國內首個燃氣電廠微藻固碳示范工程在橫琴建成

日前，我國首個燃氣電廠微藻固碳示范工程——國電投（珠海橫琴）熱電有限公司（以下簡稱“橫琴熱電”）燃氣電廠CCUS（即碳捕獲、利用與封存）關鍵技術研究與應用示范項目，在橫琴粵澳深度合作區建成投產。

作為國內首個直接利用燃氣電廠原始煙氣開展微藻固碳的示范工程，該項目年固碳量超20噸，成功填補了我國燃氣電廠利用微藻固碳實現碳減排技術領域的空白，為粵港澳大灣區綠色低碳發展提供了創新示范。

破解燃氣電廠碳捕集技術瓶頸

隨著“雙碳”目標推進，加快構建以新能源為主體的新型電力系統，破解能源電力從高碳向低碳、從以化石能源為主向以清潔能源為主轉變的制約因素，正影響著我國能源低碳轉型的進程。數據顯示，我國能源活動碳排放占全社會碳排放總量的88%，其中電力行業能源活動碳排放占比為43%，能源電力綠色低碳轉型是我國實現“雙碳”目標的關鍵。

7月10日，中國電力企業聯合會發布的《中國電力行業年度發展報告2025》顯示，截至2024年底，我國全口徑發電裝機容量33.5億千瓦，其中火電中的燃煤發電11.9億千瓦、燃氣發電1.4億千瓦、生物質發電4597萬千瓦。我國電力結構仍以煤電為主，燃煤發電占總裝機容量比重為35%，但燃氣發電因其清潔性及調峰靈活性等優點，已在東南沿海城市承擔起重要角色。盡管燃氣發電的碳排放強度相較燃煤發電的低，但其燃燒過程依然產生相當數量的、以二氧化碳為主的溫室氣體排放。隨著能源轉型的深入推進和碳排放總量的剛性約束趨緊，燃氣電廠煙氣中二氧化碳的高效捕集、轉化利用及封存技術已成為行業亟待突破的瓶頸。

然而，燃氣電廠煙氣碳捕集利用之路并不平坦。相較于燃煤電廠煙氣，燃氣電廠煙氣具有二氧化碳濃度低（通常為3%～9%）、排放溫度高（原始煙氣約80℃）、流量波動大（受調峰運行影響顯著）等特征，這對碳捕集利用技術的適應性提出了更嚴苛的要求。

據了解，在各種二氧化碳的利用方式中，微藻固碳具有極高的潛力。微藻是細小藻類群體的總稱，它屬于單細胞生物，體積小、結構簡約、生長迅速，是一種廣泛分布的光合自養生物。微藻能夠高效地利用光能、二氧化碳及無機鹽，轉化為蛋白質、脂肪、碳水化合物等關鍵營養物質，同時釋放氧氣。微藻細胞內的碳含量約占細胞干重的50%，每生產100噸微藻就可以固定減排二氧化碳183噸。

微藻固碳的原理在于通過精心設計的工業化養殖設備，提升微藻的光合作用效率，進而增強其對二氧化碳的吸收能力。通過上述方法，微藻便能高效地從煙氣中捕獲并固定二氧化碳，實現固碳吸碳的目標。

橫琴熱電負責人吳貴介紹說：“傳統微藻固碳技術在燃煤電廠雖已有應用，但移植至燃氣電廠應用場景時，則暴露出三大短板。第一是土地資源制約，用于培養微藻的開放式跑道池占地規模大，傳統模式需要數千平方米，難以匹配沿海地區燃氣電廠土地稀缺的現狀。第二是固碳效率不足，傳統藻種對低濃度二氧化碳的轉化率低，且抗逆性弱，難以適應高溫、含硫化物煙氣環境。第三是系統穩定性差，燃氣電廠的頻繁調峰導致煙氣參數波動，傳統工藝難以維持微藻持續生長。”

面對這些技術困難，橫琴熱電錨定國家“雙碳”戰略，依托橫琴粵澳深度合作區“國際零碳島”定位，聯合高校科研團隊開展技術攻堅。通過投入590萬元、歷時12個月，建成占地面積僅500平方米的國內首個燃氣電廠原始煙氣二氧化碳減排轉化利用示范工程，成功驗證“集約化空間利用”與“高效生物固碳”雙路徑的可行性，破解了燃氣電廠生物固碳“經濟性差、商業化難”的痛點，相關成果榮獲由香港中華煤氣和國家電投集團聯合主辦的第二屆TERA-Award智慧能源創新大賽銀獎。

選育自主知識產權的新型藻株

“目前，關于微藻固碳過程的研究絕大多數都集中在燃煤電廠或煤化工廠的煙氣二氧化碳減排項目，針對微藻固定燃氣電廠煙氣的機理研究之前尚屬空白。”橫琴熱電微藻固碳項目負責人陸軍指出，業內缺乏對耐受燃氣電廠原始煙氣的高效固碳藻株選育的技術標準。同時，廣東地區氣候炎熱，耐受高溫的藻種較少，橫琴熱電需要專門馴化選育耐受30℃～40℃炎熱天氣且能高效固定燃氣電廠原始煙氣的固碳藻種。

