微藻作为光能自养微生物,在生长过程中需要从环境中摄取大量CO2作为碳源,利用光能完成自身的生长繁殖。因此,利用规模化培养的微藻来处理工业废气可以有效减少CO2的排放,同时促进微藻的生长。
该技术利用光合作用固定CO2,完全与环境相和谐,同时以光能作为能源,不会对环境造成二次污染,最终得到的藻细胞还可以用来加工生物产品,同现有的CO2固定技术相比优势明显。
近些年来,针对最主要温室气体——CO2的减排,已经在世界范围内达成了广泛共识。
我国在2008年成为世界二氧化碳排放量最大的国家,2009年我国的能源消耗又增加了6.3%,二氧化碳排放量也相应增加,因此我国政府在温室气体减排方面面临前所未有的国际压力,可持续发展面临新的挑战。因此,无论是出于对环境问题的考虑还是对我国未来经济发展的考虑,我们都应当着力发展更高效的CO2减排技术,对CO2进行固定并加以利用,为全人类造福,也为我国未来赢得更大的发展空间。
近年来国内外针对CO2固定技术进行了大量研究,可以将现有的技术手段分为物理封存与化学吸收两大类。
物理封存主要是深海注射与地质封存,该方法虽然容易实现但却只能将危机向后推延,无法真正解决问题。被封存的CO2可能随着时间的推移逐渐释放到大气中,还可能在地下与矿物质发生反应影响地质结构甚至影响地下生物群落,造成无法预知的隐患。
化学方法目前应用较广泛,但是却存在一些共性的技术缺陷。主要表现在需要高浓度的CO2、压缩气体的传输成本较高、以及能耗较高等。此外,化学固定手段如果处理不当还可能造成环境的二次污染。
近年来,CO2生物固定技术受到了越来越多的关注。在自然界中,光合作用对CO2的利用是地球上CO2固定的最主要形式,在碳循环中起决定作用。因此,利用生物方法固定CO2既与环境相和谐,又可以通过光合作用来生产多种产品。生物方法对CO2的固定可以分为绿色植物与光合微生物两类,由于绿色植物单位面积的种植量较低而且生长缓慢,因此尚不具备工业化潜力。而以微藻为主的光合微生物则表现出了明显的技术优势:①微藻的生长速率和培养密度远远高于其他绿色植物;②微藻CO2固定技术能够实现碳元素完整的循环;③微藻通过光合作用固定CO2的同时能够生产出许多生物产品,这些产品存在于菌体中或培养液中,依靠现有的技术就能够加以利用,经济效益明显;④比起化学固定方法,微藻CO2固定技术不需要吸附剂、大的反应器,也不存在解吸工序,因此能耗和成本更低;⑤CO2的生物固定技术可以同生物燃料、废水处理等其他工业应用相结合,带来更高的效益。因此,微藻CO2固定技术以其环保、经济、高效、符合自然界循环特点等优势有着高度的工业化潜力。
本课题从微藻的高密度培养入手,确定了适宜的藻种培养条件,研究了藻种对不同环境的耐受性,提高其对CO2的固定效率,为该技术提供新思路,同时为其规模化应用奠定基础。
第十二届“挑战杯”作品 三等奖
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