综述：用于工业二氧化碳减排的集成藻类系统：环境生物技术领域的进展、挑战与前景

《Archives of Microbiology》：Integrated algal systems for industrial CO2 mitigation: advances, challenges, and prospects in environmental biotechnology

微藻通过高效光合作用固定工业CO2，实验室条件下日固定量达0.1-1.5克/升，生物量生产力10-40克/平方米/天。研究分析光照、pH、营养及气液传质等关键参数，指出藻菌共生体可提升碳利用效率并整合污水处理，但开放与封闭系统在产量、能耗及经济性间存在权衡。集成生物炼厂模式比独立碳汇更具可行性。

　　

摘要

二氧化碳（CO₂）约占人类活动产生的温室气体总排放量的三分之二，因此是减缓温室效应策略的主要目标。在现有的方法中，基于藻类的二氧化碳捕获技术因其高光合作用效率、快速生长速率以及微藻能够直接从工业点源吸收高浓度二氧化碳的能力而成为一种有前景的生物解决方案。在优化后的实验室和试点规模条件下，藻类系统实现的二氧化碳固定速率约为0.1–1.5克二氧化碳每升每天（g CO₂ L^–1 d^–1），相应的生物量生产力约为10–40克每平方米每天（g m^–2 d^–1），具体取决于藻类种类、反应器配置和环境条件。本文全面评估了基于藻类的二氧化碳生物固定技术的潜力，重点探讨了藻类的碳同化机制、培养策略以及大规模应用所面临的实际限制。系统性地讨论了影响二氧化碳捕获效率的关键参数，包括光照强度、pH值、营养物质可用性和气液传质过程。此外，还研究了藻类-细菌共生体在提高碳利用效率及促进其与污水处理过程整合方面的作用。同时，本文比较了开放式和封闭式培养系统，指出了生产力、能源需求、污染风险和经济可行性之间的权衡。尽管新兴的混合培养概念和工艺强化策略为提升系统性能提供了途径，但其实际应用仍受到下游处理成本和规模化挑战的限制。总体而言，分析表明，基于藻类的二氧化碳减排措施在作为综合生物精炼框架的一部分（尤其是与污水处理和增值生物质利用相结合时）最为有效，而不仅仅作为一种独立的碳封存方案。这种综合视角为基于藻类的二氧化碳减排技术在可持续气候和环境管理策略中的机会与局限性提供了平衡的评估。