微藻固定CO2

现在国内有人在内蒙做微藻固定CO2示范装置，不知现在如何？前景如何？

真的使用工业排放分离的CO2吗？ CO2分离什么样的技术？

生产微藻的生物反应器可以是开放的或封闭的系统，封闭的系统更易于进行过程控制，而且微藻产量高，还可以垂直构建反应器，减少占地面积。然而封闭系统的建设成本高，运行和维护比较复杂，进而导致能效和成本效益较低。当把微藻生产与废水处理相整合后，通过减少污染物排放而带来新的效益，减少CO2 排放以及生产高附加值化合物将改变生物反应系统的成本结构。下面主要介绍生物反应器的设计、规模化扩大和运营须考虑的因素，包括形状、气体传输、混合速率、光照和代谢物回收等方面。尽管生物反应器的构建需要考虑能效最大化或生物质产量的总体目标，但下面仅围绕提高生物质产量方面进行介绍。
   1.反应器形状
   培养微藻的生物反应器包括水平管反应器、垂直管反应器、螺旋管反应器、发酵桶反应器、平板反应器和空纤维薄膜反应器。光合生物反应器可以通过在以下几方面实施改进措施来增加产率：太阳能和CO2 利用、气体传输与混合和微藻生物质收获。遗憾的是，目前还没有一款反应器能有效控制整个过程中的所有参数来实现微藻生长代谢速率的最大化。
   2.气体传输
   向培养微藻的生物反应器供给气体的目的包括：（1）供给CO2 和其他气体（如 SOx 或 NOx）作为生物质初级和次级代谢所需的碳（硫或氮）的来源；（2）用于维持反应器内部混合，避免营养成分的浓度梯度；（3）提升所有细胞的曝光率（特别是在稠密反应环境内），实现细胞自我遮挡和光线损害的最小化；（4）通过溶解CO2 控制pH值，避免浓度梯度；（5）剥除累积的溶解氧，减少其对微藻的毒性。
   现有的气体传输装备包括机械系统、粗细气泡扩散器、喷气通风装置、吸出器、 U形管和中空纤维膜。
   其中利用气泡扩散器将富集 CO2 的气泡转移至生物反应器底部是最常用的方法，其气体传输效率可以达到 13-20%，但其缺点是会向大气中释放 CO2、对扩散器造成生物污染、质量转移速率低。整体效率的提升则寄希望于中空纤维膜生物反应器上，虽然质量转移系数稍有降低，但换来的是单位面积内更大的质量转移面积，同时还可以对转移速率进行更加精准的控制，减少向大气中的CO2 释放量。
   除了对 CO2 的输送外，CO2 与 H 、OH 、H2O 和 NH3 的化学反应也会对 CO2 的摄入速率产生重要影响，这些反应是可逆的，在微藻生物反应器中，pH 值是控制 CO2 转移的重要调控因素之一，最常用的 pH 值控制系统是开关型系统，当 pH 值超过系统预设值后，CO2 则被注入系统，这样，CO2 不仅作为重要的营养成分，也发挥缓冲功能，从而增加了微藻生物反应器的复杂性。
   微藻生物反应器面临的另一个具体问题是氧的累积，特别是光合作用速率较快时，这一问题更为严重。大多数解决此问题的方案都是依靠脱气装置（或气体交换单元），然而，为了实现气相与液相之间的有效分离，通过脱气装置的路径应保证最小的气泡也有足够的时间从液相进行分离。在固体管生物反应器中，管之间可以添加一个专门负责排氧的管，或设置一层具有多重功能的管。然而，微藻在管状反应器中的产率要比预期的低，可能是由于反应过程中溶解氧的产生带来的抑制作用。在废气再利用系统中，可以使废气通过亚硫化钠溶液，进而避免溶解氧的累积。
   遗憾的是，现在多数用于去除微藻培养系统中溶解氧的技术的效率还无法令人满意，因此，传统发泡方式被用于替代昂贵的脱气装置，此外，利用小的生物反应器替代大的生物反应器也可以减轻这种问题。还需进一步深入研究精确的CO2 摄入量与O2 移除的问题。
