# 通过微藻进行二氧化碳增值
利用微藻捕集工业二氧化碳排放，生产有价值的生物质、生物燃料和生物塑料。
Source: https://cn.bioecon.ru/technology/co2-valorization-microalgae/
Updated: 2026-08-18
## 概览与价值链
标记：[EC: 72.19 | OECD: marine-bioeconomy | Regulator: EPA (US), EFSA (EU), MARA (CN)]
微藻是地球上生长最快的光合生物之一，其捕集二氧化碳的效率比陆生植物高出多达50倍。通过微藻进行二氧化碳增值，将生物碳捕集与利用（CCUS）与生物生产相结合，把工业废气直接通入藻类培养系统，每生产1千克干生物质可固定约1.8–2.0千克CO2。所得生物质可精炼为多种产品，从小批量高价值的营养品和色素，到大批量的生物燃料、生物塑料和动物饲料。生产率在开放式池塘中为10–30克/平方米/天，在封闭式光生物反应器中可达50+克/平方米/天，而经济性完全取决于目标终端产品。
通过微藻进行二氧化碳增值的关键方向：
1. **碳捕集与利用 (CCUS)：** 将工业烟气通入藻类培养，每千克干生物质固定1.8–2.0千克CO2，同时减少点源排放。
2. **高价值生物产品 (Astaxanthin, Omega-3)：** 提取高端色素和油脂——为规模化提供资金的小批量收入来源。
3. **大宗生物燃料与饲料 (Commodity Biofuels & Feed)：** 在10–50+克/平方米/天的生产率下，将脂质转化为生物原油、将蛋白质转化为动物饲料。
4. **吉吨级碳移除 (Gigaton-Scale CDR)：** 在非耕地上建设沿海开放式池塘基础设施，专门用于可验证的二氧化碳移除。
### 部门价值链
```
[气体捕集] ──> [培养] ──> [采收] ──> [萃取]
│
(碳信用)
│
▼
[生物产品] <─── [精炼] <─────┘
```
### 价值链层级
| 层级 | 描述 | 关键输入/输出 |
|:---|:---|:---|
| **1. 气体调质** | 捕集并洗涤工业烟气 | **输入：** 废气。
**输出：** 纯净CO2。 |
| **2. 藻类培养** | 在光生物反应器或开放式池塘中培养微藻 | **输入：** 纯净CO2、阳光。
**输出：** 湿藻生物质。 |
| **3. 采收** | 对藻类进行脱水和浓缩 | **输入：** 湿藻生物质。
**输出：** 藻泥。 |
| **4. 萃取** | 破壁以分离目标化合物 | **输入：** 藻泥。
**输出：** 脂质、蛋白质。 |
| **5. 精炼** | 将脂质和蛋白质转化为终端产品 | **输入：** 脂质、蛋白质。
**输出：** 生物原油、色素。 |
| **6. 商业化** | 销售生物产品或碳信用 | **输入：** 生物原油、色素。
**输出：** 收入、CO2信用。 |
部门交叉技术：
- **光生物反应器 (PBRs)：** 封闭式管式或平板式系统，可精确控制光照和污染，产率达50+克/平方米/天。
- **连续采收 (Centrifugation/Flocculation)：** 对含水量>95%的生物质进行节能脱水——本部门最大的运营成本杠杆。
- **菌株工程 (CRISPR Cyanobacteria)：** 编辑快速生长的菌株，以提高脂质产量和对原始烟气的耐受性。
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## 美国
美国已从其藻类制生物燃料时代（由DARPA和DOE资助）转向基因组驱动的脂质最大化和直接碳信用。
### genomic strain design, carbon crediting, biofuel legacy
- **Viridos脂质工程：** 先进的基因组学技术，最大化单细胞产油量以生产drop-in生物燃料。
- **DOE/DARPA遗产：** 数十年的公共资助，建立了美国的菌株库和开放式池塘技术诀窍。
- **自愿碳市场：** 将固定的CO2货币化为可验证的移除信用。
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## 中国
国有能源和化工集团正在试点大规模微藻CCUS设施，直接连接到电厂和炼油厂，以实现中国的碳中和目标。
### industrial CCUS, flue-gas integration, state pilots
- **ENN集团CCUS：** 将化工炼油厂的烟气直接通入微藻培养。
- **中石化试点：** 与电厂集成的藻类装置，用于点源减排。
- **2060碳中和指令：** 国家目标推动微藻CCUS进入重工业脱碳。
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## 欧盟
