中國水產(chǎn)門戶網(wǎng)報道      作為傳統(tǒng)的化石能源，石油和煤炭是地球通過漫長的地質(zhì)運動才攢下的“家底”，正在日漸短缺。生物質(zhì)能因為可利用生物體吸收今天的碳（空氣中的二氧化碳）直接合成含碳能源，相關技術廣受關注。

　　而微藻，目前被認為是最具潛力的油脂生物質(zhì)資源。
　
　　三位一體的新興產(chǎn)業(yè)

　　人們希望利用太陽能和二氧化碳，通過光合作用獲得大量的含油微藻細胞，將油脂從微藻細胞中提取分離出來，再通過催化轉(zhuǎn)化過程將藻油制備成生物柴油或航空煤油。

　　微藻制油優(yōu)點多多。首先它不與人爭糧，不與糧爭地，光合效率高，可充分利用灘涂、鹽堿地、沙漠、山地丘陵進行大規(guī)模培養(yǎng)，也可利用海水、苦咸水、廢水等非農(nóng)用水進行培養(yǎng)。其產(chǎn)出率高出傳統(tǒng)作物數(shù)十倍，可有效解決非糧食可再生生物質(zhì)能源的資源瓶頸。

　　微藻油脂含量高。在一定的誘導脅迫條件下，某些單細胞微藻可積累相當于細胞干重50%～70%的油脂，這是其他任何油料作物都無法比擬的。

　　在利用微藻生產(chǎn)生物柴油的同時，還可副產(chǎn)大量的藻渣生物質(zhì)，作為進一步生產(chǎn)蛋白質(zhì)、多糖、色素、碳水化合物等的原料，廣泛用作高值化學品、保健品、食品、飼料、水產(chǎn)餌料等。

　　而且特別重要的是，微藻制油具有二氧化碳減排效應。理論上計算，每生產(chǎn)培養(yǎng)1噸微藻，可以捕獲1.83噸二氧化碳。

　　一些學者甚至認為微藻是解決能源與環(huán)境問題的終極出路，微藻能源產(chǎn)業(yè)被認為是集能源生產(chǎn)、固碳減排與農(nóng)業(yè)發(fā)展三位一體的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

　　復雜的系統(tǒng)工程

　　不過，“前途光明，道路曲折”。雖然微藻用于生產(chǎn)生物燃料的優(yōu)勢明顯，但微藻生物燃料技術鏈是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及多個科學與工程技術問題。

　　大規(guī)模微藻生物質(zhì)資源獲得困難和微藻生物能源產(chǎn)品成本過高是目前微藻生物能源技術面臨的兩大瓶頸。以目前的技術進行產(chǎn)業(yè)化，存在大規(guī)模培養(yǎng)占地面積過大、基礎建設投資過高、加工過程能耗物耗過大的問題。

　　這兩大瓶頸的解決需要從微藻生物能源產(chǎn)業(yè)鏈涉及的各個環(huán)節(jié)進行技術攻關與突破。

　　首先要強化優(yōu)質(zhì)藻種選育技術的研究，通過現(xiàn)代生物技術，獲得和構(gòu)建能夠適應工業(yè)化大規(guī)模應用、高光效、高油脂產(chǎn)率和高抗逆的工程微藻株系。

　　其次要特別加強微藻規(guī)模培養(yǎng)工藝與裝備技術開發(fā)。目前，微藻的規(guī)模培養(yǎng)遠未能充分發(fā)揮其速生高產(chǎn)的優(yōu)勢。因此需要發(fā)展高效低成本可規(guī)模化的微藻培養(yǎng)創(chuàng)新技術體系，建立和發(fā)展廢水和燃廠廢氣CO2利用的微藻生態(tài)養(yǎng)殖技術，大幅度提高單位面積微藻生物產(chǎn)率、降低物能消耗，從根本上解決培養(yǎng)占地和成本瓶頸。

　　第三要研究開發(fā)高效低能耗的微藻加工轉(zhuǎn)化的工藝、關鍵技術與裝備，形成和建立以微藻生物柴油、航空煤油等為核心能源產(chǎn)品，以微藻生物質(zhì)全組分多元化利用為特色的微藻生物煉制技術體系。

　　

　　國外的研發(fā)競賽

　　國外的微藻制油技術研發(fā)曾經(jīng)歷起伏。受第一次石油危機的影響，美國于1978年啟動了耗資2500萬美元的水生物種項目，旨在利用微藻生產(chǎn)生物柴油。科研人員篩選出300余株產(chǎn)油藻種，重點開發(fā)適于微藻生物柴油生產(chǎn)的培養(yǎng)系統(tǒng)和制備工藝。

