生物加速硅酸盐风化反应器新概念的经济可行性研究：气候变化缓解的创新路径

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【字体：大中小】 时间：2025年06月09日 来源：International Journal of Greenhouse Gas Control 4.6

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　　为应对传统增强硅酸盐风化(ESW)技术成本高、监测难等问题，研究人员提出整合多种生物群(biota)的新型生物反应器概念，通过前瞻性技术经济评估(TEA)验证了钢渣与生物炭组合方案的经济可行性（最低固碳能力415 kgCO2 /t岩石），为碳移除(CDR)技术提供了兼具规模效益与成本竞争力的解决方案。

全球气候治理正面临严峻挑战。根据《巴黎协定》，必须将温升控制在2°C以内，而欧盟《绿色新政》进一步提出2050年实现气候中和的目标。然而，现有碳移除技术(CDR)存在明显短板：传统增强硅酸盐风化(Enhanced Silicate Weathering, ESW)技术中，原位(in-situ)方法存在泄漏风险且动力学缓慢，异位(ex-situ)工艺则因高能耗导致成本居高不下。更棘手的是，自然风化过程需数百万年才能形成有效碳汇，而人为加速风化又面临经济可行性与生态兼容性的双重考验。

在此背景下，由欧洲多国学者组成的团队在《International Journal of Greenhouse Gas Control》发表研究，首次对生物加速硅酸盐风化反应器进行系统技术经济评估。该研究创新性地提出整合细菌、真菌、蚯蚓等多类型生物群(biota)的协同作用，在温和条件下提升CO₂
封存效率。通过对比玄武岩+秸秆、辉绿岩+生物炭、钢渣+生物炭三种原料组合，发现钢渣方案在90€/tCO₂
的欧洲碳交易价(ETS)下最具经济竞争力，其关键突破在于将每吨岩石的最低固碳能力降至415kgCO₂
，较传统工艺显著降低能耗与成本。

研究方法上，团队采用五步技术经济评估框架：目标界定→市场分析→工艺流程设计（含质能平衡）→经济评价→结果阐释。实验数据按Li等(2020)的矿物利用率线性放大，选取德国作为典型案例区，重点分析资本支出(CAPEX)与运营支出(OPEX)。固碳速率参数借鉴CREW和Carbon To Stone项目的2030年预测值（38.5 tCO₂
/h），敏感性分析则锁定CO₂
封存能力、岩石用量、原料成本及物流等关键变量。

主要发现：

材料组合对比：钢渣+生物炭方案允许最大岩石用量（93吨/小时），其碱性特性与生物炭的离子交换能力形成协同效应，较玄武岩方案降低28%的固碳门槛值。
成本驱动因素：运输物流占OPEX的35-42%，而生物群引入使反应条件从高温高压降至常温常压，设备成本锐减60%。
技术可行性：文献对比显示，该方案所需固碳能力处于Frontier Climate资助项目的中位水平（200-600 kgCO₂
/t），且生物群协同作用可使反应速率提升3-8倍。

结论与展望：
该研究填补了生物辅助风化系统经济评估的空白，证实通过生物群-矿物-生物炭的"三位一体"设计，可实现每吨CO₂
90€的成本目标。特别值得注意的是，钢渣等工业副产物的利用既解决废弃物处置问题，又因其高反应活性降低预处理能耗。作者团队（Van Hee等）强调，未来优化应聚焦于：1）生物群落最佳配比实验；2）反应器传质效率提升；3）区域化原料供应链建设。这项来自欧盟"地平线2020"BAM!项目的研究，为应对气候变化提供了兼具工程可行性与经济可持续性的新范式。

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