产油嗜碱绿球藻MC-1的烟气适应性

为了降低微藻产油成本和减少温室气体的排放,利用煤炭烟气培养一株具有pH快速漂移和高碱适应特性的产油微藻Chlorococcum alkaliphilus MC-1.首先于15L光生物反应器中分三组(空白组、CO2组和烟气组)进行小体积培养实验,然后在24 m2开放式跑道池中进行放大培养,研究了微藻MC-1对烟气培养的适应性.结果表明,在光生物反应器培养实验中,烟气组的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:(1.02±0.07) g/L、(0.12±0.02) g/(L·d)、(37.84±0.58)％和(0.20±0.02) g/(L·d),比CO2组分别提高了36％、33.33％、15.34％和33.33％.在开放式跑道池培养实验中,烟气与纯CO2的培养效果相似,烟气培养下的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:147.40 g/m2、14.73 g/(m2·d)、35.72％和24.01 g/(m2·d);烟气培养产出的藻粉中有毒重金属Pb、As、Cd和Cr的含量均低于国家限量标准.实验同时测定了烟气培养下藻液对烟气中CO2、NO和SO2的吸收效果,结果显示,在光生物反应器和开放式跑道池培养中此三种气体的平均吸收率均高于以往研究结果.上述结果说明,该藻能适应烟气培养条件,耦合微藻MC-1产油与烟气减排的室外放大培养是可行的.     

利用乙醇发酵副产CO2培养富含淀粉亚心型四爿藻作为其补充原料

建立了乙醇发酵耦联微藻培养系统,研究了利用酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae乙醇发酵副产CO2为碳源,培养富含淀粉的亚心形四爿藻Tetraselmis subcordiformis,作为乙醇发酵补充原料的可行性。在连续光照培养条件下,间歇式培养7 d,反应器中藻细胞密度达到2.0 g/L左右,胞内淀粉含量约45％。微藻细胞收集后,经超声处理和酶法水解,葡萄糖释放量为胞内淀粉总量的71.1％。S. cerevisiae发酵微藻生物质水解液生产乙醇,其得率达到理论值的87.6％。表明乙醇发酵耦联微藻培养可行,既减少了CO2向环境的排放,又收获了富含淀粉的微藻生物质作为乙醇发酵的补充原料,节省粮食类淀粉质原料的消耗。     

利用微藻固定CO2实现碳减排的研究进展

CO2减排是目前社会经济发展所面临的重大环境问题之一,如何高效、绿色地进行减排已成为各国科研工作者关注与研究的热点。利用微藻技术进行减排符合碳循环规律,显示出很好的应用前景。本文结合笔者近年在利用微藻技术进行碳减排方面的研究工作,从固定CO2的微藻选育、微藻的培养、微藻减排在光生物反应器方面的开发以及CO2减排与污水深度处理及高价值生物质生产的耦合等4个方面对近些年来国内外在利用微藻技术实现CO2减排方面的研究情况进行了归纳与评述,并对前景进行了展望。     

生物技术研究引领中国微藻产业发展的六十年:回顾与展望

微藻是单细胞放氧光合作用微生物.据记载,早在1500年前的晋代,中国人就有食用微藻的传统,并尝试将其作为中药治疗疾病. 1959～1962年的三年困难时期,党和国家鼓励科学家开展小球藻替代粮食的研究,微藻生物技术开始得到发展. 20世纪80年代的"把螺旋藻作为全民蛋白质的补充"国家战略,为微藻生物技术的进步注入了创新活力.随着藻种选育技术、跑道式和管道式反应器的进步,以及微藻培养方式的根本性创新,我国的螺旋藻、小球藻、雨生红球藻和裸藻生物量接连取得根本性的突破,中国成为世界最大的微藻生产国.我国微藻生物技术研究将在引领产业降低生产成本、提高生产规模和效益的同时,引导建立微藻精准应用及环境治理的生物经济新模式.     

