综述：利用微藻减轻水泥行业环境影响：减排与生物水泥生产

这篇综述系统探讨了微藻（microalgae）在水泥工业绿色转型中的双重作用：通过诱导碳酸钙沉淀（Microalgae-Induced Calcium Carbonate Precipitation, MICCP）生产生物水泥（bio-cement），以及利用光合作用固定水泥窑尾气中的CO2 、NOx 和SOx 。作者提出"微藻-细菌共生系统"（Microalgae–Bacteria Consortium）可协同提升污染物转化效率，为水泥行业实现碳中和提供创新解决方案。

　　

水泥行业的环境挑战

水泥生产是全球CO₂
排放的第七大来源，每吨水泥释放866 kg CO₂
。窑尾气含11.5–30.1% CO₂
、0–500 mg/Nm³
NO_x
和0–170 ppm SO₂
，同时排放重金属（Cr、Pb、Hg等）和PM₁₀
颗粒物。这些污染物导致全球变暖、酸雨和呼吸系统疾病，儿童长期暴露于水泥粉尘会使缺勤率增加2.5%。

微藻生产生物水泥的机制

微藻通过光合作用吸收CO₂
，升高周围pH值促使Ca²⁺
与CO₃
^2-
形成碳酸钙沉淀。优势菌株如Chlorella kessleri在9天内可产25.18 g CaCO₃
，其抗压强度（16 N/mm²
）超越传统水泥。相比尿素水解细菌会释放氨污染，微藻途径更环保。关键影响因素包括：

• 钙浓度：Chrysotila carterae在57.6 mM Ca²⁺
  时产量提升35.9%
• 光照：Anabaena variabilis在30–60 μmol m^-2
  s^-1
  弱光下沉淀效率达70%
• 表面特性：具胞外聚合物（EPS）的Scytonema sp.成核效率比无EPS菌株高9%

微藻固碳技术应用

Chlorella sorokiniana SMC-14M在真实窑尾气中生物量达0.39 g/L，CO₂
去除率20–60%。Desmodesmus sp.对15.5%高浓度CO₂
的耐受性优于普通藻类，脂质含量达41.54%。创新案例包括：

• 挪威采用1600 L绿墙系统（Green Wall Panel）处理尾气
• 哥伦比亚用Chlorella sorokiniana UTEX? 1230年产2090 kg生物柴油
• 微藻多糖在100 ppm SO₂
  胁迫下仍能增加25%

细菌共培养的增效作用

硝化细菌（NOB）如Pseudomonas putida SB1将NO_x
转化为NO₃
^-
，硫氧化细菌（SOB）如Thiobacillus novellus转化SO₂
为硫酸盐。与Sporosarcina pasteurii共培养时，Chlorella sp.的CaCO₃
沉淀速率常数从0.0941提升至0.3514。细菌分泌的生长素（IAA）和维生素B₁₂
可缓解微藻的氧化应激。

现存挑战与未来方向

当前瓶颈包括：

1. 经济性：培养基成本占生产成本的60%，需开发水泥废渣替代营养源
2. 重金属风险：Chlorella emersonii对Pb的生物富集系数达3倍
3. 规模化障碍：丹麦30.1% CO₂
   浓度的尾气需定制化处理方案
   突破路径包括：

• 利用蓝藻水华（cyanobacterial blooms）天然沉淀碳酸钙
• 基因改造耐热藻株（如Galdieria sulphuraria）
• 纳米Fe₂
  O₃
  膜增强CO₂
  传质效率

该技术有望推动水泥行业从线性经济向循环经济转型，实现"碳捕获-资源化-高值利用"的闭环。韩国国立研究基金会（NRF）已资助相关中试研究（项目号2020R1A6C101A188）。