与化学品 (LanzaTech):** 自养微生物将富含 CO/CO2 的合成气发酵为乙醇，
进而制成 SAF 和船用燃料；LanzaTech 在日本久慈市的固废制乙醇中试装置以约 400 吨/年、十分
之一商业规模运行，性能达到保证值。
2. **微生物 CO2 制聚合物 (Newlight AirCarbon):** 受海洋微生物启发的工艺将 CO2 与甲烷固定为
聚羟基脂肪酸酯——碳负性、可海洋生物降解的聚合物，已用于吸管、餐具和眼镜。
3. **CO2 制蛋白与营养 (Deep Branch、Cemvita):** 气体发酵将 CO2 与氢气转化为单细胞蛋白
（Proton，约 70% 蛋白）和再生油（Cemvita 的 FermOil，在 75,000 升规模验证）。
4. **CO2 利用于电燃料与甲醇 (CRI、Cemvita e-煤油):** CO2 与绿氢的催化及生物催化加氢生成
再生甲醇（Vulcanol），并可进一步制成 e-SAF，CRI 正与霍尼韦尔 UOP 研究年产 70,000 吨的设施。
### 部门价值链
```
[CO2 来源：工业 / 生物源 / 大气] ──> [捕集与调质] ──> [生物转化：发酵 / 工程菌 / 微藻]
│
(产品回收与提纯)
│
▼
[终端用途：燃料 · 饲料蛋白 · 聚合物 · 甲醇] <─── [循环碳产品]
```
### 价值链层级
| 层级 | 说明 | 关键投入/产出 |
|:---|:---|:---|
| **CO2 来源 (Emissions)** | 工业点源排放（钢铁、水泥、炼油）、生物源与直接空气捕集。 | **投入:** 烟道气、沼气、空气。
**产出:** 富 CO2 原料气。 |
| **捕集与调质 (Capture)** | 化学吸收、吸附或膜分离，随后压缩与提纯。 | **投入:** 原料气、能源、溶剂。
**产出:** 浓缩 CO2。 |
| **生物转化 (Conversion)** | 微生物气体发酵、工程菌发酵或微藻固定为目标分子。 | **投入:** CO2、氢气、营养物。
**产出:** 乙醇、PHA、蛋白、甲醇。 |
| **产品回收 (Recovery)** | 对生物合成产物进行蒸馏、收菌、脱水和提纯。 | **投入:** 发酵液。
**产出:** 粗产品流。 |
| **配方成型 (Formulation)** | 混合、共混与认证（ISCC PLUS、食品/饲料许可）为商品级。 | **投入:** 粗产品。
**产出:** 认证燃料、饲料、树脂。 |
| **终端用途与核算 (Markets)** | 销往燃料、饲料、聚合物和化学品市场，按 45Q、CRCF 或 ISCC 进行碳核算。 | **投入:** 认证产品。
**产出:** 收入、碳信用。 |
行业跨环节技术:
- **绿氢集成:** CO2-加氢路线（Deep Branch 蛋白、CRI 甲醇）将 bio-CCU 经济性绑定为可再生氢的成本与电解槽扩产。
- **合成生物学与菌株工程:** Cemvita 与 Newlight 重新设计微生物碳流，将 CO2 导向目标产物（油、PHA、煤油前体），提高滴度。
- **碳核算与认证:** ISCC PLUS、欧盟 CRCF 与美国 45Q 抵免将利用的 CO2 吨数转化为可银行化价值，是项目融资的关键。
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## 美国
美国通过 LanzaTech 的气体发酵和 Newlight 的碳负性聚合物引领 bio-CCU 商业化，45Q 税收抵免
（《通胀削减法》下扩大到利用 CO2 每吨约 85 美元）为项目经济性提供支撑。
### Gas fermentation, carbon-negative polymers, e-kerosene
- **LanzaTech Global (LNZA):** 其气体发酵平台将工业排放与气化废料转化为再生碳乙醇；
2025 年收入达 5580 万美元，日本久慈市固废中试装置以约 400 吨/年、十分之一商业规模运行，
LanzaTech 在 LanzaJet 的持股于 2025 年 12 月升至 53%。
- **Newlight Technologies:** 由食甲烷海洋微生物从温室气体生产的 AirCarbon 聚羟基脂肪酸酯，