　　上世紀90年代，日本國際貿(mào)易和工業(yè)部也曾資助一項“地球研究更新技術計劃”。該項目著力開發(fā)密閉光合生物反應器技術，利用微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的二氧化碳來生產(chǎn)生物質(zhì)能源，10年間共投資約25億美元。篩選出多株耐受高二氧化碳濃度、生長速度快、能形成高細胞密度的藻種，建立了光合生物反應器的技術平臺以及微藻生物質(zhì)能源開發(fā)的技術方案。但由于90年代后期油價大幅降低，而微藻制油的關鍵技術未獲突破，成本過高，相關技術研究處于停滯狀態(tài)。

　　進入21世紀，石油價格一度大幅上揚，人們對未來化石能源供應短缺普遍感到擔憂，再加上“使用化石能源導致全球氣候變暖”的普遍認知，微藻能源技術重新受到高度關注，多國政府、研究機構(gòu)、高校與大公司等都紛紛投入巨資，以期占領戰(zhàn)略制高點和實現(xiàn)技術壟斷。

　　2007年10月，國際能源公司宣布開發(fā)微藻生物燃料技術。同年12月，Shell公司宣布與HR Biopetroleum公司組建Cellena公司，投資70億美元在夏威夷開展微藻生物柴油技術研究。美國第二大石油公司Chevron則于當年底宣布，與美國能源部可再生能源實驗室協(xié)作研究微藻生物柴油技術。荷蘭AlgaeLink公司也于當年宣布開發(fā)成功新型微藻光生物反應器系統(tǒng)，開始向全球銷售其反應器，并提供技術支持。2008年，英國碳基金公司啟動項目，計劃耗資2600萬英鎊于2020年前實現(xiàn)利用藻類生產(chǎn)運輸燃料。

　　奧巴馬政府上臺后，美國啟動了綠色能源拉動經(jīng)濟增長的新計劃，20億美元的投入中有12億美元用于微藻生物能源技術研發(fā)。此外，美國Exxon Mobil公司宣布投資給Synthetic Genomics公司6億美元發(fā)展相關技術。

　　值得關注的是，繼波音公司在美國西雅圖完成微藻生物燃油的飛機首航，造成巨大的轟動效應以后；2009年11月23日，法航和荷航的一架747客機搭載約40名特殊乘客從阿姆斯特丹起飛，這是歐洲第一架使用微藻生物燃料驅(qū)動升空的民航客機。

　　中國的技術現(xiàn)狀

　　我國在藻種篩選、生理生態(tài)學等上游工作方面已有較多積累，如中科院水生生物所、中國海洋大學都建立了相當規(guī)模的海水、淡水藻種資源庫，擁有一批具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)油藻株。但對工業(yè)化藻株的篩選改造和評價還不夠深入。

　　我國的經(jīng)濟微藻商業(yè)化生產(chǎn)處于世界前列。在以保健品和餌料應用為目的的小球藻、螺旋藻生產(chǎn)方面，我國的產(chǎn)量占全球的50%以上。通過小球藻、螺旋藻等的規(guī)模培養(yǎng)，我國建立起了良好的微藻規(guī)模培養(yǎng)技術基礎。

　　我國自“十一五”開始布局以生物能源生產(chǎn)為目標的微藻能源研究。以中科院海洋所、過程工程所、青島生物能源與過程所，清華大學、華東理工大學等為代表的眾多科研單位相繼開展了高產(chǎn)油藻種的選育與改造、高效微藻光反應器、高密度培養(yǎng)、高效加工等技術研究工作，形成了如微藻光合—發(fā)酵誘導耦合培養(yǎng)技術、高效低成本雜交式反應器技術、高效薄層開放池培養(yǎng)技術、高效CO2補碳技術、高效低成本濕藻油脂直接提取技術、高效生物柴油催化轉(zhuǎn)化技術等一批特色創(chuàng)新技術。

　　此外，中石油、中石化、新奧燃氣集團等企業(yè)也進入微藻生物能源技術領域。如新奧集團建成了國內(nèi)規(guī)模最大的11000升多層管道式立體培養(yǎng)反應器。

　　目前，我國相關技術總體水平與國外同步，部分領域研究思路和進展甚至領先，但大規(guī)模的系統(tǒng)建設、過程優(yōu)化、工藝評價與國外仍有一定差距；須進一步推動自主知識產(chǎn)權的藻種選育與改造、規(guī)模化培養(yǎng)與加工關鍵技術的創(chuàng)新，建立全流程集成的中試示范體系，為2020年左右形成萬噸級產(chǎn)業(yè)化示范奠定基礎。

　　筆者相信，隨著技術的成熟與完善，碳匯和化石能源資源的短缺，微藻生物能源終將實現(xiàn)與傳統(tǒng)能源的競爭，成為全社會重要的能源解決方案和供應體系。