项目案例简介：
针对火力发电行业碳减排重点课题，本项目选育适应福建连江环境特性及电厂烟气、脱硫废水成分的高效碳减排优质藻种，对获得的优质藻种进行放大培养和工艺集成与优化，研究藻类用于烟气CO2生物减排的关键参数和核心技术，开发包括微藻生物肥、脱硫废水处理、水产饲料在内的藻类多途径利用技术并实现工程化应用示范，形成一套切实可行的火电企业烟气CO2资源化与藻类生物多途径利用的技术路线，提升企业能源综合利用水平。
选送单位：国能（连江）港电有限公司
项目名称和内容
项目名称：高效生物固碳耦合燃煤烟气一体化利用关键技术研究与示范
项目主要科技内容
石灰石-水洗耦合脱硫烟气预处理技术；pH反馈控制烟气供给技术；适应性进化、诱变育种技术和高通量突变株鉴定技术；光-气-液-固多相强化反应器研发技术；微藻养殖过程检测与智能系统开发技术；基于脱硫废水、海水的微藻养殖用水技术体系；烟气培养微藻用于畜禽鱼等动物饲料的质量技术标准。
主要创新点概述
1.针对电厂烟气对微藻生长的酸性胁迫，本项目利用适应性进化、诱变育种技术和高通量突变株鉴定等现代生物学技术提升藻种性能，定向开发适应电厂烟气高浓度、宽负荷、波动剧烈特征的速生长、高抗逆藻株；
2.针对微藻生产加工成本过高，限制下游广泛应用难题，本项目创新采用利用烟气-脱硫废水/海水进行微藻规模化养殖技术，大幅度降低微藻生产加工成本，有效提升微藻养殖经济性；
3.针对常规光生物反应器固碳效率低、微藻生物量低，本项目基于微气泡技术、分形理论及闪光效应，研制新型光生物反应器，强化光-气-液-固多相传递过程，有效提升固碳效率与微藻生物量；
4.针对国内规模化培养中微藻细胞状态多采用手动取样-离线分析技术，精度仅达到分钟级，本项目首次通过多光谱技术实现秒级的实时细胞状态监测和包括多种营养液在内的多环境参数控制，实现基于神经网络AI模型的智能测控；
5.本项目建设国内最大规模电厂烟气直接养殖微藻联产微藻生物肥-微藻饵料示范装置。
应用情况及可推广前景简述
项目团队长期致力于微藻生物固碳及产品转化研发工作，在北京市科委和农委科技攻关项目、中科院STS项目及内蒙古重大专项等项目和相关企业支持下，目前已经建立了涵盖高效藻株选育、耦合CO2捕获与废水处理微藻低成本规模化养殖技术、微藻水产饲料、微藻生物肥技术多方位研发体系，形成了相关系列解决方案，为本项目的实施提供了完善保障。在藻种选育、微藻规模化养殖方面，具有225平米微藻选育及评价研发平台。配备高通量（10通道）筛选系统，可为本项目中藻株快速评价提供支持，并可为微藻规模化养殖理过程中关键参数提供优化。该装置能够高通量连续性获得试验数据，缩短技术开发周期。同时，配备奥林巴斯显微镜和美国哈希光度计，可实现微藻细胞的观察及生物量测定。配备多台岛津液相色谱和气象色谱，可实现微藻组分的精细化检测；在光生物反应器方面已经购置和自主设计制造400mL、8L、12L、40L、150L和3m3等系列规格、不同类型（管式、柱式、跑道池）的光生物反应器，可进行微藻规模化养殖前期预处理技术的评价。建有植物营养与肥料实验室可开展肥料和土壤检测的专业实验室，具备肥料、植物、土壤样品分析及新产品开发与试验等功能。
微藻的规模化培养需要大量的CO2作为碳源，其生物量中C元素含量占干重近50%。据估算，每生成1 g的微藻生物量，需要1.83 g的CO2。而火电企业工业烟气中含有高浓度的CO2，因此利用烟气进行能源藻类培养，不仅可以大量固定烟气CO2，减少温室气体排放，降低环境污染，而且可以解决微藻培养所需的碳源供应问题，达到CO2藻类捕集、转化的目的，大幅度降低CO2的排放量和生产基于微藻的高附加值产物的生产成本，同时实现藻类资源的高值化利用，获得显著的社会、经济和环境效益。福建省属于亚热带海洋性气候，全年温暖湿润，全年平均日照时数1900小时左右，年平均气温在16-25℃，非常适宜微藻养殖，一年有11个月适宜户外培养微藻，藻粉单产可达1.2-1.5吨/亩/年，户外培养的单产效率高，近年来微藻养殖规模逐渐增大，是未来发展微藻养殖业的重要区域。
微藻生物质的下游利用方式决定了该技术的经济性以及市场推广前景。微藻生物质可应用于生物燃料、食品、保健品、营养品、水产养殖、动物饲养和饲料添加剂、生物肥料、生物刺激剂、生物农药和生物塑料等方面。但生物燃料生产成本过高，限制了其广泛应用，保健品/营养品等虽然经济性高，但市场规模较小，限制了微藻固碳规模。基于电厂烟气的电厂的烟气条件、废水条件及养殖条件，以及目前下游应用市场容量和经济性，微藻生物肥和水产饲料是最佳下游应用方向。
福建水产饲料市场巨大，当地微藻养殖产业发展不能满足水产行业对微藻饲料的需求，大量依靠北方微藻饲料，提高了养殖成本，限制了福建水产业的发展。同时，福建也是全国重要的柑橘、橘子和茶的种植区域，化学肥料长期过量使用加重土壤酸化，随着《到2025年化肥减量化行动方案》的实施，迫切需要新型绿色肥料。
