“海洋微藻作為‘后石油時代’有望破解能源危機(jī)的一把鑰匙,，具有產(chǎn)能大、無污染,、可再生等優(yōu)點,，發(fā)展前景十分美好。但由于我國海洋微藻能源研究及應(yīng)用尚處于起步階段,，仍有許多問題難以解決,。因此，海洋微藻能源的發(fā)展可謂喜憂參半,。”中國科學(xué)院海洋研究所研究員劉建國對記者表示,。
未來重要的可再生能源
海洋微藻沒有高等植物的根莖葉等細(xì)胞分化,，在缺氮等條件下，某些單細(xì)胞微藻可積累干重50%以上的油脂,，是最有發(fā)展前景的產(chǎn)油生物之一,。
目前，我國已經(jīng)成為世界上能源消耗和二氧化碳排放最大的國家之一,，如何減少和擺脫對化石資源的依賴,，保障能源供給安全，已經(jīng)成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需解決的重大戰(zhàn)略問題,。
劉建國介紹說,，目前國內(nèi)外掀起了生物質(zhì)能源開發(fā)的熱潮, 其中利用油料作物生產(chǎn)生物柴油和利用產(chǎn)淀粉作物生產(chǎn)乙醇，成為生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的主流,。巴西利用種植甘蔗和蓖麻來生產(chǎn)乙醇和生物柴油,，美國利用種植玉米和大豆來生產(chǎn)乙醇和生物柴油，歐洲主要利用種植油菜來生產(chǎn)生物柴油,，這些都受到了國際上的普遍重視,。然而，這些生物質(zhì)能源開發(fā)技術(shù)主要還是依賴農(nóng)作物,，大量糧食和食用油的使用造成了世界糧食的緊張和價格的上漲,，導(dǎo)致生物質(zhì)能源開發(fā)與人爭土地、水和糧食資源的被動局面,。
“我國人口多,、人均水土資源少的國情決定了依靠耕地大規(guī)模種植能源植物勢必與糧食安全發(fā)生沖突，因此我國不能效仿國外的模式來發(fā)展生物質(zhì)能,，必須另辟新徑,。”劉建國說。
他進(jìn)一步解釋：“利用海藻生產(chǎn)生物質(zhì)能不僅有利于解決能源短缺的問題,，而且將大大推動海洋生物資源開發(fā),，構(gòu)建新型農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，有利于環(huán)境質(zhì)量的改善,、修復(fù)和保護(hù),。”
據(jù)了解，山東有十幾個課題組在從事微藻研究,，已發(fā)現(xiàn),、篩選、培育了幾十個富油藻種,，并開始運(yùn)用基因工程技術(shù)改造藻種,。還有一些技術(shù)力量正在進(jìn)行微藻生物柴油制備技術(shù)的研究。
中科院海洋研究所專家韓笑天表示,，海洋微藻產(chǎn)油主要基于微藻細(xì)胞吸收二氧化碳,，光合效率高,、生長繁殖快，并且在某些條件下可以大量積累油脂,，經(jīng)過生物冶煉可開發(fā)生物柴油和優(yōu)質(zhì)航空汽油,，直接應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)和交通領(lǐng)域，其優(yōu)勢和特點十分明顯,。而且微藻生物能源可以再生,，燃燒后不排放有毒有害物質(zhì)，對大氣二氧化碳沒有凈增加,。
海洋微藻利用天然海水作為培養(yǎng)基,，對于淡水資源十分缺乏的中國來說具有獨特的吸引力。發(fā)展海洋微藻產(chǎn)業(yè)可以充分利用我國廣闊的海域,、鹽堿灘涂等非耕國土資源,，不存在與傳統(tǒng)糧食作物爭地的問題。據(jù)計算,，我國鹽堿地達(dá)1.5億畝,，如果用1/3的鹽堿地養(yǎng)殖微藻，所生產(chǎn)的生物柴油就可以滿足全國的燃油需求,。