是碳负性、可海洋生物降解的聚合物，已用于吸管、餐具、眼镜和皮革替代品，并有专利工程菌株
改善碳流向 PHA 的通量。
- **Cemvita Factory:** 工程菌将粗甘油和 CO2 转化为 FermOil 再生油，在 Bio Base Europe 完成
75,000 升工业规模验证（放大 2,500 倍），并在 45Q 机制下生产生物催化 e-煤油供航空使用。
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## 中国
中国的碳管理由能源巨头在工业规模上实施 CCUS，并辅以微藻 CO2 利用研究，CCUS 现已作为可融资
类别纳入国家绿色金融目录。
### CCUS scale, microalgal bio-conversion, green-finance inclusion
- **中国石化 (600028):** 这家综合能源巨头在炼油、石化和提高采收率领域开展点源 CCUS，并主导
微藻 CO2 利用研究——比较藻株与培养条件，将捕集的 CO2 转化为高附加值生物制品。
- **CCUS 作为绿色金融类别:** 中国绿色金融目录现将碳捕集、利用与封存列为第 1.5.1 项，覆盖
电力、钢铁、水泥、化工和采油业的捕集-运输-利用-封存全链条。
- **制度建设:** 中国石化协助发起国际 CCUS 创新合作组织，将 bio-CCU 与 CCUS 定位为"双碳"
目标下的协调国家优先事项。
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## 欧盟
欧洲将 bio-CCU 初创企业与全球最严格的碳框架相结合：碳移除认证框架、排放交易体系与碳边境
调节机制共同创造了对经验证的利用碳的需求。
### Single-cell protein, renewable methanol, certification pull
- **Deep Branch（英国/荷兰）:** 其 Proton 单细胞蛋白通过气体发酵，将工业 CO2 与氢气发酵为
蛋白含量约 70% 的原料——约为大豆的两倍——碳足迹低约 90%，用于水产与畜牧饲料，获欧盟
H2020 资助。
- **Carbon Recycling International（冰岛）:** 其 Emissions-to-Liquids 工艺生产 Vulcanol 再生
甲醇（ISCC PLUS 认证，每吨甲醇约 1.4 吨 CO2），并正与霍尼韦尔 UOP 及 IdunnH2 研究一座
300 兆瓦、最高 70,000 吨/年的 e-SAF 工厂。
- **监管拉动:** 欧盟 CRCF 界定经认证的碳移除与利用，而 CBAM 在边境对内含碳定价，使 bio-CCU
产品在化学品、燃料和饲料中获得可测溢价。
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## 领先企业与研究机构
| 企业 / 机构 | 国家 | 关键产品 / 平台 | 技术特点 | 2026 状态 |
|:---|:---|:---|:---|:---|
| **LanzaTech** | 🇺🇸 美国 | *再生碳乙醇、气体发酵* | LNZA；LanzaJet 53%；日本固废中试约 400 吨/年 | Growth |
| **Newlight Technologies** | 🇺🇸 美国 | *AirCarbon PHA 生物聚合物* | 碳负性、可海洋生物降解；海洋微生物工艺 | Commercial |
| **Cemvita Factory** | 🇺🇸 美国 | *FermOil 再生油、e-煤油* | 75,000 升验证；工程菌 CO2 利用 | Pilot |
| **Deep Branch** | 🇬🇧 英国 | *Proton 单细胞蛋白* | 气体发酵；约 70% 蛋白、碳低约 90% | Pilot |
| **CRI** | 🇮🇸 冰岛 | *Vulcanol 再生甲醇* | CO2 制甲醇（约 1.4 吨 CO2/吨）；研究 e-SAF 70 千吨/年 | Commercial |
| **Sinopec** | 🇨🇳 中国 | *CCUS、微藻 CO2 利用* | 点源 CCUS；微藻藻株研发 | Commercial |
