微藻固碳养殖分离循环系统及使用方法与流程

本发明是关于一种微藻固碳养殖系统，尤其是指搭配二氧化碳吸收设备的微藻固碳养殖循环系统，及其使用方法。

背景技术：

1、碳足迹(carbon footprint)是指一活动(activity)或一产品由自然资源取得或产生的原物料到最终处置的整个生命周期过程所直接与间接产生的二氧化碳排放量。由于大量二氧化碳排放会造成温室效应，排放的废气使温室气体含量增加，强化了温室效应，造成全球暖化，使极端气候增加、旱涝频繁发生，极寒酷热气候常态化，影响全球农作物收成、南北极冰原溶解、海平面上升，严重影响生态和环境。欧盟已宣布在2050年达成净零碳排，并通过开征碳关税来控制进口货品的碳足迹。因此，减少排放占温室气体中主要成分的二氧化碳已经是全球努力达成的目标。

2、人类为控制温室气体的排放，采用各项新的减排技术，包括各种绿能应用、再生能源等等。虽然可以通过前述减排技术减少碳排放，但是针对已经产生的二氧化碳，目前人类只能仰赖自然碳汇，如海洋固碳或植物行光合作用固碳，而目前唯一能使用的人工技术就是碳捕捉、应用与封存(carbon capture,utilization and storage，ccus)，但是碳捕捉封存已经被确认能耗过高，且封存的安全性堪虑。

3、其中，工厂所排放的废气中的二氧化碳虽可直接利用喷淋碱液进行吸收，然而此方法会生成大量弱碱液，而大量弱碱液的排放亦会造环境问题，且若每次喷淋须提供新鲜的碱液将造成处理成本的增加、且未能有效降低碳足迹。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术中降低二氧化碳排放的方法虽然吸收了二氧化碳却会增加弱碱液的排放而造成环境的污染，且须不停供应新鲜碱液，无法有效降低处理废弃成本，本发明的目的在于有效利用吸收二氧化碳后产生的弱碱液供应藻类培养，藻类快速行光合作用后，消耗二氧化碳而代谢出氢氧根离子，使藻类培养液ph上升至(ph 9～11)，经分离成藻后，碱性过滤液可重新供给作为用于吸收二氧化碳的喷淋液。

2、为达前述目的，本发明提供一种微藻固碳养殖分离循环系统，其包含：

3、一碳源提供部件，其具有一气体导入管、一碱液喷淋单元及一水溶液导出管，该碱液喷淋单元与该气体导入管及该水溶液导出管相连通；其中，该气体导入管用以将一含有二氧化碳的气体导入该碱液喷淋单元，该碱液喷淋单元提供一碱性水溶液以吸收该气体包含的二氧化碳，以得到一处理后的气体以及一弱碱水溶液，该水溶液导出管用以将该弱碱水溶液导出；

4、一微藻培养部件，其具有一养殖池及一成藻液排出管，该养殖池与该碳源提供部件的该水溶液导出管及该成藻液排出管相连通；其中，该养殖池用以将一微藻液培养至一成藻液，该成藻液排出管用以将该成藻液排出；

5、一成藻暂存部件，其具有一光电转换单元、一抽水机组、一抽蓄管路、一储水槽及一成藻液导流管；该抽蓄管路连通该微藻培养部件的该成藻液排出管及该储水槽，该储水槽与该成藻液导流管相连通；其中，该光电转换单元提供电源使该抽水机组将该成藻液经由该抽蓄管路输送至该储水槽，该储水槽设置于该微藻培养部件的该养殖池的上方，该储水槽与该养殖池具有一高度差；以及

6、一成藻分离部件，其具有一过滤单元及一滤液排出管，该过滤单元与该成藻暂存部的该成藻液导流管及该滤液排出管相连通，该滤液排出管与该碳源提供部分的碱液喷淋单元相连通；其中，该过滤单元用以将该成藻液分离，以得到一滤液以及一经分离的成藻，该滤液排出管用以将该滤液导入该碳源提供部件的碱液喷淋单元，且该成藻分离部件的过滤单元的垂直高度高于该碳源提供部件的碱液喷淋单元的垂直高度。

