本项目重点关注微藻的商业化培养，并研究其在食品、废水处理、生物燃料和生物精炼等领域的商业化应用。在食品领域，微藻的商业化培养已有数十年历史，但高成本导致产品价格居高不下。在废水处理领域，微藻被视为一种可持续的替代方案，但实际应用仍受到限制。在生物燃料领域，由于成本高昂且可持续性存疑，目前尚未有商业化设施投入运营。生物精炼领域同样面临着商业化瓶颈。此外，本项目还研究了大规模微藻培养所面临的挑战，包括工艺设计和操作等方面。例如，目前大多数商业化培养都采用光生物反应器。开放式跑道池虽然建设和运营成本较低，仍然是商业化生产的首选，但其对光照和温度等环境因素的控制能力较弱。在气候和选址方面，虽然高辐射地区预计拥有更高的生产力，但也面临着高温导致的水分蒸发和生物量损失等问题，而且优质的土地资源大多已被用于传统农业生产。在规模化生产方面，通过简单的线性外推计算即可发现，大规模微藻培养需要占用巨大的土地面积。此外，能源和人力等因素也是制约微藻产业发展的重要因素。为了缩小实验室研究与实际生产之间的差距，人们在多个方面进行了积极的探索。在微藻生物学方面，研究人员致力于分离更适应当地环境的微藻物种，并研究不同季节轮换培养不同菌株或物种的可能性，以及利用转基因技术改良微藻。在选址方面，需要综合考虑气象条件、环境因素以及后勤保障等约束条件。在工艺设计改进方面，开发新型反应器并结合数学建模，以提高反应器的性能。生物质的收获和加工技术也取得了一定的进展。在过程控制改进方面，研究人员致力于识别和控制各种压力因素，以维持微藻的高生产力并防止培养体系崩溃，例如优化二氧化碳输送系统，并对工艺参数进行动态控制。此外，还应用在线监控、物联网和机器学习等技术来实现微藻培养的智能化控制。工艺整合也是一个重要的方向，即将微藻生产与现有的农业和食品产业相结合，利用食品安全级别的废弃物流以及农场或加工厂的闲置加工能力，实现资源的循环利用。