   3.混合速率
   混合是决定微藻生物反应器可接受性的重要参数，低混合速率抑制气相传质，甚至会促使生物质沉淀，任何一种情形都会导致反应停滞区的产生，停滞区内光线和营养成分缺乏，产生缺氧/厌氧环境，进而导致产率下降。此外，反应停滞区的有毒化合物也会对培养环境产生影响。相反，高混合速率将对细胞造成严重的破坏，还需要更多的能量输入。
   微藻生物反应器最常用的混合方法是充气、机械搅拌和气体注入。充气的混合效率适中，但气体传输速率低，水压随着气泵轮换的速率而增长，即通过气泵的微藻悬浊液数目增加。据相关报道，机械搅拌的混合效率和气体传输速率都较好，但是会带来明显的水胁迫。气体注入（发泡）产生的水胁迫较小，也可以获得较高的气体传输速率和混合效率，然而却会随着生物质浓度的增加而导致细胞破坏程度增大，一种解决办法是减少每个喷气嘴的出气量，进而减少剪压带来的细胞破坏。
   4.光供给
   光的强度及其利用效率对微藻生物反应器来说至关重要，在培养环境、特别是高浓度环境中，光的强度急剧降低，因此在生物反应器的设计时，应充分考虑光学深度。
   在光供给方面，除了利用自然光外，还可以在反应器的内部安装人工光源。在高浓度环境中，微藻由于相互遮挡而导致可用光强度明显减弱，为了获得最大的光吸收和最小的光衰减，生物反应器的设计应考虑高的面积/体积比，减少光线的传输距离。已有研究发现光强度在4000μmol m s 时可以获得较好的微藻生长速率。 光暗循环周期对微藻产率起到关键影响，如果光暗循环周期达到光合单元循环时间，可以获得最大的光合反应效率。此外，与周期性的黑暗相比，在全光供给水平下，周期性的低光照强度可以明显增强微藻生长速率、CO2 吸收水平和脂质产率。此类型的光供给可以通过设计人工光源而实现，如杂交光源系统。
   迄今为止，补光能力最强的生物反应器类型是槽面和管状生物反应器。采用人工光源增加了生物反应器的运营成本，因此提高生物质产量变得尤为重要，可以通过原位生长监测和在线光强控制等手段降低这种成本。
   5.微藻生物质和代谢物的回收
   微藻回收面临两个主要难题，其一是在传统生物反应器中微藻生物质的浓度相对较低，其二是微藻细胞较小。
   微藻生物质的回收步骤占整个过程成本的 20-30%，因此开发经济可行的回收方法是整个微藻培养过程的核心步骤。
   微藻的种类、细胞浓度以及培养环境都会对收获方法产生影响，现有微藻收获的主要方法包括凝结/絮凝/沉淀、离心、泡沫分馏、超声分离、浮式离心和薄膜过滤等。也有人提出采用微藻细胞固定化技术来收获微藻，但尚无法实现大规模应用。最近发展起来的薄膜过滤方法特别适用于污水处理，在微藻收获步骤将有较好应用前景。
   微藻生产所面临的另一大挑战是脱水处理。初步收获的微藻的含水量最高达到 90%（w/w），然而用于生物柴油生产的微藻的含水量最高不能超过50%，阳光干燥法因其经济性而成为首选方法，然而该方法需要占用较大的场地面积，因此还需考虑利用电厂废热对微藻进行脱水的更加高效的方法。
   生物柴油生产的最后一个步骤是微藻生物质特定胞内代谢物的回收，主要方法包括利用超临界CO2 或有机溶剂的方法进行脂质抽提，此外还利用生物质气化的方法生产甲烷和高浓度CO2，以改进整个过程的能效。
   微藻培养的产品包括动物和人的食物以及肥料，工业化学品和生物能源给料。将微藻生物质用作人类健康食物或动物和水产饲料成分，这将是一个快速增长的市场。目前，微藻生物质是水产业不可或缺的养分来源，微藻还被用作片剂或粉末状的功能性食品和保健食品添加剂。微藻用作农业肥料，不仅可以补充营养成分，还可以改进土壤的亲水活性及矿物质成分。   来自百度