论文标题：A Review of Algae-Based Carbon Capture, Utilization, and Storage (Algae-Based CCUS)

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-5628/4/4/24

期刊名：Gases

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

一、引言

碳中和目标下，碳捕获、利用与封存（CCUS）是实现大规模碳减排、推动能源结构转型的核心技术。传统CCUS技术（物理吸附、化学吸收等）存在能耗高、二次污染风险、碳资源化率低等问题，难以实现“减排与效益”协同。藻类基CCUS依托藻类光合作用天然固碳特性，可高效吸收大气及工业烟气中的CO₂并转化为高价值生物质，兼具固碳、资源化利用、污染物净化多重优势，成为环境与能源领域研究热点。本文通过系统性文献综述，梳理藻类基CCUS核心技术路径，聚焦其固碳效率、经济性及规模化潜力，探讨产业化瓶颈及突破路径，为技术推广提供参考。

图1 图文摘要

二、文献综述范围与方法

本文采用系统性文献综述法，检索1960-2024年Web of Science、Scopus、CNKI、MDPI等主流数据库，关键词涵盖藻类基CCUS、藻类固碳、微藻碳捕获等，初步检索6195篇文献。经去重、初筛、全文质量评估，最终纳入280篇高质量研究（核心期刊论文、工程示范报告等）。采用比较阅读与分类梳理结合的方式，重点分析碳捕获、利用、封存三大环节的技术路径及优劣，确保内容全面客观。

三、分析与结果

藻类基CCUS研究自2020年碳中和议程推进后爆发式增长，研究区域集中于美国西南部、亚洲及澳大利亚，目前以实验室机理探索、工艺优化为主（占比约60%），工程化与产业化应用不足。各核心环节技术对比及现状如下：

1. 碳捕获：微藻固碳效率为陆生植物的10-50倍，适配工业烟气耦合培养，但成本高、易受污染；大型藻类可海岸带自然生长，成本低、生物量大，但生长慢、固碳效率低，受海域环境限制。

2. 碳利用：固体生物燃料（生物颗粒、生物煤）技术最成熟，可替代化石煤，但能量密度低、需控污；液体生物柴油最接近商业化，适配交通领域，但工艺复杂、成本高（中试阶段）；气态生物燃料环保性最优，但技术不成熟、规模化难。

3. 碳封存：有机封存（生物质炭掩埋、地质封存）工艺简单、成本低，但周期短、有泄漏风险；无机封存（MICP技术）稳定性高、封存周期长（千年以上），但技术复杂、成本高（小试阶段）。

此外，该技术面临共性挑战：经济性不足、规模化难度大、碳计量标准不完善，各环节亦有差异化瓶颈，制约产业化推进。

图2 藻类光合固碳过程示意图

四、讨论

基于文献梳理及技术对比，得出核心结论：

1. 藻类基CCUS绿色可持续，“固碳-资源化-封存”协同优势显著，微藻与大型藻类路径互补，适配不同应用场景。

2. 技术优化是核心竞争力，藻株改良、工艺优化可提升效率、降低成本，有机与无机封存结合可提升稳定性。

3. 跨学科融合（与物联网、基因工程等）可突破单一技术瓶颈，提升规模化潜力。

4. 与传统CCUS互补，可构建多元化碳减排体系，提升减排灵活性。

5. 政策支持与标准完善，是产业化落地的核心保障。

五、结论与展望

未来研究重点聚焦五大方向：一是培育高固碳、高适应性、高附加值藻株，重视生物安全；二是优化技术成本，推动低成本路径规模化；三是加强技术融合，构建智能化系统；四是推进工程化示范，积累应用经验；五是完善标准体系，强化政策扶持，推动跨区域跨行业协同发展。

综上，藻类基CCUS为碳中和提供重要绿色技术支撑，虽面临成本、规模化等挑战，但随着技术创新与产业协同，将逐步实现产业化转型，成为双碳目标下低碳发展的重要路径，为全球气候变化治理提供可持续解决方案。

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Ben J. Anthony来自克兰菲尔德大学

Gases（ISSN: 2673-5628）是一个国际性、跨学科的气体科学与工程领域同行评审开放获取期刊。本刊涵盖天然气、气体排放、气态污染物、（温室）气体控制及气体传感器等领域的应用科学与工程进展。

2024 CiteScore：5.4

Time to First Decision：30.9 Days

Acceptance to Publication：5.3 Days