微藻与废弃物协同转化：利用小球藻固定CO2提升水泥生产能源效率的创新研究

本研究针对水泥行业高能耗与碳排放问题，创新性地将废弃物（塑料P、纺织品T、轮胎A等）与固定CO2的小球藻（Chlorella vulgaris, Cho）残渣混合，通过TG-MS-FTIR、MCC等技术评估其热解特性。结果表明，15-45% Cho混合可显著提升燃烧效率（如30Cho-P的HRC达最高），同时减少残渣量（最低12.82%），为水泥工业提供可持续替代燃料方案。

　　

在全球气候变暖与化石燃料枯竭的双重压力下，水泥工业作为高耗能（每吨消耗3-4 GJ）且贡献5%全球CO₂排放的行业，亟需可持续解决方案。传统废弃物（如塑料P、轮胎A）虽具能源潜力，但单独利用时存在燃烧效率低、残渣多等问题。与此同时，微藻（如Chlorella vulgaris, Cho）因其高效CO₂固定能力（光生物反应器捕获）和快速生长特性，成为第三代生物燃料的焦点。然而，其高含水量（需<50%）限制了直接应用。如何将两类资源协同转化，成为破解能源与环境困局的关键。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Materials Today Sustainability》发表研究，系统评估了Cho与5类废弃物（P、T、A、C、G）混合的热化学行为。通过热重分析（TGA）、微尺度燃烧量热法（MCC）及TG-MS-FTIR联用技术，揭示了混合比例对燃烧效率、残渣量与气体排放的影响规律。

关键技术方法
研究采用扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析废弃物形态与元素组成；通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）鉴定官能团；利用TGA在空气/氮气中（10°C/min升温）评估热稳定性；MCC（1°C/s升温至750°C）测定HRC、THR等燃烧参数；结合质谱（MS）与FTIR在线监测分解气体。样本包括废旧轮胎（Michelin产）、铁路枕木（来自Iasi地区）及光生物反应器收集的Cho残渣。

研究结果
3.1 形态与成分表征
SEM显示Cho呈团聚结构，EDX检出其富含P（9.89%）和Ca（7.79%）。ATR-FTIR证实纺织品含棉与合成纤维（C-C-O峰），轮胎含磺酸基（1070 cm^-1），Cho在1738 cm^-1处显示脂质C=O键。

3.3 热重分析
空气氛围下，15%Cho-G混合使残渣减少3-5倍（22.28%→4.67%），30%Cho-A的T_s（统计耐热指数）降低60°C。氮气中，30%Cho-C的纤维素分解峰（355°C）与Cho脂质峰（400°C）叠加，显示协同效应。

3.4 MCC分析
30%Cho-P的HRC达最高（321 J/g·K），残渣为0%；15%Cho-T的THR提升30%。非加和参数λ显示30%Cho-C的HRC实验值比理论值高17%，证实Cho催化作用。

3.5 气体排放特征
TG-MS-FTIR联用发现CO₂为主排放物（m/z=44峰），轮胎混合气含SO₂（1450 cm^-1），纺织品释放NO/NO₂（1900 cm^-1）。30%Cho-A的CH₄释放量比单组分高1.8倍。

结论与意义
该研究首次阐明Cho与废弃物的协同热解机制：Cho的金属元素（如Ca、Mg）催化碳氧化，降低反应温度（T_s减少29°C），同时提升HRC（最高321 J/g·K）。优选配方（如30%Cho-P）可实现零残渣与高能量回收，为水泥窑炉替代燃料提供理论依据。此外，Cho的CO₂固定功能使该技术兼具碳减排潜力，推动“废弃物-微藻-能源”闭环体系的工业化应用。