創(chuàng)新納米氣泡技術(shù)：助推生物與能源與碳減排的未來

由于大氣中二氧化碳含量高居高不下，氣候變化對世界的影響日益加劇。工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府機構(gòu)已采取多項舉措來應(yīng)對這一問題，并推動二氧化碳封存以及減少化石燃料燃燒消耗。其中一個主要解決方案是生產(chǎn)不依賴不可再生資源的合成燃料。雖然現(xiàn)有的自然和人為的碳匯已經(jīng)發(fā)揮了有益作用，但科學(xué)界正轉(zhuǎn)向利用藻類生產(chǎn)來進行二氧化碳封存，有助于我們實現(xiàn)碳封存以及生物燃料產(chǎn)生的目標(biāo)。

東京大學(xué)、國立清華大學(xué)和九州大學(xué)教授發(fā)表了題為《Innovative nanobubble technology: Fuelling the future of bioenergy and carbon mitigation》的文章，文中強調(diào)了納米氣泡技術(shù)的重要性，通過利用納米氣泡形式（<200nm）來提高生物質(zhì)產(chǎn)量。與傳統(tǒng)方法相比，納米氣泡技術(shù)有助于在更低的操作壓力下溶解大量的CO₂，且所需時間縮短10倍甚至更多。因此，此類方法提供了以低成本生產(chǎn)高價值的機會，有助于可持續(xù)的循環(huán)生物經(jīng)濟。同時也提出了結(jié)合納米氣泡技術(shù)的CO₂封存、生物基產(chǎn)品生產(chǎn)以及廢水處理的概念模型，旨在以可持續(xù)的方式實現(xiàn)效益最大化。這一生物精煉模型的實時有可能是克服當(dāng)前封存挑戰(zhàn)、恢復(fù)碳平衡的重要一步，從而促進可持續(xù)發(fā)展。

文中首先闡述了經(jīng)過一系列調(diào)研不同行業(yè)二氧化碳的排放量、通用二氧化碳捕集機制、納米氣泡技術(shù)在碳利用、碳封存中的整合應(yīng)用總結(jié)其特性與優(yōu)勢。如圖1所示。

圖1. 不同行業(yè)二氧化碳的排放量、通用二氧化碳捕集機制、納米氣泡技術(shù)在碳利用、碳封存中的整合應(yīng)用總結(jié)其特性與優(yōu)勢

隨后闡述了藻類在能源方面的應(yīng)用前景。藻類是一種極具前景的可再生能源，有望顯著降低對傳統(tǒng)燃料的依賴以及其相關(guān)的負面環(huán)境光影響。此外藻類的利用有助于緩解生態(tài)污染的根本驅(qū)動因素。圖2展示了納米氣泡技術(shù)與藻類生物精煉流程（培養(yǎng)、收獲、預(yù)處理和加工）的整合流程。

圖2. 納米氣泡技術(shù)與藻類生物精煉流程（培養(yǎng)、收獲、預(yù)處理和加工）的整合流程

闡釋了納米氣泡的特點以及對于藻類生長的影響。CO₂微米氣泡粒徑在10-100μm之間，與CO₂納米氣泡相比雖然都是CO₂的氣泡形式，但在尺寸、穩(wěn)定性和性質(zhì)上存在差異。納米氣泡由于其尺寸更小，穩(wěn)定性更優(yōu)、濃度更高、大大提高氣體的溶解度。如圖3所示。通過將不同濃度的空氣納米氣泡水代替普通水研究了兩種藻類的生長變化發(fā)現(xiàn)，納米氣泡水有助于提高細胞數(shù)量和有價值代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。如表1所示。

圖3. 微米氣泡和納米氣泡對氣體溶解速度的影響

表1. 不同比例空氣納米氣泡水對兩種藻類的生長影響

圖4. 納米氣泡發(fā)生系統(tǒng)與煙氣及廢水處理系統(tǒng)整合

本篇文章全面探討了將納米氣泡技術(shù)整合到微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中以增強二氧化碳封存和生物燃料生產(chǎn)的潛力，納米氣泡系統(tǒng)更快地將二氧化碳溶解在水介質(zhì)中，促進了微藻對二氧化碳的高效吸收，從而提高了生長速率和生物質(zhì)產(chǎn)量。納米氣泡系統(tǒng)的整合有助于在不損害環(huán)境的情況下高效利用二氧化碳，并且可以與廢水處理設(shè)施集成，利用廢水作為藻類的營養(yǎng)源。納米氣泡技術(shù)無疑對致力于提高藻類生物質(zhì)產(chǎn)量的項目提供了巨大的幫助，通過生產(chǎn)生物燃料為緩解氣候變化和減少對石化燃料的依賴提供了一種有前景的方法。進一步的研究對于優(yōu)化納米氣泡技術(shù)與微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的整合、探索不同的藻類菌株和操作條件以及解決其經(jīng)濟和環(huán)境影響至關(guān)重要。