? ? 自工業(yè)革命以來，人類由于大量使用化石燃料，致使大氣濃度升高，溫室效應(yīng)明顯，全球變暖速度驚人。為了應(yīng)對全球氣候變化，許多國家積極采取措施減少各個途徑CO2排放，各國均制訂了各種節(jié)能減排措施，另一方面則大力推進固定CO2技術(shù)(CO2?Sequestration)的開發(fā)，以期遏制氣候不斷惡化趨勢。植物通過碳儲存可以減少大氣中CO2的增長，對穩(wěn)定全球氣候和減輕溫室效應(yīng)發(fā)揮著重要作用。
? ? 人們一直在尋找高效固碳的植物。目前固碳可分為兩種方法：物理法和生物法。物理法存在成本高等缺點，如深海注射耗資巨大，使用生物法替代物理法，具有如下優(yōu)點:
? ? （1）藻類生長周期快,其固碳效率比綠色植物高；
? ? （2）生產(chǎn)環(huán)節(jié)簡便、易培養(yǎng),如工業(yè)廢氣可直接通入藻池中以去除和減少CO2及其他有毒物質(zhì)的含量,節(jié)省廢氣處理的費用；
? ?（3）某些藻能耐受極端條件,如高鹽、高溫、高CO2及高光強等；
? ?（4）收獲的藻類還可以做工農(nóng)業(yè)原料生產(chǎn)食品、藥物、餌料等.綜上所述,藻類在生物固碳領(lǐng)域具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。
?海洋藻類固碳原理
? ? 海藻細胞通過利用CO2和光能進行光合作用合成有機物并釋放氧氣實現(xiàn)光合固碳。藻類光合作用時首先由核酮糖二磷酸梭化酶(Rubiseo)將CO2:固定，再經(jīng)過Calvin-Benson循環(huán)合成為種種有機物。藻類光合作用時，?CO2由細胞外的擴散層(Bundarya lyer)依次傳遞到細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、葉綠體膜和間質(zhì)，最后到達Ruibcs。在各個傳遞過程中都存在CO2輸送及擴散的阻力，成為限制CO2固定的原因。CO2在水中存在方式如圖1方程所示：
? ? CO2，HCO3–或CO32-哪種透過細胞膜被吸收、哪種被利用的問題是一個很重要的植物生理學(xué)問題。就至今的研究進展而論，大部分的微藻只吸收CO2，只有少數(shù)吸收HCO3–；大型的藻類有些能夠利用HCO3–了，但極少數(shù)是直接吸收HCO3–，通常是借助于細胞表面的碳酸醉酶(CA)將HCO3–了轉(zhuǎn)化為CO2，后者被吸收和固定。
? ? 一般認為藻類不能直接利用CO32-?？傊?，不管是微型還是大型藻類都吸收CO2?(CO2分子本身具有生物膜透性)。在大部分藻類生活適宜的中性或偏堿性pH闡值內(nèi)，“CO2”的大部分是HCO3離子，CO2的濃度僅僅占百分之幾(例如，pH為8.3，與空氣中CO2達到平衡的海水中90%以上的“CO2”是HCO3–，CO2低于1%)。因此，對于只能利用CO2的藻類來說，在適應(yīng)環(huán)境變化的過程中必須為自己裝備利用CO2的特別機制；藻類在細胞內(nèi)濃縮CO2，或者提高對CO2的親和力，都是其有效利CO2的特征。
?海洋藻類固氮進展
? ? 美國和日本等國在微藻的規(guī)模培養(yǎng)、固碳和再生燃料能源的生產(chǎn)進行了大量的研究，其螺旋藻培養(yǎng)技術(shù)已成為目前藻類規(guī)?；a(chǎn)的典范。具有代表性的應(yīng)用模式是夏威夷的藍藻生物技術(shù)公司，他們利用一些小型能源工廠排放的煙道氣體(flue gas)作為規(guī)模培養(yǎng)螺旋藻和血球藻的碳源.?該公司采用跑道式培養(yǎng)池,小型供能發(fā)電站，發(fā)電產(chǎn)生的CO2作為藻類培養(yǎng)所需碳源。2個功率為180kW的發(fā)電裝置提供67個培養(yǎng)池攪拌所需的電能和其他消耗，發(fā)電過程產(chǎn)生的廢氣中含8%的CO2(188kg h)回收至CO2吸收塔作為碳源，其回收利用率為75%左右，相當(dāng)于每個月通過生產(chǎn)36t螺旋藻藻粉，重復(fù)消耗67t CO2，并節(jié)省了購置CO2氣體所需費用.根據(jù)螺旋藻市場價格這個系統(tǒng)每年的凈產(chǎn)值是30萬美元。
? ? 一般認為，大型海藻無機碳利用能力由高到低依次為綠藻、褐藻、紅藻，章守宇等人對比發(fā)現(xiàn)，枸杞島六種大型海藻固碳效率從高到底依次為鼠尾藻、羊棲菜、斯氏剛毛藻、孔石莼、多管藻、蜈蚣藻。
? ? 胡自明等研究光生物反應(yīng)器中CO2溶解速率的影響發(fā)現(xiàn)，CO2氣泡在藻液中停留時間增加，強化了溶解傳輸，?CO2體積傳質(zhì)系數(shù)提高了143%，混合時間降低了24%，最終使微藻生物質(zhì)濃度提高?18.8%，固碳速率提高23.2%。
Algenol公司和欒國棟研究組為了開發(fā)更適于規(guī)模化應(yīng)用的光驅(qū)固碳合成乙醇細胞工廠，通過拷貝數(shù)優(yōu)化等策略來強化乙醇合成核心途徑的表達量可以有效提高乙醇合成效率。
參考文獻
[1]?陳苗,張才學(xué),孫省利等.?十一種大型水生植物固碳能力研究[J].?南方農(nóng)業(yè),2018,12(13):14-17.
[2] Murakami M,Ikenouchi M. The biological CO2?fixation and utilization project by RITE(2):Screening and breeding of microalgae with high capability in fixing CO2.Energy Conversion and Management,1997,38: S493-?S497.
[3] Lam M K, Lee K T, Mohamed A R. Current status and challenges on microalgae-based ?carbon ?capture ?[J]. ?International ?Journal ?of ?Greenhouse Gas Control, 2012,10:456-469.
[4]?高坤山. 藻類光合固碳的研究技術(shù)與解析方法[J].?海洋科學(xué)，1999，6：37-41.
[5] A Look Back at the U.S.Department of Energy’ s Aquatic Species Program-Biodiesel from Algae.NERL TP-580-24190.Golden,CO2?National Renewable Energy Laboratory, 1998, 80401.
[6]?章守宇，向晨等.?枸杞島海藻場?6種大型海藻光合熒光特性比較[J].?應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2018,29(10):3441-3448.
[7]?胡自明,夏奡等.?光生物反應(yīng)器內(nèi)CO2傳輸與微藻固碳性能強化[J].?中國環(huán)境科學(xué)，2018,38(10):3967~3974.
[8]?藍藻光驅(qū)固碳合成乙醇技術(shù)的發(fā)展回顧和未來展望[J].?生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2018,04:68-73.