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## 技术栈与创新
bio-CCU 技术栈建立在四大支柱之上：气体发酵生物学、微生物聚合物合成、单细胞蛋白生产以及
CO2 加氢制甲醇与电燃料——共同将点源碳转化为商品。
1. **气体发酵生物学:**
- 自养产乙酸菌（LanzaTech）与氢氧化菌（Deep Branch）将 CO/CO2 固定为乙醇和蛋白；LanzaTech
2025 年 5580 万美元的收入表明该路线已从废气达到商业级吨位。
- 菌株对合成气杂质（焦油、硫）的耐受性和气液传质决定了反应器生产力和原料灵活性的上限。
2. **微生物聚合物合成:**
- Newlight 的 AirCarbon 利用食甲烷海洋微生物将 CO2 与甲烷导向聚羟基脂肪酸酯颗粒，得到碳负
性且可海洋生物降解的聚合物。
- 专利工程菌株调节碳通量趋向 PHA，提高滴度并降低收菌与聚合物萃取的能耗。
3. **单细胞蛋白生产:**
- Deep Branch 的 Proton 将 CO2 与氢气和氧气发酵为蛋白含量约 70% 的单细胞蛋白，在水产饲料
中替代大豆和鱼粉，碳足迹低约 90%。
- 瓶颈在于气体发酵放大和饲料级安全许可而非生物学，因此合作伙伴与承购至关重要。
4. **CO2 加氢制甲醇与电燃料:**
- CRI 的 Emissions-to-Liquids 工艺催化加氢 CO2 生成 Vulcanol 甲醇（每吨约 1.4 吨 CO2），
霍尼韦尔 UOP 的 eFining 可将其升级为 e-SAF。
- 经济性取决于廉价绿氢与电解槽产能，将 bio-CCU 与更广泛的 power-to-liquids 建设挂钩。
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## 价值链与生产流程
### 通过气体发酵生产再生碳乙醇的工业流程 (ISCC PLUS)
```
┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐
│ 1. 富 CO2 合成气供应 │ ───> │ 2. 气体发酵 │
└───────────────────────────┘ │ （产乙酸菌） │
└───────────────────────────┘
│
▼
┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐
│ 4. 乙醇提纯 │ <─── │ 3. 发酵液回收 │
└───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘
│
▼
┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐
│ 5. 衍生化（SAF） │ ───> │ 6. 认证与承购 │
└───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘
```
#### 阶段 1: 富 CO2 合成气供应
工业排放（钢铁、炼油）或气化的城市固废提供富 CO/CO2 合成气；LanzaTech 久慈工厂气化固废，
供其约 400 吨/年、十分之一商业规模的乙醇中试。
#### 阶段 2: 气体发酵
生物反应器中的自养产乙酸菌将合成气发酵为乙醇，气液传质与菌株对杂质的耐受性决定反应器生产
力；这是 LanzaTech 与 Deep Branch 共有的核心生物学。
#### 阶段 3: 发酵液回收
通过离心与过滤将细胞与废液从富含乙醇的发酵液中分离；细胞物回流或资源化，啤酒液进入蒸馏。
#### 阶段 4: 乙醇提纯
蒸馏与分子筛脱水将发酵液提升至燃料级再生碳乙醇——支撑 LanzaTech 2025 年 5580 万美元收入的
商品中间体。
#### 阶段 5: 衍生化制 SAF
乙醇转化为可持续航空燃料（经醇制航煤）或船用燃料，经 LanzaJet 路由——LanzaTech 在其中持股
于 2025 年 12 月达到 53%。
#### 阶段 6: 认证与承购
成品燃料按 ISCC PLUS 与欧盟 CRCF 认证，CO2 利用情况为美国 45Q 抵免记录在案，使航空与海运
承购得以闭合碳利用循环。