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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 利用微藻固定CO2的技術(shù)研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 微藻作為光能自養(yǎng)微生物，在生長(zhǎng)過(guò)程中需要從環(huán)境中攝取大量CO2作為碳源，利用光能完成自身的生長(zhǎng)繁殖。因此，利用規(guī)?；囵B(yǎng)的微藻來(lái)處理工業(yè)廢氣可以有效減少CO2的排放，同時(shí)促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)。 該技術(shù)利用光合作用固定CO2，完全與環(huán)境相和諧，同時(shí)以光能作為能源，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，最終得到的藻細(xì)胞還可以用來(lái)加工生物產(chǎn)品，同現(xiàn)有的CO2固定技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯。
- 詳細(xì)介紹：
- 近些年來(lái)，針對(duì)最主要溫室氣體——CO2的減排，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)達(dá)成了廣泛共識(shí)。 我國(guó)在2008年成為世界二氧化碳排放量最大的國(guó)家，2009年我國(guó)的能源消耗又增加了6.3%，二氧化碳排放量也相應(yīng)增加，因此我國(guó)政府在溫室氣體減排方面面臨前所未有的國(guó)際壓力，可持續(xù)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)。因此，無(wú)論是出于對(duì)環(huán)境問(wèn)題的考慮還是對(duì)我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的考慮，我們都應(yīng)當(dāng)著力發(fā)展更高效的CO2減排技術(shù)，對(duì)CO2進(jìn)行固定并加以利用，為全人類(lèi)造福，也為我國(guó)未來(lái)贏得更大的發(fā)展空間。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外針對(duì)CO2固定技術(shù)進(jìn)行了大量研究,可以將現(xiàn)有的技術(shù)手段分為物理封存與化學(xué)吸收兩大類(lèi)。 物理封存主要是深海注射與地質(zhì)封存，該方法雖然容易實(shí)現(xiàn)但卻只能將危機(jī)向后推延，無(wú)法真正解決問(wèn)題。被封存的CO2可能隨著時(shí)間的推移逐漸釋放到大氣中，還可能在地下與礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)甚至影響地下生物群落，造成無(wú)法預(yù)知的隱患。 化學(xué)方法目前應(yīng)用較廣泛，但是卻存在一些共性的技術(shù)缺陷。主要表現(xiàn)在需要高濃度的CO2、壓縮氣體的傳輸成本較高、以及能耗較高等。此外，化學(xué)固定手段如果處理不當(dāng)還可能造成環(huán)境的二次污染。 近年來(lái)，CO2生物固定技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。在自然界中，光合作用對(duì)CO2的利用是地球上CO2固定的最主要形式，在碳循環(huán)中起決定作用。因此，利用生物方法固定CO2既與環(huán)境相和諧，又可以通過(guò)光合作用來(lái)生產(chǎn)多種產(chǎn)品。生物方法對(duì)CO2的固定可以分為綠色植物與光合微生物兩類(lèi)，由于綠色植物單位面積的種植量較低而且生長(zhǎng)緩慢，因此尚不具備工業(yè)化潛力。而以微藻為主的光合微生物則表現(xiàn)出了明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①微藻的生長(zhǎng)速率和培養(yǎng)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他綠色植物；②微藻CO2固定技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)碳元素完整的循環(huán)；③微藻通過(guò)光合作用固定CO2的同時(shí)能夠生產(chǎn)出許多生物產(chǎn)品，這些產(chǎn)品存在于菌體中或培養(yǎng)液中，依靠現(xiàn)有的技術(shù)就能夠加以利用，經(jīng)濟(jì)效益明顯；④比起化學(xué)固定方法，微藻CO2固定技術(shù)不需要吸附劑、大的反應(yīng)器，也不存在解吸工序，因此能耗和成本更低；⑤CO2的生物固定技術(shù)可以同生物燃料、廢水處理等其他工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，帶來(lái)更高的效益。因此，微藻CO2固定技術(shù)以其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效、符合自然界循環(huán)特點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)有著高度的工業(yè)化潛力。 本課題從微藻的高密度培養(yǎng)入手，確定了適宜的藻種培養(yǎng)條件，研究了藻種對(duì)不同環(huán)境的耐受性，提高其對(duì)CO2的固定效率，為該技術(shù)提供新思路，同時(shí)為其規(guī)?；瘧?yīng)用奠定基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本課題旨在研發(fā)一項(xiàng)利用高密度培養(yǎng)的微藻來(lái)固定環(huán)境中CO2的工藝過(guò)程。微藻作為光能自養(yǎng)微生物，在生長(zhǎng)過(guò)程中需要從環(huán)境中攝取大量CO2作為碳源，利用光能完成自身的生長(zhǎng)繁殖。因此，利用規(guī)?；囵B(yǎng)的微藻來(lái)處理工業(yè)廢氣可以有效減少CO2的排放，同時(shí)促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)。 