欧盟在高价值增值和封闭系统工程方面处于领先地位，从捕集的CO2中提取高端营养和化妆品化合物。
### photobioreactor engineering, high-value extraction, coastal CDR
- **Subitec平板式PBR：** 用于污染受控、高密度培养的气升式反应器。
- **Fermentalg藻油：** 来自专有菌株的omega-3油脂和CO2汇。
- **Brilliant Planet开放式池塘：** 旨在实现吉吨级碳移除的沿海沙漠海水跑道池。
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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 | 技术亮点 | 2026 年状态 |
|:---|:---|:---|:---|:---|
| **Viridos** | 🇺🇸 美国 | *Engineered algae* | 基因组脂质产量最大化 | 已终止（第11章破产；2025年资产出售） |
| **Brilliant Planet** | 🇬🇧 英国 | *Coastal ponds* | 开放式海洋池塘碳移除 | 商业化 |
| **Subitec** | 🇩🇪 德国 | *Flat-panel PBR* | 气升式光生物反应器硬件 | 商业化 |
| **Fermentalg** | 🇫🇷 法国 | *Algal oils* | CO2汇与omega-3 | 商业化 |
| **ENN Group** | 🇨🇳 中国 | *Industrial CCUS* | 烟气转微藻 | 商业化 |
| **Reliance Industries** | 🇮🇳 印度 | *Algae bio-crude* | 藻类制生物燃料规模化 | 商业化 |
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## 技术栈与创新
核心瓶颈在于培养系统，以及从通常含水量超过95%的培养物中回收干产品的能源成本。
1. **光生物反应器与开放式池塘 (Photobioreactors vs Open Ponds)：**
- 封闭式PBR（管式或平板式）提供精确控制和50+克/平方米/天，但资本密集（每公顷超过$500K）。
- 沿海开放式跑道池利用免费的海水和阳光——足够便宜以实现吉吨级CDR，但易受污染和天气影响。
2. **下游加工 (Downstream Processing)：**
- 离心和絮凝对湿藻泥脱水；超声和酶法破壁释放脂质和蛋白质。
- 节能脱水是大宗产品最大的运营成本杠杆。
3. **菌株工程 (Strain Engineering)：**
- CRISPR编辑的蓝藻提高了生长速度、脂质比例以及对未经处理烟气中SOx/NOx的耐受性。
- 稳健的菌株减少了对昂贵气体预调质步骤的需求。
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## 价值链与生产流程
### 微藻CO2增值工业流程 (ISO 14064)
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┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐
│ 1. 菌株筛选 │ ───> │ 2. 实验室培养 │
└───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘
│
▼
┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐
│ 4. 下游加工 │ <─── │ 3. 中试光反应器 │
└───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘
│
▼
┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐
│ 5. 高值产品销售 │ ───> │ 6. 吉吨级CDR │
└───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘
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#### 阶段 1：菌株筛选
识别能耐受工业烟气的快速生长、稳健的蓝藻和微藻菌株。
#### 阶段 2：实验室培养
在实验室规模优化光照周期、营养输送和CO2注入速率。
#### 阶段 3：中试光生物反应器
测试连接到真实工业烟气流的闭环培养。
#### 阶段 4：下游加工
扩大节能脱水和脂质萃取方法，以降低运营成本。
#### 阶段 5：高值产品销售
将虾青素、omega-3和特种色素商业化，为平台提供资金。
#### 阶段 6：吉吨级碳移除
部署专用于永久封存CO2的大规模沿海池塘基础设施。