為此，橫琴熱電工作人員和高校科研人員組建的項目團隊針對廣東典型高溫氣候條件，研究采用輻射誘變及分子育種等選育技術，以及基于相關功能基因表達活性和光合放氧速率測定的固碳微藻高通量篩選技術。項目團隊依靠這些技術，從燃氣電廠煙氣特性出發，進行高溫梯度馴化選育。經過大量的實驗和篩選，項目團隊最終成功篩選并培育出了具有自主知識產權的新型藻株。

該型藻株的核心優勢在于其具有耐高溫性、高效抗逆性、高固碳速率以及適于大規模化應用。相較于傳統應用于微藻固碳的藻種，橫琴熱電項目團隊培育的這一型藻株在固碳效率上實現了質的飛躍。陸軍介紹說，該型藻種每天的生產速率可達0.88克每升，這成了破解“固碳效率低、不穩定”主要瓶頸的決定性因素，也奠定了本項目技術體系能高效運行的基礎。

解決了藻株問題后，如何為藻株打造既能高效工作又節省空間的“作戰平臺”，成為項目團隊需要攻克的第二座關卡。目前，用于培養微藻的光生物反應器主要有開放式和封閉式兩類。采用開放式光生物反應器是接近自然生態系統的一種微藻固碳方式，但是存在占地面積大、容易造成藻污染、固碳效率低等問題，較難與現有發電廠的布局相匹配。而采用封閉式光生物反應器則占地面積較小，可減少微藻細胞之間的遮擋效應，能夠很好地控制運行條件，提高藻類的固碳效率。

據悉，微藻在光生物反應器中的光合自養生長是集傳質、傳熱、光傳遞和生物反應為一體的過程，光生物反應器中湍流流場分布及混合傳質直接關系到微藻的固碳速率。項目團隊通過研究光生物反應器中二氧化碳的傳遞及混合傳質機制，采用流體強制驅動等關鍵技術強化能質傳遞過程，優化光生物反應器的光能利用效率，并針對現有光生物反應器占地面積大，混合傳質差，固碳效率低的問題，鉆研二氧化碳在營養鹽、藻細胞之間的物理傳遞機制以及二氧化碳在藻細胞內生物轉化機制。

經過技術攻關，項目團隊開發出高密度、高光效、低成本、模塊化的新型立柱式光生物反應器，使得微藻固定二氧化碳的速率達到每天1.5克每升，單位面積微藻產量和固碳量達到傳統跑道池反應器性能的5～10倍，反應器占地面積僅為傳統微藻固碳設施用地的10%～20%。該技術解決了沿海地區燃氣電廠土地稀缺和臺風多發環境下的應用難題，真正為CCUS規模化、產業化推廣奠定了基礎。

延伸微藻固碳技術的產業鏈條

為了讓燃氣電廠微藻固碳技術真正走向產業化推廣，項目團隊將技術創新延伸至整個工藝流程的優化與標準化控制層面。“我們針對燃氣電廠調峰特性和原始煙氣成分，研究建立微藻高效固碳與典型環境因子交互作用的控制模型。通過研究光生物反應器規模放大過程各系統的聯動控制機制，結合工程控制手段開發出生物固碳過程的科學量化控制方法，實現微藻生長、光合效率和代謝速率的最大化。”吳貴介紹到，從而建立能適應燃氣機組調峰工況的集成耐高溫固碳藻種、立柱式反應器和關鍵運行參數等的燃氣電廠微藻固碳成套技術工藝體系，達到能耗低、控制簡單、運維簡單、啟停靈活的目標。

同時，橫琴熱電這套技術通過在線監測和智能控制，實現了微藻固碳系統連續穩定運行，最終形成穩定的煙氣輸入—微藻固碳—藻類產出的集成工藝技術包與成套裝備。這一成果證明，微藻固碳技術在燃氣電廠的應用已經從實驗室走向工程示范，并具備了清晰的產業化推廣前景和應用價值。

吳貴表示，橫琴熱電微藻固碳項目的快速建成，離不開“政府引導+企業主導+多方協同”的創新機制。作為橫琴粵澳深度合作區碳中和試點示范重點項目，該項目被列入“共建美麗中國”珠海實踐重點工程，獲得從政策支持到要素保障的全周期賦能。

珠海市生態環境局相關負責人告訴筆者，在推薦橫琴熱電微藻固碳項目的過程中，該局強化政策支持和宣傳引導，主動跟蹤對接，聯合橫琴粵澳深度合作區規劃和建設局等深合區部門主動支持、指導項目的謀劃實施和建設，積極做好相關項目要素保障。在多方協同推動下，該項目從建設到投產僅用了12個月，成為橫琴粵澳深度合作區踐行綠色發展的標志性案例。

下一步，橫琴熱電將加強微藻固碳相關應用技術的攻關，探索與橫琴中醫藥科技產業園等區域內企業的合作可能性，延伸生物固碳的產業鏈條和價值鏈條。通過深入研究微藻生物質，例如富含油脂的藻油、營養豐富的藻粉的高值化利用技術，努力在實現環境效益的同時，拓展項目的經濟效益，積極尋求更大范圍的推廣應用場景，為建設“橫琴國際零碳島”貢獻綠色科技力量。