該技術(shù)利用光合作用來(lái)固定CO2，完全與環(huán)境相和諧，同時(shí)以光能作為能源，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，最終得到的藻細(xì)胞還可以用來(lái)加工生物產(chǎn)品，同現(xiàn)有的CO2固定技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯。 該技術(shù)的關(guān)鍵主要在于以下幾方面。首先是確定適宜的藻種；研究該藻種的培養(yǎng)條件和對(duì)環(huán)境的耐受性；提高培養(yǎng)密度和CO2固定效率；提高培養(yǎng)體系的光能利用率和傳質(zhì)效率。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外針對(duì)CO2固定技術(shù)進(jìn)行了大量研究,可以將現(xiàn)有的技術(shù)手段分為物理封存與化學(xué)吸收兩大類(lèi)。 物理封存主要是深海注射與地質(zhì)封存，該方法雖然容易實(shí)現(xiàn)但卻只能將危機(jī)向后推延，無(wú)法真正解決問(wèn)題。被封存的CO2可能隨著時(shí)間的推移逐漸釋放到大氣中，還可能在地下與礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)甚至影響地下生物群落，造成無(wú)法預(yù)知的隱患。 化學(xué)方法目前應(yīng)用較廣泛，但是卻存在一些共性的技術(shù)缺陷。主要表現(xiàn)在需要高濃度的CO2、壓縮氣體的傳輸成本較高、以及能耗較高等。此外，化學(xué)固定手段如果處理不當(dāng)還可能造成環(huán)境的二次污染。 和現(xiàn)有的技術(shù)相比，微藻CO2固定技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)。首先，微藻的光能利用率很高，為同等重量綠色植物的10-50倍。而且其生長(zhǎng)速率和培養(yǎng)密度也比綠色植物高得多。該技術(shù)利用微藻的自身代謝將CO2轉(zhuǎn)化成生物物質(zhì)或自身生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，條件溫和、副作用最少、不會(huì)產(chǎn)生二次污染，最終得到的藻細(xì)胞還可以用來(lái)加工如生物柴油、保健食品等許多有價(jià)值的產(chǎn)品，因此該技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 成套技術(shù)引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓?zhuān)缓献餮邪l(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、模型、圖片、圖紙
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該技術(shù)對(duì)CO2的固定效率高，設(shè)備較為簡(jiǎn)便，無(wú)需儲(chǔ)存氣體，不需要額外供能，直接降低碳排放量。該技術(shù)完全符合當(dāng)今低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于碳排放量難以達(dá)標(biāo)的工廠、企業(yè)來(lái)說(shuō)是很好的選擇。尤其是在未來(lái)美國(guó)將對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品征收“碳關(guān)稅”的背景下，降低碳排放量所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將更為明顯，因此該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外一些科研機(jī)構(gòu)對(duì)相關(guān)課題進(jìn)行了研究，得到了許多成果，但多數(shù)還處于科研開(kāi)發(fā)階段。 Clemens G.等人在一項(xiàng)利用Chlorella emersonii固定煙道氣中CO2的研究中發(fā)現(xiàn)，煙道氣中除CO2以外的其他成分對(duì)微藻生長(zhǎng)的影響很小。實(shí)驗(yàn)以30d為一個(gè)周期，得到了CO2的固定效率為0.113g/L*d。 Gomez-Villa等人在開(kāi)放式培養(yǎng)體系中利用人造工業(yè)廢水來(lái)培養(yǎng)Scenedesmus obliquus，試圖在固定CO2的同時(shí)凈化廢水。實(shí)驗(yàn)以3天為一個(gè)周期，得到了冬季CO2的固定效率為16.07mg/L*d，夏季為31.00mg/L*d。 Chae等利用Euglena gracilis固定煙道氣中的CO2的同時(shí)生產(chǎn)高蛋白易消化的動(dòng)物飼料，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 中國(guó)海洋大學(xué)孟范平等在一項(xiàng)篩選耐酸性和耐高濃度CO2微藻品種的研究中，從12種微藻中篩選出Dunaliella tertiolecta（杜氏鹽藻）、Spirulina platensis（鈍頂螺旋藻）、Chlorella pacifica（海水小球藻）和Nitzschia Closterium（小新月菱形藻）等4種具有較強(qiáng)的耐酸性，均可在pH4的培養(yǎng)基中正常生長(zhǎng)，其中海水小球藻和小新月菱形藻同時(shí)能夠耐受較高濃度CO2（5%）的沖擊。 綜合來(lái)看，微藻CO2固定技術(shù)非常具有潛力，但是目前針對(duì)該技術(shù)的相關(guān)研究還很不完善，許多技術(shù)難題需要克服，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先目前人類(lèi)對(duì)微藻固定CO2的機(jī)制認(rèn)識(shí)有限；此外優(yōu)質(zhì)工程菌的篩選較困難；光生物反應(yīng)器的工作效率也有待提高。因此，需要我們進(jìn)一步深入研究，不斷解決技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用。
