藻類生物質能源研究技術

當前化石燃料環境污染、氣候變化問題及儲量無法滿足全球不斷增長的需求，生物質能源的發展倍受關注，為了減少土地、水資源的利用消耗以及有害農藥的過度使用，藻類生物質能源作為第三代生物燃料成為可再生能源研究開發的熱點。

案例一 提高廢水處理和微藻生物燃料生產效率

基于微藻的廢水處理系統是應對氣候變化和廢水處理中的關鍵挑戰的有前途的工藝之一。廢水中微藻的生長為可再生能源創造了原料，廢水培養基為微藻的生長提供必需的養分，而處理后的水可以再循環使用，以降低微藻培養的成本，因此，值得研究廢水系統中微藻生長的因素和最佳條件。

重慶大學研究人員選取柵藻屬quadricauda為目標藻種，在不同湍流強度和農業植物激素條件下研究其生物量積累、光合特性、養分去除效率和循環特性。結果表明，中等湍流強度和混合植物激素為滿足養分去除和回收性能提供了最佳操作條件，與靜止組相比，生物量濃度和脂質產量分別增加了24.78%和70.00%，氨氮和磷酸鹽處理的最高去除率分別為 77.49% 和 65.17%（Huang，2022）。

該研究采用易科泰公司提供的AquaPen手持式葉綠素熒光儀測量PSII最大光化學效率Fv/Fm，來評估微藻細胞光系統II活性，結果見下表，表中列出了葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量和潛在最大光合效率，可以看出M+GIB條件下葉綠素含量達到最高值8.84±0.22 mg/L，湍流組的Fv/Fm值是對照組的1.12倍，揭示出湍流對藻類光系統II和Fv/Fm的正向作用。

案例二 可持續生物烷烴氣體生產和可再生能源的低碳戰略

鑒于當前和今后嚴峻的能源危機和碳排放因素，Mohamed Amer和清華大學陳國強等人（Amer，2020）利用FMT150作為培養和反應容器，對工業藻株大腸桿菌（E. coli）、嗜鹽單胞菌（Halomonas）、集胞藻（Synechocystis）所產生的丙烷和丁烷氣進行研究，并構思出適用于發達和發展中國家可持續生物烷烴氣體生產和可再生能源的實驗設計圖以及量產流程圖。

案例三 城市污水、污水污泥和農業廢棄物厭氧消化物的微藻培養

為了降低藻類工業化培養如二氧化碳、氮和磷等營養物質成本，Zuliani等研究人員（2016）使用來自城市廢水、污水污泥和農廢處理廠的三種不同厭氧消化物作為營養源培養不同微藻藻株，結果發現后兩者條件下的小球藻培養物中每體積的脂質產量增加了300%以上，該研究相關結果證明了使用不同厭氧消化物改善生物量或脂質生產的可能性，。

該研究利用MC 1000進行8通道藻類恒溫培養和測量，每個試管都由一個獨立的LED燈列提供照明，可分別獨立設置光強及時間，實驗光強統一設置為400 µmol·m⁻²·s⁻¹，此外為了防止細胞聚集還配備了氣泡混勻模塊，每5分鐘測量一次光密度Abs680（與葉綠素含量成比例），Abs720（表征細胞數），680/720（表征每個細胞中葉綠素含量的變化）。利用FluorCAM葉綠素熒光成像測量Fv/Fm參數，評估藻類隨時間積累后的脅迫增加，高光條件下該值在0.5到0.59之間變化，例外是在dC5HS中生長的Scenddesmus I藻株，其Fv/Fm高達0.69。以上結果表明，不同生長介質中的生長并未顯著改變 PSII 的量子效率。

案例四 生成隨機突變體以提高藻類光利用效率進而生產更多生物燃料

藻類培養的生產力取決于將陽光轉化為生物量和脂質的效率，自然環境中的野生藻類朝著競爭光能將單個細胞的生長的方向進化，而在光養生物反應器中提高整體生產力才是主要目標，研究人員用甲磺酸乙酯 (EMS) 處理Nannochloropsis gaditana，誘導隨機基因組突變，以產生細胞色素含量降低的藻類，結果表明有助于在實驗室規模培養條件下提高該藻類的生物燃料生產率（Perin，2015）。

該研究用SL3500光源為藻類提供培養光照，利用FluorCam葉綠素熒光成像篩選突變藻，并充分運用F0/Area，Fv/Fm，NPQ等參數進行分析。

易科泰生態技術公司提供藻類生物質能源研究技術全面解決方案

1.藻類葉綠素熒光與光合作用測量：包括FL6000雙調制葉綠素熒光儀、AquaPen手持式藻類熒光測量儀、AOM藻類葉綠素熒光在線監測等，可選配氧氣傳感器用于藻類光合作用測量

2.藻類葉綠素熒光成像分析：包括FKM多光譜熒光動態顯微成像系統、FluorCam熒光成像系統等

3.藻類培養與在線監測：包括AlgaeTron藻類培養箱、FMT150藻類培養與在線監測、MC1000 8通道藻類培養與在線監測、定制型光養生物反應器、SL3500光源等。

4.AlgaTech高通量藻類表型分析平臺，可自動運行藻類葉綠素熒光成像分析、高光譜成像分析等。

參考文獻

1.Saad, M. G., Dosoky, N. S., Zoromba, M. S. & Shafik, H. M. Algal Biofuels: Current Status and Key Challenges. Energies 12, 1920 (2019).

2.Huang, H., Zhong, S., Wen, S., Luo, C. & Long, T. Improving the efficiency of wastewater treatment and microalgae production for biofuels. Resources, Conservation and Recycling 178, 106094 (2022).

3.Amer M, et al. 2020. Low Carbon Strategies for Sustainable Bio-alkane Gas Production and Renewable Energy. Energy & Environmental Science 13(6): 1818-1831.

4.Zuliani, L. et al. Microalgae C*tion on Anaerobic Digestate of Municipal Wastewater, Sewage Sludge and Agro-Waste. IJMS 17, 1692 (2016).

5.Perin, G. et al. Generation of random mutants to improve light-use efficiency of Nannochloropsis gaditana cultures for biofuel production. Biotechnol Biofuels 8, 161 (2015).