微藻的规模化培养既需要大量的CO2作为碳源，同时也需要大量的水资源。火电企业工业烟气中含有高浓度的CO2；火电生产过程中还会产生大量废水，其中产生于湿法脱硫过程的脱硫废水，因具有含盐量高、硬度高、腐蚀性强等特点，处理难度相对较大。若能同时利用火电企业烟气和脱硫废水养殖微藻，并进一步开展微藻饲料和肥料高值化利用研究，必将会创新地形成火电企业减污降碳新模式。燃煤电厂面临日益严峻的碳减排压力，本项目利用微藻高效固定烟气CO2，并获得高品质微藻生物肥和水产饲料，具有明显的技术先进性、显著的生态效益和经济效益，为未来燃煤电厂大规模碳减排提供切实可行的解决方案。
经济效益及社会效益情况
经济效益方面
微藻工厂总占地面积10000m2，微藻养殖实际占地面积8000m2，微藻水产饲料与生物肥养殖面积分别为4000m2。
（1）微藻制鱼虾饲料：在水产养殖中，微藻是贝类、虾和部分鱼类幼体最初的饲料，被比喻为“婴儿的母乳”，并且对净化养殖水质也有重要作用。福建是水产大省，扇贝、鱼苗、对虾养殖有较大量的微藻需求，保守估计浓缩微藻需求量在1500吨左右。按照4000m2地微藻实际养殖面积计算，预计年生产浓缩藻液300吨(5%干物质)，每吨售价1.5万元，生产成本0.72万元/吨，其中浓缩液生产成本主要包括10年设备折旧4666元，其次为人工800元、试剂助剂300元，其他为设备维修保养、质检、包装等杂费1433元。年营收约为459万元，利润234万元。
（2）微藻制生物肥：福建是全国重要的柑橘、橘子和茶的种植区域，化学肥料长期过量使用加重土壤酸化，随着《到2025年化肥减量化行动方案》的实施，迫切需要新型绿色肥料，市场潜力巨大。按照4000m2地微藻实际养殖面积计算，年产微藻生物肥2万吨，微藻肥料单价300元/吨，生产成本110元/吨，其中微藻生物肥生产成本主要包括10年为设备折旧71元，其次为人工12元、试剂助剂5元，其他为设备维修保养、质检、包装等杂费22元。则年营收600万元，年利润380万元。
综上所述，本项目研究投入应用后预计年增加收入资金614万元，投资回收周期约4.56年，经济效益显著。
社会效益方面
本项目提出基于微藻的“烟气CO2捕获-废水处理-微藻饲料-微藻肥”串联技术体系，在实现火电行业业废气/废水的协同处理及资源化利用的同时，获得高附加值微藻生物肥和微藻饲料。该技术具有工艺设备简单、操作方便和绿色环保等优势，为实现火力电厂低碳绿色发展提供了一个可持续的技术选择。微藻含有的营养元素和生物活性物质能促进鱼虾生长、提高水产品品质，在水产养殖中的应用不仅可以作为饲料，还能同化氮、磷等污染物，调节水体水质，提供营养物质，增加附着物等，对福建海洋牧场的建设和维护海洋生物多样性具有重要作用。微藻作为生物肥应用，在提高了该技术的经济性同时，延长了整个生态链，进一步增强了该技术的固碳效应。微藻生物肥作为一种低成本、环境友好型肥料，在减少化肥使用、改善土壤、促进作物生长和增加土壤碳汇方面具有重要作用。微藻生物肥的大面积推广应用，必将为保证粮食安全和绿色高质量发展提供更加有力的支撑，具有广阔的产业化前景。
项目案例获专利及奖励情况
目前该科技项目已通过集团公司立项审批，预期完成的科技指标为：
1. 建立1套用于微藻培养的烟气预处理技术方法和标准体系；
2. 选育适应电厂烟气超低排放条件藻株4株，微藻固碳效率30 g/m2/d，微藻产率达到15g/m2/d，生物固定烟气CO2速率达到0.2kg/m3/d；
3. 建立1套以深度学习为内核的微藻养殖智能测控系统和标准体系，用电成本降低30%；
4. 建立基于脱硫废水、海水的微藻养殖用水技术体系，实现水资源利用成本降低50%以上；
5. 完成火电企业烟气CO2资源化和藻类规模化培养耦联技术集成体系及工程化示范，建设不低于1万平方米的微藻规模化养殖基地，烟气年消纳量不低于十万吨；较传统开放式跑道池微藻养殖，节约土地10%；
6. 开发活性微藻肥液体产品，在肥效试验中，植物产量增产5-10%；
7. 开发烟气培养微藻用于畜禽鱼等动物饲料的微藻产品1-2种，建立相关产品的质量技术标准1-2项；
8. 申请集团级企业标准1项；
9. 申请专利不低于10项，其中发明专利6项；
10. 发表核心期刊及以上水平论文8篇。
选送单位简介：
连江公司是国家能源集团福建公司的全资子公司，项目落地连江县可门经济技术开发区，一期投资约105亿元，项目规划建设电厂、电厂储煤场、1-3号泊位三个独立核准（备案）项目。作为福建省重点建设项目和国家能源局唯一的百万级煤电机组节能升级与改造示范项目，2台机组分别于2021年12月、2022年4月投运，本项目采用了世界首创的广义变频系统，创新应用了十余项国际国内先进的技术和理念，机组供电煤耗、环保排放等技术指标在全国百万机组中处于一流水平。
京公网安备 11011502004515号 
