论文标题：Optimizing Distribution of Light Irradiation in Column Reactor Array and Glass Chamber for Microalgae Carbon Sequestration Facilities

论文链接：https://www.mdpi.com/2311-5629/11/3/61

期刊名：C — Journal of Carbon Research

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/carbon

长江学者、浙江大学/重庆大学程军教授团队联合国家电投集团横琴热电公司近日在国际期刊C — Journal of Carbon Research（ISSN 2311-5629）上发表了最新研究成果（https://www.mdpi.com/2311-5629/11/3/61）。该研究针对大规模微藻固碳系统中存在的光照不足与高温抑制两大核心瓶颈，提出了反光挡板优化与通风结构创新的光温协同调控方案，为提升工业级微藻碳捕集效率与运行稳定性提供了关键技术支撑。

在 “双碳” 目标引领下，微藻固碳技术因高效、环保、能实现 CO₂资源化转化等优势，成为火力发电厂等工业场景碳减排的重要方向。柱状光生物反应器凭借高密度培养与光能利用效率优势，已成为工业级微藻固碳的主流设备，但反应器密集排布导致的光照分布不均、密闭玻璃房内热量积聚等问题，严重制约了微藻生长与固碳速率，成为技术规模化应用的主要障碍。

研究团队以实际电厂烟气 CO₂微藻减排转化利用工程为原型，基于离散坐标辐射模型与计算流体力学（CFD）仿真，系统开展了反应器阵列光照分布与玻璃房温湿度调控研究。针对光照不足问题，团队创新设计了壁面与地面组合式反光挡板系统，通过优化挡板安装角度（北墙与东墙 35°、西墙与南地 0°），将反应器阵列整体光照辐射强度提升至 916.81 W/m²，较优化前提高 14.39%；同时，将顶部玻璃替换为高透光（95%）高雾度（95%）的散光材料，将直射太阳光转化为散射光，使藻液平均光照强度进一步提升 3.7%，有效改善了反应器内部及阵列间的光照均匀性。

针对夏季高温抑制问题，团队提出四种新型通风结构方案，通过数值模拟筛选出最优的 “三入口交错式” Venlo 型玻璃房设计。该方案通过优化进风口布局与气流路径，强化了反应器阵列间的对流换热，成功将藻液温度从 52.06℃降至 46.14℃，有效缓解了高温对微藻光合系统的损伤，保障了微藻固碳性能的稳定性。

研究还深入揭示了不同季节、时段的太阳辐射分布规律，明确了反应器阵列光照强度的空间异质性特征，为光照优化方案的精准设计提供了理论依据。同时，通过分析反应器内藻液流动特性与温度场分布的耦合关系，验证了气流组织优化对散热效率的提升机制，形成了 “光照强化 - 温度调控 - 流场优化” 的协同技术体系。该技术无需依赖复杂设备与高能耗手段，仅通过结构优化即可实现固碳效率提升，具备成本低、易规模化推广的显著优势。

该研究通过光温协同优化策略，有效突破了大规模微藻固碳系统的核心技术瓶颈，所提出的设计方案与优化方法具有重要的工程应用价值，为工业级微藻碳捕集设施的设计与升级提供了直接参考。未来，随着该技术在更多工业场景的推广应用，有望进一步降低微藻固碳的规模化应用成本，为实现工业烟气 CO₂的高效减排与资源化利用提供有力支撑。

相关论文信息：

Liang, X.; Lu, J.; Chen, Y.; Zhou, G.; Tao, Z.; Hu, Z.; Liu, Y.; Liu, W.; Xu, Y.; Cheng, J. Optimizing Distribution of Light Irradiation in Column Reactor Array and Glass Chamber for Microalgae Carbon Sequestration Facilities. C 2025, 11, 61. https://doi.org/10.3390/c11030061

C 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Craig E. Banks，Manchester Metropolitan University， UK

期刊全称为 C — Journal of Carbon Research，是聚焦碳材料及碳研究的国际性、开放获取的期刊，研究范围涵盖碳材料与碳同素异形体、碳材料的性质、表征及应用，二氧化碳利用与转化，碳循环、碳捕获与储存，碳骨架等。

目前，期刊已被 Scopus、ESCI、DOAJ、CAS 等重要数据库收录。同时，根据中国科学院文献情报中心最新发布的《GoOA 2024 年 OA 期刊白名单报告》，本刊亦成功入选该白名单。

2024 Impact Factor：2.9, Q3 in Materials Science, Multidisciplinary

2024 CiteScore：3.4, Q2 in Environmental Science (miscellaneous), and Materials Science (miscellaneous)