优化燃烧后碳捕集与微藻固碳技术的可持续路径：基于能量、火用与经济性的多维度对比分析

本研究针对传统燃烧后碳捕集(PCC)技术能耗高、效率低的问题，通过Aspen HYSYS V11模拟分析了富溶剂循环(RSR)、溶剂分流(SSF)和贫蒸汽压缩(LVC)三种优化配置，并与微藻光合固碳系统进行能量-火用-经济(3E)综合对比。结果显示微藻系统火用效率达72.64%，成本仅7.17$/h，为工业级CO2减排提供了更优解决方案。

　　

随着工业革命以来化石燃料的大量使用，全球二氧化碳排放量激增，导致温室效应、海平面上升等一系列环境问题。尽管《巴黎协定》设定了2050年净零排放目标，但预计到2050年全球仍有50%能源依赖化石燃料。在这样的背景下，碳捕集与封存(CCS)技术成为实现减排目标的关键手段，其中燃烧后碳捕集(PCC)技术因其适用于现有工厂改造而备受关注。然而传统PCC系统存在能耗高、热集成不足等缺陷，而新兴的微藻生物固碳技术则展现出独特的环保优势。

研究人员通过Aspen HYSYS V11软件建立了严格的模拟系统，对传统PCC、RSR、SSF和LVC四种工艺配置进行建模，并与开放式微藻培养系统进行对比。研究采用能量平衡方程、火用分析（包含物理火用和化学火用计算）和全生命周期经济评估等方法，重点考察了吸收塔、汽提塔等关键设备的性能参数。

研究结果显示，在能量性能方面，LVC配置通过贫胺蒸汽压缩技术将热负荷从3200kW降至2353kW，但电力需求增至64.2kW；而微藻系统仅需296.2kW热能和36.38kW电力，表现最优。火用分析表明，LVC配置使汽提塔火用效率从39.7%提升至59.31%，整体系统火用效率达63.08%；但微藻系统以72.64%的火用效率全面超越所有PCC方案。经济性评估显示，SSF配置可降低1.3/h成本，而微藻系统的总成本仅7.17/h，其火用经济因子更是显著优于其他方案。

在关键设备分析中发现，汽提塔在传统PCC中贡献了74.4%的火用损，通过SSF和LVC优化后分别降至70.7%和55.7%。微藻系统则展现出完全不同的特性，其火用损主要分布在培养环节，且整体损仅为103.4kW。值得注意的是，微藻系统需要26.1公顷土地，远大于PCC的0.15公顷，这是其规模化应用的主要制约因素。

该研究创新性地将工程热力学分析与生物固碳技术相结合，证实微藻系统在小规模烟气处理中具有显著优势。研究结果为工业碳减排提供了重要参考，特别是为难以电气化的行业提供了可行的脱碳路径。未来研究可进一步探索PCC-微藻混合系统的协同效应，以及微藻基因工程改造对CO₂固定效率的提升潜力。论文发表在《Cleaner Environmental Systems》，为可持续能源转型提供了宝贵的理论依据和技术支撑。