微藻固碳光合作用强化策略及展望

随着工业技术的飞速发展和化石能源的大量使用,CO_(2)排放量逐年增加,其引起的全球变暖是全球环境和经济领域最关注的话题之一。CO_(2)捕集利用与封存技术(CCUS)是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键技术,对我国减少CO_(2)排放、构建生态文明具有重大意义。微藻具有生长速度快、对极端环境适应性强、生产成本低等优点,其介导的CCUS技术能吸收固定CO_(2)并将其转化为高附加值产品。该过程中微藻种类对确定CO_(2)固定效率和生物质产量起至关重要的作用。目前许多综述性研究都集中在利用微藻进行碳捕集、利用和储存方面,鲜见关于提高微藻碳捕集效率的最新策略相关综述。基于微藻固碳技术的发展现状,系统讨论了微藻的光合作用和固碳机理。回顾了微藻菌株固定CO_(2)最新进展,重点关注用于燃煤烟气的微藻改良和改进。全面总结了提高微藻光合效率的最新趋势和策略。随机诱变、适应性实验室进化和基因工程等几种修饰和改良微藻菌株的策略可用于产生理想的藻种。其中,基因工程不仅可截断集光复合体(LHC)的天线尺寸来提高光合效率,还可提高Rubisco的速度和选择性。通过向微藻培养物中添加纳米材料(NMs)进行干预策略,可增强CO_(2)在溶液中扩散/溶解,显著提高光系统Ⅱ(PSII)中的相对电子传输速率及微藻中活性氧(ROS)水平,从而改善对类胡萝卜素的一般光合作用。最后,明确了该技术面临的挑战和未来发展方向,提出应继续研发能耐受烟气的高效微藻固碳系统。

分批补加NH_(4)HCO_(3)对化学吸收-微藻转化耦合系统的影响

碳捕集及资源化利用对缓解全球变暖、冰川融化等环境问题具有重要意义,是实现碳中和的有效途径之一。传统的化学吸收法捕集CO_(2)能耗高,而微藻生物固定CO_(2)时,由于CO_(2)在培养基中溶解度低,导致CO_(2)逃逸,造成固碳效率低及CO_(2)二次排放。化学吸收与微藻固碳耦合系统具有潜在的降低再生能耗及提升一体化CO_(2)资源化利用优势。采用氨水作为化学吸收剂,充分吸收CO_(2)后生成的NH_(4)HCO_(3)部分替代传统微藻培养过程中的氮源NaNO_(3),为降低高浓度NH_(4)^(+)-N对螺旋藻的毒性,进一步降低耦合系统的氮源成本,采用分批补加NH_(4)HCO_(3)的形式优化氮源组成。结果表明,分批补加NH_(4)HCO_(3)可在不影响螺旋藻生长的情况下,降低NaNO_(3)总需求量,促进脂质合成。每6 d补加50 mg/L NH_(4)HCO_(3)螺旋藻的固氮率和固碳能力最高,分别为32.33%和149.24 mg/(L·d),并在第12天获得最大生物量1.30 g/L。此外,不同分批补料方式影响了耦合系统中螺旋藻后期产物的形成,每6 d补加50 mg/L NH_(4)HCO_(3)有利于螺旋藻蛋白质生产,质量浓度达889.17 mg/L;每6 d补加75 mg/L NH_(4)HCO_(3)有利于螺旋藻碳水化合物的累积,质量浓度达1632.86 mg/L。本研究通过分批补料为化学吸收-微藻转化耦合体系推广提供指导,具有一定应用前景。