日前，大連理工大學生物工程學院遲占有教授（chizhy@dlut.edu.cn）團隊應用“碳池”技術，突破了微藻高效利用空氣中低濃度二氧化碳的技術瓶頸，為大幅度降低微藻生產成本、促進產業(yè)化應用提供了新思路。
該成果論文：Efficient CO? capture from the air for high microalgal biomass production by a bicarbonate pool.（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212982019309163）發(fā)表在低碳技術領域權威期刊《Journal of CO? Utilization》上, 第一作者為朱陳霸博士。
研究結果顯示，在10.0-12.5超高pH下利用高濃度碳酸氫鹽/碳酸鹽形成“碳池”，晚上高效“充碳”，白天高效用碳，螺旋藻生物質產率可達1.0 克每升每天，且固定無機碳來源于空氣的比例高達100%。
作為光合作用微生物，微藻比高等植物具有更高的生長速率、光合作用效率、CO?固定效率、以及油脂產率，而且微藻培養(yǎng)不占用寶貴的耕地資源。因此，微藻在生物燃料和生物化學品生產、碳減排、水產養(yǎng)殖、廢水處理、航天等各產業(yè)領域都有巨大應用潛力，但過高的生產成本限制了其產業(yè)應用。
與高等植物從空氣中無成本獲得二氧化碳不同，傳統(tǒng)微藻培養(yǎng)過程一般需要人工通入高濃度二氧化碳，供碳成本高，利用率低，是造成微藻生產成本過高和光生物反應器放大困難的根本原因。因此，開發(fā)低成本、高效率的供碳技術對大幅度降低微藻生產成本、促進其產業(yè)化應用至關重要。
利用陽光生長時，微藻碳供應和碳利用存在不同步的矛盾：空氣中二氧化碳從氣相傳遞到培養(yǎng)液中速率有限，供碳形式是“細水長流”，但該過程一天24小時都在進行；而微藻對二氧化碳的高效利用僅發(fā)生在陽光充足且溫度適宜的情況下，碳消耗非?？欤毸L流的碳傳質速率難以滿足，供碳成為限制性因素，導致陽光能量的浪費。傳統(tǒng)微藻培養(yǎng)過程持續(xù)通入高濃度CO?氣體，但利用效率不足5%，大部分逃逸到空氣中。
針對上述問題，遲占有教授課題組利用高濃度碳酸氫鹽/碳酸鹽形成“碳池”，成功解決了碳傳質和碳利用不同步的矛盾，高濃度碳酸氫鹽在陽光充足時可以高效供碳，微藻光合作用消耗二氧化碳導致pH上升（>10），而超高的pH大大加快了二氧化碳從空氣到液相的傳質速率，從而形成了夜晚高效“充碳”，白天高效用碳的理想模式（如圖1）。
壓縮空氣為微藻供碳需要消耗很多能量，幸運的是，這可由自然能量驅動。
例如，利用漂浮裝置，波浪能可以用于壓縮空氣（圖2b），結合遲占有教授團隊此前開發(fā)的波浪驅動漂浮式光生物反應器（圖2a），有望構建完全由自然能量驅動的低成本海上微藻生產系統(tǒng)，為發(fā)展微藻海洋農業(yè)奠定基礎。利用廣闊海洋空間大量生產微藻生物質用作食品、飼料、生物燃料和化學品，從而解決全球人口膨脹和陸地資源枯竭的尖銳矛盾，為人類社會可持續(xù)發(fā)展提供保障。
a) 總體示意圖? ??b) 波浪能驅動空氣壓縮裝置