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解决NOX新方案 能源微藻应用于工业烟气生物脱硝

传统的烟气脱硝方法能耗大,存在安全性问题并造成二次污染。微藻生物量中氮元素含量高达细胞干重的7-12%,其规模化培养可利用工业烟道气中高浓度的氮氧化物(NOx)。通过能源微藻的培养,不仅可以脱去工业烟气中的NOx,降低环境污染,同时可以提供生物燃料的原料、生产高附加值产品

首先,基于工业烟气生物脱硝中藻种对高浓度亚硝酸盐耐受性及适应性的需要,开展了NOx高耐受性藻种筛选。研究发现,不同微藻藻种对高浓度NOx的耐受性具有种间特异性,而大多数小球藻属种类对高浓度亚硝酸盐具有良好的耐受性,进一步的生理机制研究发现其适应性通过胁迫、适应和利用三个步骤实现(Li et al. 2016)。 

  随后,通过利用自主发明的高效光生物反应器(中国发明,授权号2.X)对小球藻在工业NOx环境下的生物脱硝能力进行了验证,在获得高生物量和细胞油脂含量的同时,达到60%烟气脱硝率,证明了微藻在工业烟气生物脱硝领域的潜在应用价值(Zhang et al. 2014b)。提出了微藻生物脱硝、高附加值产品生产与生物柴油制备的联合生产工艺Ver1.0 (中国发明,授权号2.X)

《中国科学报》:对很多人而言,“微藻”是个很陌生的词,能否简单介绍一下?

陈峰:微藻的营养价值极高,富含蛋白质、类胡萝卜素、DHA、EPA等多不饱和脂肪酸、功能性多糖、维生素及微量元素等成分。以螺旋藻为例,其蛋白质含量高达60%至70%,比大豆、牛肉、鸡蛋等蛋白质含量还高出数倍,因而其在食品工业领域的应用极为广泛。

此外,微藻也有着可观的保健医疗价值,其中含有的DHA是神经系统细胞生长及维持的一种主要元素,是大脑和视网膜中的重要构成成分,对发育期婴幼儿的视力和智力发展极为关键,因此在婴幼儿食品和保健品中广泛使用。同时,这种成分还对心血管疾病有着特殊的预防和治疗效果,在抗动脉硬化、抗血栓、抗炎症、调节免疫机能、改善大脑学习与记忆能力等方面都有很好的作用。

《中国科学报》:微藻似乎也是生物能源研发领域的一大热门,是这样吗?

陈峰:的确是。某些微藻在一定条件下可以积累大量油脂,可谓地球上含油量的生物。并且,微藻油脂的主要成分是中性酯,是制备生物柴油的理想原料,所以近年来国内外不少研究者都在尝试利用微藻生产生物柴油。

但目前微藻生物能源的产率还较低,成本较高,仍然难以跟石油竞争。要使微藻油脂制备生物柴油具有竞争力,必须突破产率及规模的瓶颈,做到高效率、低成本。

《中国科学报》:那么,我国目前微藻研究的现状如何?

陈峰:从生物技术角度来看,微藻真正的应用研究距今仅有六十几年的历史,我国工业生产方面和国际水平相比并不存在什么差距,但从机理性和基础理论研究方面还有所欠缺。如何根据微藻的生理学特性,发现不同的生理学表征或响应,来制定出不同的生产策略;如何从分子生物学角度研究其代谢机理、遗传学、转基因工程等等,都是我国值得努力突破的地方。

另外据统计,目前已知的微藻种类有3万到5万种,但实际工业化应用的不超过20个品种。因此,在监管部门严格控制安全及质量的前提下,我们应该开放思想,大胆批准尝试新品种,采用新技术,不应只把眼光停留在传统的藻种研究和应用上。