双碳目标背景下，碳捕获技术是减缓全球气候变化、降低大气碳排放的核心关键技术，而相较于传统工业碳捕集方式，微藻固碳凭借绿色低碳、能耗低、可同步实现生物质资源化利用的优势，成为极具发展潜力的新型碳解决方案，也是微藻生物制造产业的核心发展方向。但长期以来，光生物反应器内部工况复杂，微藻生长、碳吸收、流体传递等多重过程难以精准预判，建模精度不足、模拟体系不完善等问题，严重制约了微藻碳捕获技术的规模化落地与工业化推广，成为行业发展的主要技术壁垒。
针对这一产业痛点，本研究整合微藻生物制造全流程关键机理，创新构建了一套高精度、一体化的光生物反应器建模框架，为微藻固碳产业化提供了全新技术支撑。该框架打破单一模型的应用局限，融合物理、生物与数据驱动多重技术体系，实现了微藻培养全过程的精准模拟。研究通过数据驱动算法精准估算反应器气体滞留量，依托P1辐射模型精准还原内部光照分布情况，结合光暗周期二氧化碳吸收规律量化气液相间质量传递效率，同时搭载改良版生长动力学公式，精准捕捉微藻生长变化规律，大幅提升整体模型的预测精准度。
经过多项公开实验数据验证，该创新建模框架的平均绝对百分比误差低于11%，具备极高的稳定性与精准度，充分证实了模型的可行性与实用性。区别于传统模拟方式，这套一体化框架能够全面覆盖流体动力学、光照分布、质量传递、藻体生长等核心环节，完美适配规模化光生物反应器的生产模拟需求，有效解决了传统工艺参数模糊、调控盲目、能耗偏高的行业难题。
该项研究成果补齐了微藻碳捕获工业化建模的技术短板，为微藻生物制造工艺的智能化、精准化调控提供了核心理论与技术支撑。在产业层面，高精度建模框架能够有效优化反应器运行参数、提升微藻固碳效率与生物质产率，降低规模化培养的能耗与试错成本，推动微藻碳捕集技术从实验室小试走向大规模产业化应用，助力微藻产业构建高效、低碳、可持续的绿色生物制造体系，为生态碳减排与微藻资源化产业双向发展提供强劲助力。
原文链接：A hybrid approach for photobioreactor modeling in CO2 biofixation using microalgae cultivation
