藻基生物能源的突破：藻类生物质制氢与生物炭的工艺经济性评估

为应对化石燃料依赖导致的CO2排放问题，Aliyan Tanweer团队通过ASPEN PLUS模型对8种藻类生物质进行热解工艺研究，发现Lyngbya sp.的氢气与生物炭产率最优（16.42% exergy效率），经济分析显示25年净现值达816万美元，投资回收期仅2.05年，为可再生能源整合提供闭环解决方案。

　　

全球能源危机与气候变化的双重压力下，化石燃料燃烧释放的CO₂已成为环境恶化的核心推手。据国际能源署数据，传统制氢工艺如蒸汽甲烷重整(SMR)每生产1kg氢气伴随9-12kg CO₂排放，而藻类生物质通过光合作用固定CO₂的特性，使其成为第三代生物燃料的理想原料。然而，藻基氢能与生物炭联产技术的经济可行性和系统集成性长期缺乏实证研究。

针对这一空白，巴基斯坦工程技术大学化学工程系团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，首次将藻类热解制氢与生物炭生产纳入统一技术经济框架。研究选取淡水藻Lyngbya sp.、废水处理藻Chlorella vulgaris等8种典型藻株，通过ASPEN PLUS建立包含热解反应器、旋风分离器和氢气回收单元的全流程模型。关键技术包括：1）稳态假设下的慢速热解工艺优化；2）温度（673.15-1073.15K）与空气-生物质比的敏感性分析；3）基于净现值(NPV)和投资回收期的经济评估。

Process assumptions
研究设定系统处于稳态，忽略焦油副产物，气相产物仅含H₂、CO、CH₄等主要组分，简化了反应网络。

Sensitivity analysis
温度升高至1073.15K时，Lyngbya sp.的氢气产率提升37%，但超过973.15K后生物炭产率下降12%，揭示温度对热解路径的双重调控作用。

Conclusion

1. 高温（973.15K）下Lyngbya sp.展现最高氢气产率，其16.42%的exergy效率源于优化的热集成设计；
2. 经济模型显示项目内部收益率(IRR)达24.8%，显著优于传统生物燃料项目；
3. 藻源生物炭的氮元素含量（2.3-4.1wt%）使其兼具土壤改良与碳封存潜力，每年可固定1-35吉吨CO₂。

该研究突破性地验证了藻基生物能源闭环生产的商业可行性：通过热解工艺将1吨藻类转化为42kg氢气和280kg生物炭，相比SMR减少89%碳排放。团队提出的"热解-燃烧-氢分离"集成系统，为发展中国家实现净零碳目标提供了可扩展的模板。正如作者强调，未来需通过政府补贴（如美国NEDAASC支持模式）降低藻类培育成本，以加速该技术从实验室走向工业化。