Bioresource Technology (IF=9.642) 2021-12-2
浙江大学 程军课题组
化石燃料燃烧排放CO2及其他温室气体造成全球危害环境的变暖效应。减排转化利用CO2方法多样，而采用微藻固定CO2能生产高经济价值的生物质。微藻不仅生长速度快，而且生物质中富含生物活性的碳水化合物、蛋白质和油脂等，可以生产药品、营养食品、动物饲料、化学品和生物燃料等。自养型微藻在光生物反应器中培养能高效转化利用CO2，但是细胞密度低和能量消耗高是制约微藻固碳产业发展的重要瓶颈问题。本文利用光生物反应器的混合传质效果对微藻生长固碳速率具有重要影响，通过安装扰流板结构能够改善提升。该研究研制开发了蝴蝶状扰流件使气液混合时间减少并且传质系数增加，从而提高了微藻生长固碳速率。当蝴蝶状扰流件尺寸和翼间角度增加时，气液混合时间减少同时传质系数提高。蝴蝶状扰流件产生的垂直涡流加强了光生物反应器中的内柱与外柱之间的光/暗循环，故提高了叶绿素-a含量、实际光化学效率和光合作用的电子传递速率。采用蝴蝶状扰流件的微藻生长固碳速率比无扰流件时提高了33%，螺距和藻丝长度提高了15-16%。为了优化光照分布以提高微藻生长固碳速率，本文在板式光生物反应器中安装了凹形壁面，从而使顶部入口到底部出口之间的微藻溶液产生循环旋转流场，流动旋涡使气液混合时间减少并且传质系数增加。与平壁的板式光反应器相比，凹壁的板式光反应器中微藻生长固碳能力增加了27%，叶绿素-a含量增加了18.5%。这是因为凹壁能散射正面入射光，使更多光子进入板式光反应器的内部区域。凹壁改善了光线分布和旋涡流场，促进了微藻细胞对光照和营养物质的利用，从而使微藻生长固碳速率提高了21%。
原文链接：Enhancing microalgae production by installing concave walls in plate photobioreactors.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126479
