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随着全球对清洁能源需求的增长，微藻作为生物燃料的潜在来源备受关注。然而，气态 CO2供应效率低限制了微藻大规模培养。研究人员评估多种绿藻利用碳酸氢盐光合的能力，发现 Chlamydomonas sp. JSC4 表现最佳，该研究为微藻生物燃料生产提供新策略。
在当今世界，能源问题与环境问题紧密交织，成为人类可持续发展道路上的巨大挑战。传统的化石燃料，作为过去很长一段时间里的主要能源，正面临着日益枯竭的困境。与此同时，对这些不可再生能源的过度依赖，引发了全球气候变暖等一系列严重的环境问题。如今，全球平均气温持续上升，极端天气频繁出现，给人类的生活和生态系统带来了极大的威胁。为了实现经济发展与环境保护的双赢，向着绿色经济转型已成为必然趋势，其中开发可再生清洁能源迫在眉睫。
微藻，这种微小却蕴含巨大能量的生物，在生物燃料领域展现出了令人瞩目的潜力。它能够利用光能，将二氧化碳（CO2）转化为各种有价值的物质，如生物燃料、高价值的生化产品等。与陆地植物相比，微藻具有更高的光合效率、碳固定能力和生物质生产力，其脂质生产力更是远超传统的第二代油料作物。然而，微藻大规模商业化应用的道路却困难重重，高昂的培养和生物质收获成本成为了主要阻碍。在微藻培养过程中，CO2作为关键原料，其在培养基中的低溶解度导致大量气体逸散回大气，不仅降低了碳利用效率（CUE），还增加了压缩、运输和储存等额外成本，使得微藻生物燃料的生产在经济上缺乏竞争力。
为了攻克这些难题，来自台湾成功大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于利用碳酸氢盐（HCO3-）作为微藻培养的碳源这一创新方向，旨在探索出一条更高效、更经济的微藻生物燃料生产路径。该研究成果发表在《Algal Research》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。他们从台湾成功大学藻类培养库选取了 4 种微藻菌株（Chlamydomonas sp. JSC4、Chlorella sorokiniana AK1、Chlorella vulgaris FSPE 和 Scenedesmus obliquus CNWN），在 pH 调控的碳酸氢盐培养基中进行培养。通过监测微藻的生长情况，测定生物质浓度、生产力，量化碳水化合物和脂质含量，并分析脂肪酸谱来评估生物柴油质量 。此外，还调整碳酸氢盐的浓度和培养模式，观察其对微藻生长和产物积累的影响。
在筛选微藻菌株利用碳酸氢盐作为无机碳源的研究中，研究人员发现，除 CNWN 外，其余菌株在 7 天培养结束时均达到稳定期，但各菌株对碳酸氢盐的利用潜力和生物质产量存在差异。其中，Chlamydomonas sp. JSC4 表现最为突出，它没有明显的延迟期，能够快速利用碳酸氢盐。在 50mM KHCO3、pH 8 的条件下培养 7 天，该菌株达到了最高的生物质浓度（1.05 ± 0.05 g/L）、生物质生产力（242 mg/L/ 天）、脂质含量（42.7 ± 0.85 %）和碳水化合物含量（39.16 ± 0.09 %），且其生物质生产力高于以往文献报道。研究还对所有菌株的生物柴油质量进行预测，结果显示均符合 ASTM D6751 和 EN 14214 标准。
进一步研究中，研究人员尝试提高碳酸氢盐浓度并采用分批补料培养模式。当将碳酸氢盐浓度提高到 100mM 并采用分批补料模式时，取得了令人惊喜的成果：生物质浓度提升至 1.45 ± 0.32 g/L，碳水化合物积累达到 58.25 ± 1.28 % DCW（干细胞重），碳固定效率提高到 63.8 ± 3.23 % ，相比供应 CO2的对照组（0.30 ± 0.04 %）有显著提升。
这项研究意义重大。它证明了在 pH 控制下，以碳酸氢盐为基础的微藻培养用于生物燃料生产是可行的。Chlamydomonas sp. JSC4 在碳酸氢盐培养条件下展现出卓越的生物质生长能力，以及较高的碳水化合物和脂质生产力。分批补料培养通过持续提供碳源，促进了生物质的增长，即使在营养充足的条件下，碳源也能快速分配到淀粉中。这一研究成果为解决微藻生物燃料生产过程中的关键问题提供了新的策略，有望降低生产成本，推动微藻生物燃料的大规模商业化应用，助力实现全球清洁能源目标，对缓解能源危机和应对气候变化具有重要的现实意义。
