Эффективность поглощения CO₂ микроводорослями Arthrospira platensis из смеси, моделирующей дымовые газы

Для достижения декарбонизации энергетики требуется поиск способов сокращения выбросов парниковых газов в окружающую среду, в том числе утилизации углекислого газа, образующегося при сжигании углеводородных топлив на энергетических объектах. Один из перспективных способов – это поглощение диоксида углерода биотой, причем не только наземными растениями, но и водными организмами, в том числе специально выращиваемыми микроводорослями. В данной работе проведено исследование эффективности абсорбции углекислого газа концентрацией около 6% из газовоздушной смеси микроводорослями Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl. Такая концентрация была выбрана на основе экспериментального определения содержания CO₂ в дымовых газах, образующихся на промышленных газопоршневых электростанциях. Эксперименты проводились с использованием закрытого фотобиореактора вместимостью 100 дм³, размещенного в газовой камере, позволяющей создавать повышенные концентрации СО₂ в газовоздушной среде. Максимальная скорость роста биомассы микроводорослей – 0.140 г/(дм³ · сут). Эффективность поглощения СО₂ микроводорослями составила 0.220 г/(дм³ · сут) по результатам определения продуктивности микроводорослей по биомассе и 0.235 г/(дм³ · сут) по результатам прямого измерения концентрации СО₂ в камере. Концентрация основных питательных веществ (гидрокарбонатов, фосфатов и нитратов) в среде за период эксперимента снизилась на 25–50%. Проведен сравнительный анализ потребления микроводорослями углерод-содержащих компонентов среды (${\text{HCO}}_{3}^{ - },${\text{CO}}_{3}^{{2 - }}$) при барботировании культуральных жидкостей газовоздушной смесью с различным содержанием углекислого газа. В целом, продемонстрирована хорошая жизнеспособность микроводорослей A. platensis (высокое качество биомассы и высокая скорость роста) при культивировании ее в атмосфере с повышенной концентрацией (6%) CO₂.

—Decarbonization of the power industry requires the search of methods for cutting down the greenhouse gas emissions into the environment, including utilization of carbon dioxide generated during combustion of hydrocarbon fuels at power facilities. One of the promising methods is the capture of carbon dioxide by biota, not only by terrestrial plants but also by aquatic organisms, including specially cultivated microalgae. In this work, the efficiency of the capture of carbon dioxide with a concentration of approximately 6% from a gas–air mixture by Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl microalgae was studied. This concentration has been selected on the basis of experimentally determining the CO₂ content in flue gases formed at industrial gas-piston power plants. The experiments were performed using a closed photobioreactor with a capacity of 100 dm³ installed in a gas chamber enabling elevated СО₂ concentrations in an air–gas environment to be created. The maximum growth rate of the microalgae biomass is 0.140 g/(dm³ · day). The effectiveness of CO₂ capture by microalgae was 0.220 g/(dm³ · day) based on the results of determination of the microalgae productivity by biomass and 0.235 g/(dm³ · day) based on the results of direct measurement of СО₂ concentration in the chamber. The concentration of the main nutrients (such as bicarbonates, phosphates, and nitrates) in the medium decreased by 25–50% during the experiment period. A comparative analysis of the consumption of carbon-containing components of the medium (${\text{HCO}}_{3}^{ - },${\text{CO}}_{3}^{{2 - }}$) by microalgae during the bubbling of cultural liquids with a gas–air mixture with different carbon dioxide content was performed. In general, good viability of A. platensis microalgae (high quality of biomass and high rate of its growth) was demonstrated when it was cultivated in an atmosphere with a high concentration (6%) of CO₂.