微藻应用新思路

正在进行光合作用的微藻

  继重庆一研究团队成功试验沙漠里种庄稼后,重庆大学一个教师团队又在微藻能源领域取得新的技术突破。这项技术的带头人就是重庆大学教授廖强。

正在进行光合作用的微藻
正在进行光合作用的微藻
讲解微藻
讲解微藻
廖强教授(左四)正在实验室给大家讲解微藻的特性
廖强教授(左四)正在实验室给大家讲解微藻的特性

  前不久,廖强所在的重庆大学动力工程学院教师团队凭借这一技术创新,以及良好的师德、师风,入选了全国“黄大年式”教师团队。

  神奇微藻

  吸的是二氧化碳,吐出的是燃料

  在重庆大学动力工程学院微藻人工温室和微生物燃料电池人工温室中看到,偌大的实验室内,形态各异的试管等容器中,全是绿色的微藻,其外观就像是苔藓和藻类植物的结合体。

  廖强教授介绍,微藻是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小藻群,有两万多种,它是水体生态系统中的初级生产者。微藻生长的原理是光合作用,光合作用效率较高,是树木等陆生植物的10倍以上,生长周期一般只需六到七天。

  “它们就像是一个由太阳能驱动的细胞工厂。”廖强教授比喻道。在这个工厂里,微藻可源源不断地将二氧化碳和废水中的氮、磷等物质转化为富含油脂、糖和蛋白的生物质。此后这些油脂就可以被转换成生物柴油,实现变废为宝。

  实验室内严格控制光照和水源,模拟各种二氧化碳、氧气等空气中常见元素的环境,监测何种情况下微藻的转化效率最高。

  这样生产出来的“微藻”,可以“吸入”空气中的二氧化碳,再把它“吐出来”,转化为可再生的生物燃料,并且转化率极高。1公斤的量就可以吸收1.8公斤的二氧化碳。

  技术创新

  突破微藻能源领域技术瓶颈

  在微藻能源领域,针对现有微藻培养光生物反应器体积大、占地宽、成本高、产率和效率低等突出问题,廖强教授的团队开展了系统的理论和实验研究工作,原创性地提出多种高效微藻培养光生物反应器技术,其性能居于国际先进水平;同时,开创性提出采用中低温太阳能对微藻进行热水解,然后利用水解液进行发酵制取富氢甲烷等生物燃气的新的技术路线,以提高微藻制取生物燃料的效率,推动微藻能源走向实用化。目前,在国家自然科学基金重点项目和中-泰国际合作项目资助下,已突破关键的技术瓶颈,实现了实验装置验证。双方已签订合作协议,合作初步成果已于2017年底投入使用。

  目前,廖强教授的团队正在建立600平方米的新平台,这个一体化平台集合了微藻培养和太阳光中温转化,并采用光伏电池转化白天过剩太阳光,以供给晚上微藻光合作用需要的光,实现以太阳能投入微藻减排和能源化转化。接下来,他们要将此平台推广到工业减排、废水厂净化废水和柴油生产等领域。

  廖强教授望着手中盛满绿色微藻的试验器皿,满怀憧憬。据他估算,“若我国1.5%的土地面积用来养殖微藻,可减少2015年我国约90亿吨的二氧化碳排放量,能生产出约8亿吨的生物柴油,够全国一年半的燃油使用量。”

  前景展望

  希望用微藻探索方案治理雾霾

  基于微藻吸入二氧化碳消耗废弃物的特性,廖强教授带领的这一团队正在将微藻的功能作用与雾霾治理相结合,“我们希望能借此为雾霾治理提供很好的解决方案。”

  他们笑称自己是“烧锅炉的” 扎根实验室攻坚克难出硕果

  廖强牵头的这个团队,主要研究热能工程方向,他们笑称自己是“烧锅炉的”。

  这究竟是一个什么样的团队?这个团队一共有15人组成,他们中有6位是“80后”。团员大多是本科和硕士阶段在重庆大学就读,博士或博士后阶段前往国外深造,完成学业后又回到重庆大学留校任教。

  32岁的付乾曾留学日本,他把团队取得突出成果的原因归结为一种“不怕吃苦、扎根实验室”的精神。

  在这个团队中,叶丁丁的一段故事常常被学生们用以自勉。

  2011年,叶丁丁已经怀孕,而她参与的一项实验也进入关键攻坚阶段。虽然实验室中化学试剂气味刺鼻,为了能突破实验中的这道难关,她仍然坚持来实验室,一边指导,一边动手实验,直到临产。

  科研人的这份坚守与品性,铸就了团队辉煌而丰硕的成果,也身体力行地感染着身边的学生。

  目前,团队分别在河北廊坊和酒钢建设“高温高含尘烟气连续高效余热深度回收技术”工业示范基地和“液态熔渣高效热回收与资源化利用技术”工业化示范装置。

  通俗来说,这两项技术可以把工厂内的高温含尘烟气、高温熔渣这些看来没什么作用的废弃物,通过科技手段进行能源和资源化利用,净化环境的同时回收热能和钢渣资源。

  除此之外,团队开发的三维内肋管强化传热技术也处于国内领先、国际先进水平,部分达到国际领先水平。

  廖强教授带领的重庆大学“黄大年式教师团队”,主攻热能工程方向和新能源与可再生能源方向,注重科研成果转化。目前,团队的多项成果已逐步成为我国节能减排与再生能源的“中坚力量”。

 

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