利用烟道气培养微藻的机制与应用

微藻生物柴油是唯一有潜力代替传统化石燃料解决交通用油问题的可再生生物能源,但其产业化主要受到微藻培养高成本的制约。工业废气(烟道气)不仅含有大量CO2,还含有硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)。因此,利用烟道气培养产油微藻既可以降低微藻生物柴油的生产成本,又可以减少温室气体和污染气体的排放。综述了微藻液体悬浮培养系统吸收、转化CO2、SOX和NOx的机理和利用烟道气培养微藻的研究与实践,基于微藻细胞具有高效吸收、转化CO2、SO2和NOx的能力,提出了建立微藻产油、固碳、脱硫、除硝一体化模式来帮助解决当前能源和环境问题的设想。     

微藻生物能源的产业化进程及其在CO2减排中的应用进展

基于微藻能源的第三代生物燃料,是一种通过微藻的光合作用积累生物量和油脂而获得的新型清洁生物能源。微藻是由阳光驱动的细胞工厂,它可以在常温常压下实现对CO2的高效吸收,通过微藻细胞高效的光合作用,将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能,并释放出O2。将就生物能源、微藻生物能源及其在CO2减排中的应用和产业化进程进行总结和展望。     

二氧化碳减排产柴油微藻培养体系研究进展

污水资源化、二氧化碳减排及微藻生物柴油是当前能源与环境领域的前沿课题。以下围绕污水及烟道气资源化培养产油微藻的培养体系,就藻种、营养条件、培养方式、培养环境及微藻生物反应器等影响产油微藻培养的因素研究进展进行了综述。在综述的基础上提出：由于微藻具有特殊营养方式,通过藻种筛选、微藻营养条件和培养环境的优化以及高效光生物反应器和生产工艺等的创新,可利用污水进行产油微藻生产,以获得生物柴油等高附加值产品,实现微藻生物能源、污水资源化处理和CO2减排三者高度耦合的产油微藻生产体系,从而减少微藻培养费用及污水处理费用,因此,该体系具有重要的环境、社会、经济价值和商业化应用前景。     

微藻采收方法的研究进展

微藻的生产过程可以实现能源生产、废水净化和CO2减排的高度耦合,在能源危机日益紧张、环境问题日趋严峻的今天,微藻的开发利用具有重要的研究价值和经济、社会效益。制约微藻产业化的瓶颈问题是采收成本过高,一种经济合理的采收方法不但可以大大降低生产成本,还可以奠定微藻产业化发展的基础。本文对目前应用较为普遍的微藻采收方法进行了介绍,重点阐述了絮凝法采收微藻,以期对微藻的低成本高效率采收以及产业化发展提供帮助。     

CO2对转基因鱼腥藻生长的影响

为了进一步探索转基因鱼腥藻高密度培养的方法,在小型气升式反应器中研究了CO2对转基因鱼腥藻7120培养的影响。结果发现转基因鱼腥藻培养过程中通入5％ CO2能促进藻细胞生长,12d生物量提高7．44％,由于光照限制,不能大幅提高15d收获生物量,但生长周期能缩短近20％;而高浓度(10％)的CO2抑制转基因鱼腥藻的生长。CO2是通过调节pH值和影响碳源利用来影响藻细胞生长的,合适浓度的CO2有利于转基因鱼腥藻的培养。     

活体微藻吸附水体中Cd2+的性能特征

【目的】藻类对重金属吸附和吸收是重金属进入食物链的重要渠道之一。研究活体微藻对水体中Cd~(2+)的吸附性能和吸附机理,旨在为Cd~(2+)等重金属离子进入水体后的去向及去除提供理论依据。【方法】选取地表水普遍存在的4种微藻:钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)作为试验材料,通过室内模拟实验,利用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)3种等温吸附模型,研究4种活体微藻对Cd~(2+)的吸附规律及吸附参数。【结果】4种微藻对水体Cd~(2+)吸附均可以用Langmuir、Freundlich和D-R模型描述,其中用Langmuir模型拟合钝顶螺旋藻、Freundlich模型拟合小球衣藻、D-R模型拟合铜绿微囊藻和四尾栅藻的吸附效果最佳。四尾栅藻对Cd~(2+)的吸附量最高,而钝顶螺旋藻对Cd~(2+)的吸附量最低,但与Cd~(2+)的亲和力最强,4种微藻吸附Cd~(2+)主要是以离子代换为主的化学吸附。【结论】微藻对Cd~(2+)均有较强的吸附能力,会引起以微藻为食的水生动物Cd~(2+)富集;微藻也是去除水体Cd~(2+)的潜在吸附剂原料。