近年來, 生物質發電廠正在成為重要的能源和電力來源. 生物質燃料是一種綠色可再生能源, 且不會影響大氣中二氧化碳的總平衡. 從生物質中獲取能源可以減少對化石燃料和能源進口的依賴, 減少對環境的破壞, 實現零碳排放, 並提高農業生產廢棄物的利用率. 然而, 利用生物質燃燒進行發電的同時會生成電廠灰和煙氣[主要成分為CO 2和氮氧化物 (NO x) ]等汙染物, 且燃燒後的灰燼中有鎂, 鉀, 鈣等營養元素殘留, 這些汙染物的排放對生態環境造成破壞, 需要進行處理後才能安全排放. 通過能源微藻的培養, 可以脫去煙氣中的NOx和CO 2, 去除電廠灰中殘餘的無機元素, 降低環境汙染, 並可以提供生物燃料的原料, 生產高附加值產品.
中國科學院水生生物研究所王強學科組以小球藻Chlorella sp. C2為材料, 研究了微藻用於工業煙氣NO x生物減排, 作用機理和C/N代謝平衡, 並在此研究基礎上, 進一步評估以生物質發電廠所產生的電廠灰和煙氣作為營養源培養小球藻生產油脂的可行性.
研究發現, 當電廠灰納入培養基用作營養鹽的同時, 以煙道氣中的CO 2增強小球藻細胞的光合作用, 獲得分別比在常規BG11培養基培養的小球藻提高了39%和35%的油脂和生物量生產率. 小球藻細胞增長的同時, 降低了煙氣中NOx和CO2濃度, 達到接近100%的NOx脫硝效率和最大0.46gL-1d-1的CO 2脫除率. 培養結束後, 電廠灰的最大處理效率為13.33gL-1d-1, 且殘餘培養基中幾乎無營養元素殘留, 可以安全排放或回收迴圈利用, 進行連續微藻培養或農田澆灌. 基於這些結果, 該學科組首次提出生物質發電廠廢棄物的綜合處理迴圈經濟技術策略 (圖) , 即通過利用生物質電廠發電過程中釋放的工業廢料作為營養用於微藻培養, 同時生產生物油脂和其它高附加值產品, 實現負碳生物能源的生產, 並帶來經濟, 社會和環境效益.
研究工作得到了國家自然科學基金, 湖北省自然科學基金群體項目, 水生所淡水生態與生物技術國家重點實驗室及中科院科技服務網路倡議(STS)項目的資助. 相關研究成果以Algal biofuel production coupled bioremediation of biomass power plant wastes based on Chlorella sp. C2 cultivation為題, 線上發表在Applied Energy上.
