自然力驱动的微藻培养: 开启绿色宝藏的金钥匙

微藻产业化

微藻光合作用效率显著高于陆生植物,其生物质除蛋白质、脂类、碳水化合物等主要成分外,还有多种结构特殊的化合物,在药品、保健品、食品、饲料、生物化学品、生物燃料生产方面应用前景巨大,还可以用于废水处理和二氧化碳固定,实现水体净化和碳减排。

微藻的产业化应用前景

  微藻的产业化应用将改变人类社会单独依赖陆生植物的现状,对推动食品、健康、能源、环保等各领域的技术革新和产业进步,将产生重大而深远的影响。但是,目前微藻的生产成本过高,是制约其产业化应用的短板。

  与传统农业不同,微藻培养需要将二氧化碳从排放源通过人工手段补充到微藻生长微环境中,而目前这一过程成本过高。另一方面,微藻培养用光生物反应器成本显著高于传统农业。而且,目前微藻培养投入能量过高,甚至经常高于产出能量,不但导致高成本,更成为生产生物燃料的主要障碍。因此,减少能耗和降低微藻生产成本,是当今微藻产业化的当务之急,也是重中之重。

 

微藻产业化
微藻产业化

  最近,大连理工大学迟占有教授课题组改变传统微藻培养过程中用电能驱动光生物反应器中通气和混合的老路,另辟蹊径设计了一种全新的微藻培养系统。

  该系统在培养液中添加碳酸氢钠,为嗜盐碱微藻的生长供应二氧化碳,替代了传统的通气(CO2)补碳方式。实验结果表明,嗜盐碱微藻可在高达1摩尔/升的碳酸氢钠环境下生存并高效生长。

  由于不需要复杂的通气管道系统,光生物反应器的设计和制作大大简化,一个简单的塑料袋即可作为光生物反应器用来培养微藻。这个塑料袋置于一个摇动平台上,由水力来驱动其往复运动来实现反应器中流体的混合。

 

水驱动摇动平台微藻培养系统示意图
水驱动摇动平台微藻培养系统示意图

  利用该装置进行1平方米规模户外培养,微藻生物质浓度可达1.88 g/L,与传统光生物反应器在同一水平,初步证明了该系统的可行性。使用自然力来驱动微藻培养,避免了过去通过消耗能源(主要是燃烧化石能源产生的电能)来生产能源的死循环,为微藻培养提供了新思路、新方法。而且,该系统大大降低了光生物反应器的制作成本和二氧化碳的通气供应成本,具有日常维护简单、运行成本低等优点,是极具发展前景的新型光生物反应器系统。

  值得指出的是,该培养系统并不局限于水力驱动,也可由风能、波浪能、潮汐能等自然力来驱动。迟占有教授课题组的另一项工作即是海上浮动平台微藻培养系统的开发,目前已经实现了单个光生物反应器100平方米规模的海上培养。在未来,通过制作大量此规模的光生物反应器即可实现产业化规模的培养,大量生产微藻生物质及高附加值产品。

 

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