7、依据本发明，当本发明设置成与工厂排气管相连接或直接将空气引入、导入含有二氧化碳的气体进行二氧化碳的减量排放处理时，借由水溶液导出管将吸收完二氧化碳的弱碱液导入微藻培养部件的养殖池中，可有效利用吸收二氧化碳后所产生的弱碱液，而不会造成环境污染，且微藻成熟后的成藻可经过成藻分离部件收集成藻，并将分离成藻后产出的滤液重新导流至碱液喷淋单元作为吸收二氧化碳的碱液，使碱性溶液能循环利用，节省新鲜碱液的供应，减少制备用于吸收二氧化碳的碱液碳足迹，例如：生产氢氧化钠的碳排放。此外，本发明利用抽水机组将光电转换单元提供的电能转换为位能储存于储水槽中以将成藻液导流至过滤单元上，而此能量储存方式可避免使用太阳能蓄电池而增加额外的碳排放，并且可维持系统全天持续运作。本系统借由位能串接，达到节能的目的。利用光电设备产生绿电，带动抽水机组将养殖池的成藻液(ph 9以上)，抽到高位置的储水槽，因光电转换单元(例如可为一光电板)只在有光时才能产电带动抽水机组抽水，利用有阳光时将电能转化成位能，然后依序将成藻液导入中位置的自动滤取成藻的成藻分离部件的过滤单元，而分离收集成藻后的滤液再导流至低位置的碱洗二氧化碳的碳源提供部件的碱液喷淋单元，经过碱液淋洗气体中的二氧化碳，能使淋洗液大量溶解捕捉空气中的二氧化碳，淋洗液的碱度也因为吸收捕捉了空气中的二氧化碳，ph降至8左右，将此捕捉完二氧化碳产生的弱碱液自然流到培养藻类的养殖池，提供水中微藻生长的大量碳源。整个系统唯一的动力来源是由太阳能所产生的动力，借由电能转化成位能，能维持系统24小时连续运作不需要额外提供动力，达到节能固碳的效果。

8、较佳的，前述微藻固碳养殖分离循环系统为一全自动循环系统。

9、较佳的，含有二氧化碳气体的来源为火力发电厂、钢铁厂、水泥厂、石化厂、炼油厂、造纸厂、或供暖厂等燃烧煤、天然气或燃油所产生的废气，但不限于此。

10、依据本发明，该养殖池可以是一开放式养殖池或一密闭式养殖池。较佳的，养殖池为一自然环境水池。相较于人工的光反应池，自然环境水池可以具有更大的规模，并且降低成本也降低制造人工光反应池的碳足迹。而自然环境水池例如可为封闭的池塘或是更大规模的废弃盐田或无法耕种的盐滩地。只要光照充足，海水或淡水都能养殖适当的微藻，例如：小球藻适合淡水养殖，蓝绿藻或硅藻等可用海水养殖。

11、依据本发明，所述养殖池因其中藻类进行光合作用，将光能转化成有机物(醣类)中的化学能，因此养殖池又称为光反应池。

12、较佳的，该过滤单元包含亲水性熔喷不织布，其具有彼此黏附的多个熔喷纤维，以及由所述熔喷纤维之间所形成的多个孔洞，其中，所述熔喷纤维的材质为亲水性材料，且该亲水性材料具生物可分解性，所述孔洞的平均孔径为0.1微米至10微米。因该熔喷不织布是由亲水性材料所制成，当水体中的水分子与之接触时可破坏水分子之间的氢键，而让水分子不会互相聚集形成水滴而能通过由多个熔喷纤维之间所形成的多个孔洞，同时可将粒径大于所述孔洞的成藻挡在孔洞上，以达到不必另外施加压力即能过滤水体中成藻的效果。再者，因该亲水性熔喷不织布是使用具有生物可分解性的材料制成，故在废弃时，还可于自然环境下降解，符合环保需求。

13、较佳的，前述熔喷纤维的材质，即亲水性材料包含：聚乳酸(polylactic acid，pla)、聚乙醇酸(polyglycolic acid，pga)、聚丁烯己二酸对苯二甲酸酯(poly(butyleneadipate-co-terephthalate)，pbat)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，pva)及其组合。由于pla及pga为生物可分解的材质，因此当熔喷不织布的孔洞被堵塞、过滤效果降低时，由pla、pga材质制成的亲水性熔喷不织布可经自然分解而不会造成环境的问题。

14、依据本发明，pla可为高光学纯度的pla、中光学纯度的pla或低光学纯度的pla。其中，高光学纯度(95％至99.9％)的pla的熔点为160℃至180℃；中光学纯度(90％至94.9％)pla的熔点为130℃至160℃；低光学纯度(90％)的熔点为110℃至130℃。

15、较佳的，所述孔洞的平均孔径为0.1微米至2微米。

16、在本发明的一实施例中，所述熔喷纤维之间所形成的多个孔洞的平均孔径为0.1μm至5μm。更佳的，所述熔喷纤维之间所形成的多个孔洞的平均孔径为0.1μm至2μm，再更佳的，所述熔喷纤维之间所形成的多个孔洞的平均孔径为0.5μm至2μm。再更佳的，所述熔喷纤维之间所形成的多个孔洞的平均孔径为0.2μm至0.8μm。由于最小的微藻－小球藻(chlorella sp.)的直径约为2μm至5μm，因此具有前述平均孔径的亲水性熔喷不织布可用于过滤搜集微藻，使水分子通过前述亲水性熔喷不织布的多个孔洞，并将微藻阻挡于所述多个孔洞上。

