微藻,即微体藻类,大小从几微米到几百微米不等,是地球上最古老的单细胞浮游植物。像其他植物一样,微藻也具有光合色素,可以利用阳光、二氧化碳和水合成生物质,但与其他高等植物相比,微藻有其不可比拟的优势:首先是种类繁多,便于取材;其次是藻类光合作用效率高,生长周期短;此外,微藻的培养不需要占用粮食耕地,加之微藻出色的环境耐受力,使微藻成为这次国际能源转型的重要力量。
常用的微藻生物柴油生产工艺主要包括微藻培养,生物质采收、油脂提取和转化。较高的生产成本制约了微藻能源商业化生产,其中,培养环节约占到整个生产成本的40%,提油环节占到14-20%。河西学院崔岩教授及其团队从培养体系和提取工艺两方面进行突破,大大降低了设备投资和生产成本。
崔岩教授利用固定化培养(immobilized algae culture)技术来进行微藻培养,该技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的,与传统悬浮式(suspended)微藻培养技术有着本质的区别。在悬浮式培养系统里,微藻细胞悬浮在水里,因此与阳光和空气(二氧化碳)的接触受到传质的极大限制,同时微藻细胞在水里的含量极低,通常在0.1%左右,因此收获成本很高。相反,在固定化培养系统里,微藻长在特定固体材料上,而固体材料暴露在空气和阳光中,只需要保持表面湿润即可,因此避免了空气和阳光在水里的传导限制。同时,由于细胞长在固体表面上,收获极为容易,且材料可以反复使用,因此极大的降低了能源消耗和收集成本。此外,崔岩教授指出该固定化培养模式可与生活污水或者养殖废水处理相结合,在净化水质的同时实现微藻生物质的积累。相关的研究成果已发表在《Applied energy》和《Applied Biochemistry and Biotechnology》。
由于微藻细胞直径小且具有较强韧的细胞壁或细胞膜,从藻类细胞中提取油脂和其他高附加值成分面临的首要问题是细胞破壁。崔岩教授及其团队利用溶藻细菌的生物降解作用,实现微藻的破壁,进而提取油脂和其他活性成分,油脂提取率较传统方法提高了20%。传统工业破壁方法是先将微藻生物质通过离心收集,再进行低温真空干燥;而溶藻细菌可以直接与微藻细胞作用,从而避免了传统破壁过程离心和干燥的高能耗。相关研究成果已发表在《中国油脂》、《可再生能源》等期刊上。
