一、耐高CO?及抗硫氮氧化物微藻藻種篩選
1. 耐高CO?藻種篩選標(biāo)準(zhǔn)
工業(yè)煙氣中CO?濃度通常在10%15%（體積分數(shù)），篩選耐受高濃度CO?的藻種是核心。研究顯示，綠藻門（Chlorophyta）如小球藻（Chlorella vulgaris）、Tetradesmus屬藻種在15% CO?條件下仍能維持生長，且生物量和類胡蘿卜素、脂肪酸含量顯著提升。例如，Chlorella vulgaris在15% CO?下的生物量達1.12 g/L，油脂含量可達47%。這類藻種通過上調(diào)Calvin循環(huán)關(guān)鍵酶（如丙酮酸磷酸激酶）和抑制碳酸酐酶（CA）表達，直接利用溶解CO?，減少能量消耗。
2. 抗硫氮氧化物機制
硫氧化物（SO?/SO?2?） ：螺旋藻（Spirulina platensis）在硫酸鹽濃度為1.28 g/L時，抗氧化酶（多酚氧化酶、過氧化物酶）活性增強，pH適應(yīng)性提升至8.77±0.01。小球藻通過硫代謝基因（如硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白SULTR、半胱氨酸合成酶OASTL）上調(diào)，將硫脅迫轉(zhuǎn)化為硫源利用，同時促進淀粉合成（24小時淀粉含量從2%躍升至55%）。
氮氧化物（NOx） ：小球藻在NO濃度≤5 mg/L時，通過谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）和超氧化物歧化酶（SOD）清除活性氧（ROS），丙二醛（MDA）含量可控。實驗表明，NO經(jīng)氧化為NO??后可被微藻吸收，固碳效率提升至69.6%。
二、燃煤煙氣特性與微藻適應(yīng)性
1. 煙氣組成及挑戰(zhàn)
典型燃煤煙氣含13%15% CO?、200400 mg/m3 SO?、250350 mg/m3 NOx，溫度4050℃。關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括：
高CO?濃度抑制：多數(shù)微藻在CO?>5%時生長受限，需通過梯度馴化或核誘變（如60Coγ輻射）提高適應(yīng)性。
硫氮協(xié)同效應(yīng)：SO?會降低CO?吸收率3.1%，但部分脫硫（如保留60 ppm SO?）可將其轉(zhuǎn)化為硫源，無需完全脫除。
2. 代謝調(diào)控策略
碳分配優(yōu)化：高CO?環(huán)境下，氮饑餓誘導(dǎo)碳流向油脂合成（如小球藻油脂產(chǎn)率達192.10 mg/L/d），而硫脅迫促進淀粉積累。
基因工程靶點：糖原分支酶（GBE）、脂肪酸去飽和酶（FAD）等基因的上調(diào)可平衡生物質(zhì)組分。
三、微藻固碳生物質(zhì)聯(lián)產(chǎn)工藝開發(fā)
1. 反應(yīng)器設(shè)計與傳質(zhì)強化
光生物反應(yīng)器優(yōu)化：采用跑道池結(jié)合擾流件，使氣液傳質(zhì)系數(shù)提高25%，生物量產(chǎn)率提升32.6%。光纖導(dǎo)光管反應(yīng)器通過均勻光分布，固碳速率達608.3 mg/(L·d)。
吸收劑輔助：添加三羥甲基氨基甲烷（Tris）或單乙醇胺（MEA）可提升CO?吸收率60%，生物量產(chǎn)率提高32%。
2. 工藝耦合與資源化
煙氣預(yù)處理：部分脫硫（SO?≤60 ppm）、NO氧化為NO??，減少氮源成本。
廢水協(xié)同：豆腐廢水稀釋5倍后作為培養(yǎng)基，COD去除率65%，氨逃逸率<16%。
四、工程化應(yīng)用案例與挑戰(zhàn)
1. 典型案例
中國煙臺示范工程：10萬平方米跑道池通過優(yōu)化營養(yǎng)鹽配比和曝氣方式，CO?捕集效率達40%50%，生物量產(chǎn)率提高43.1%。
挪威CO?Bio項目：利用捕集CO?養(yǎng)殖微藻生產(chǎn)Ω3脂肪酸，耦合殼牌公司Cansolv工藝。
2. 技術(shù)瓶頸
規(guī)模化成本：微藻收獲成本占總成本20%30%，需開發(fā)低能耗絮凝技術(shù)（如pH誘導(dǎo)自然沉降）。
環(huán)境耐受性：高溫（>40℃）需篩選耐熱藻種（如Nannochloropsis salina）或集成熱交換系統(tǒng)。
五、未來研究方向
1. 合成生物學(xué)：通過CRISPR編輯增強硫代謝通路（如SULTR基因簇）和抗氧化酶表達。
2. 智能控制系統(tǒng)：基于實時監(jiān)測的光強、pH動態(tài)調(diào)節(jié)，優(yōu)化光暗循環(huán)周期（如降至3秒）。
3. 多聯(lián)產(chǎn)模式：耦合生物柴油（油脂）、燃料乙醇（淀粉）和蛋白質(zhì)生產(chǎn)，提升經(jīng)濟性。
結(jié)論
微藻與工業(yè)煙氣碳捕集集成技術(shù)的核心在于篩選高耐受性藻種并優(yōu)化工藝鏈。通過基因工程和反應(yīng)器創(chuàng)新，可突破生物量產(chǎn)率與耐受性瓶頸，而煙氣預(yù)處理與資源化利用（如硫氮轉(zhuǎn)化）進一步降低成本。未來需跨學(xué)科協(xié)作推動規(guī)模化應(yīng)用，助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)。