17、较佳的，所述亲水性纤维为天然纤维。例如：植物纤维、动物毛呢纤维、矿物纤维。而植物纤维包括，但不限于，棉或麻。

18、较佳的，该微藻可为蓝绿藻(cyanobacteria)、葡萄藻(botryococcus braunii)、小球藻(chlorella sp.)、隐甲藻(crypthecodinium cohnii)、细柱藻(cylindrothecasp.)、杜氏藻(dunaliella primolecta)、等鞭金藻(isochrysis sp.)、单肠藻(monalanthus salina)、微小绿藻(nannochloris sp.)、拟球藻(nannochloropsis sp.)、新绿藻(neochloris oleoabundans)、菱形藻(nitzschia sp.)、三角褐指藻(phaeodactylum tricornutum)、裂殖壶菌(schizochytrium sp.)、司西扁藻(tetraselmissuecica)、极大节螺藻(arthrospira maxima)或钝顶节螺藻(arthrospira platensis)。

19、较佳的，该碱液喷淋单元与该含二氧化碳气体导入管之间设有一淋洗单元。

20、依据本创作，该碱性水溶液的ph值为9至14，该弱碱水溶液的ph值为8至8.5。

21、较佳的，该碱液喷淋单元所喷淋的碱液为氢氧化钠水溶液。较佳的，该水溶液导出管所导出的水溶液是碳酸氢钠水溶液。

22、较佳的，该碳源提供部件的垂直高度高于与该养殖池的垂直高度，而能使碳源提供部件中捕捉完二氧化碳产生的弱碱洗液自然流入培养藻类的养殖池，以提供水中微藻生长的大量碳源。

23、较佳的，该储水槽与该养殖池的高度差为2米至10米。更佳的，该储水槽与该养殖池的高度差为5至8米，虽然两者高低落差越大效果更好，然而相对地所需设置的抽水动力就需要越大，设备成本就越高，碳足迹也相对提高。

24、较佳的，该储水槽的垂直高度高于成藻分离部件的垂直高度。

25、依据本发明，该成藻分离部件的过滤单元的垂直高度高于碳源提供部件的碱液喷淋单元的垂直高度。而能让过滤单元分离成藻液所得该滤液利用重力自然落下进行喷淋。

26、较佳的，该储水槽具有一满水位停止阀。

27、本发明另外提供一种使用所述微藻固碳养殖分离循环系统的方法，其包含以下步骤：

28、将一含有二氧化碳的气体导入该碳源提供部件的碱液喷淋单元以进行二氧化碳吸收步骤，以产出该弱碱水溶液，该弱碱水溶液包含碳酸氢根；

29、将该弱碱水溶液导入该微藻培养部件，进行微藻固碳养殖步骤，产出一成藻液；

30、将该成藻液抽蓄至该成藻暂存部件的该储水槽中，得到一暂存的成藻液；

31、将该暂存的成藻液导流至该成藻分离部件，进行成藻分离步骤，得到该经分离成藻及该滤液，并将该滤液导入至该碳源提供部件的该碱液喷淋单元。

32、较佳的，所述进行二氧化碳吸收步骤之前，更包含以下步骤：将该含二氧化碳气体以水进行淋洗，其可沉降所述气体中的细悬浮微粒，不仅可减含二氧化碳气体中所含的细悬浮微粒，也可避免细悬浮微粒黏附于运输气体的通道。

33、本发明的优点在于借由含碳酸氢根水溶液导出管将吸收完二氧化碳的弱碱液导入微藻培养部件的养殖池中，可有效利用吸收二氧化碳后所产生的弱碱液，而不会造成环境污染，且微藻成熟后可经过成藻分离部件收集成藻，并将分离成藻后产出的滤液重新导流至碱液喷淋单元作为吸收二氧化碳的碱液，使碱性溶液能循环利用，节省每次新鲜碱液的提供，减少制备用于二氧化碳吸收的碱液，例如：生产氢氧化钠的碳排放并同时降低成本、降低碳足迹。此外，本发明利用抽水马达及抽蓄管路将光电转换单元提供的电能转换为位能储存于储水槽中以将成藻液导流至过滤单元上，而此能量储存方式可避免使用太阳能蓄电池、而增加额外的碳排放。

34、不仅如此，本发明针对节能的碳捕捉及去化捕捉到的大量二氧化碳进行生物能固碳应用。全系统结合碳捕捉及生物转化固碳，同时达到节能效果。将大气中或烟道气中已产生的二氧化碳从空气圈(air-phase)大量捕捉转化到水圈(water-phase)，最后利用微藻快速行光合作用将捕捉下来的二氧化碳大量进入生物圈(bio phase)，利用本系统自动节能的取藻系统，将固碳产生的大量微藻滤取后，可制成大量饲料(小球藻粗蛋白含量高达51％，蓝绿藻粗蛋白含量高达60％)，经由本发明的系统，能大量将已产生的二氧化碳温室气体，高效率从空气中移除、快速增加净碳汇速度，并能将二氧化碳转化成人类可食用的食物，且加速自然界快速碳循环速度，真正达到二氧化碳捕捉再利用的效果。因此本发明可大幅减低碳排放。