近日，厦门大学碳中和创新研究中心朱陈霸副教授团队在环境科学领域TOP期刊《Science of The Total Environment》上，发表题为“A smart and precise mixing strategy for efficient and cost-effective microalgae production in open ponds”的研究性论文。厦门大学朱陈霸副教授为第一作者，厦门大学朱陈霸副教授和大连理工大学赵云鹏教授为共同通讯作者。微藻具有生长速度快、CO2固定效率高、经济价值高、培养简单且不占用耕地资源等优势，是实现国家‘双碳’目标的重要潜在技术。但微藻培养环境是动态、非线性变化的，如光照强度和温度，易导致生产资源的浪费和不协调，严重制约着微藻生产效率的提高和生产成本的降低。理论上，可以将培养环境维持在最适范围内以维持微藻的高效生产，这正是微生物高密度异养发酵采用的方法。但与微生物的异养培养相比，微藻的光合生长速率极低（约100倍以上）。因此，通过像异养培养那样投入过多的资源用于微藻最适培养环境的维持，对微藻光合生产成本的降低可能会适得其反。上述问题在目前微藻商业化生产中应用较为广泛的开放池培养系统中特别明显，这主要是因

为开放池的生产效率低，且其对培养环境的控制较困难。图1 开放池的精准、智能化混合策略及其生产效果混合是影响微藻生长的一个重要因素，而增强混合能够显著提高其生产效率。但由于培养环境的动态、非线性变化，过多的混合能量浪费在微藻的非最适生长区间。针对该问题，本研究以开放池为研究对象，提出了一种精准、智能化混合策略（图1）。该策略基于光照强度和培养温度的动态变化，可实现实时智能、精精准地控制开放池的桨轮搅拌速度，从而避免混合能量在非最适生长区间的浪费。结果显示，该混合策略在动态扰动条件下仍具有与恒定的高混合速率对照组相同的螺旋藻生物质生产效率，但其混合能量较对照组减少了约30%。未来，可通过AI技术将节省的能量用于微藻最适生长区间混合的强化，有望在不增加能耗的条件下提高生产效率。本研究针对如何解决由于动态自然干扰造成的严重资源浪费和不协调性提供了新策略，为微藻的精准、智能化生产提供了重要参考，将有力促进微藻在碳中和上的应用，具有重要的科学意义和应用价值。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722056145