“微藻是未來重要的可再生能源之一,。”中國海洋大學(xué)教授潘克厚說，微藻的光合作用效率高,，生長周期短,，倍增時間約3～5天，有的藻種甚至一天可以收獲兩季,，單位面積年產(chǎn)量是糧食的幾十倍乃至上百倍,。而且微藻脂類含量在20%～70%，這是陸地植物遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的,，可用于生產(chǎn)生物柴油或乙醇,，還可望成為生產(chǎn)氫氣的一條新途徑。
海洋微藻能源發(fā)展之憂
劉建國指出,，我國海洋微藻能源研究及應(yīng)用尚處于起步階段,，存在的突出問題是成本過高，理論和現(xiàn)實差距大,，許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破,，相關(guān)工程技術(shù)需要集成。
目前,，生長快的微藻藻種通常含油量只有10%～20%，體積小于10微米的細(xì)胞也不易于收獲,，而含油量大于60%的藻種生長速度較慢,，因此需要開展工程藻種的良種優(yōu)化,，選育細(xì)胞生長快、含油量高和易于收獲的藻種?，F(xiàn)在的研究工作多停留在實驗室和小規(guī)?；A(chǔ)上，缺少適宜于自然陽光和溫度變化條件下的細(xì)胞高密度原理與培養(yǎng)技術(shù),，如何規(guī)模放大是當(dāng)前的主要瓶頸,。此外，微藻細(xì)胞小,、細(xì)胞壁大多堅硬,，缺乏經(jīng)濟(jì)有效的藻體收獲和細(xì)胞破壁技術(shù)，也是當(dāng)前面臨的問題,。
劉建國說,，微藻細(xì)胞工程培養(yǎng)存在多種渠道的敵害生物污染，嚴(yán)重影響培養(yǎng)效率甚至導(dǎo)致徹底失敗,，需要建立敵害生物污染綜合防治技術(shù),。另外，目前關(guān)鍵培養(yǎng)裝置的規(guī)模在幾百噸,，缺少工業(yè)化培養(yǎng)的大型光生物反應(yīng)器裝置,。
建立基地集中攻關(guān)
針對微藻能源研究和應(yīng)用中存在的主要問題，中科院海洋所專家建議建立模式平臺基地,，圍繞本領(lǐng)域上,、中、下游關(guān)鍵技術(shù)問題,，集中開展以下攻關(guān)研究,。
在組織管理層面，成立聯(lián)合開發(fā)組織和管理機(jī)構(gòu),，設(shè)立專門的微藻生物能源開發(fā)基金,；制訂優(yōu)惠政策，加大投資力度并吸引社會資金,，協(xié)調(diào)相關(guān)部門,、機(jī)構(gòu)和單位，形成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,。
在國家層面,，集中力量建立工業(yè)化微藻產(chǎn)油技術(shù)集成平臺，對限制微藻生物能源開發(fā)的關(guān)鍵理論和應(yīng)用技術(shù)難點開展聯(lián)合攻關(guān),，力爭率先突破關(guān)鍵技術(shù),，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工藝和流程，占領(lǐng)國內(nèi)外微藻生物能源開發(fā)的制高點,。
在技術(shù)和應(yīng)用層面,，在我國沿海海域定期開展微藻樣品系統(tǒng)采集,，并借助科學(xué)考察機(jī)會采集國外水樣，分離純化海洋微藻種質(zhì),，篩選高效產(chǎn)油海洋藻株,，同時對某些工程微藻進(jìn)行分子改良；研究有效培養(yǎng)用水氣,、肥料和設(shè)備處理的技術(shù),，建立有效的敵害生物聯(lián)防體系和高純度種源的擴(kuò)大培養(yǎng)系統(tǒng)；開展光生物反應(yīng)器放大技術(shù)研究,，突破制約規(guī)?；糯蟮募夹g(shù)瓶頸限制；探討微藻細(xì)胞多級收獲技術(shù),，建立經(jīng)濟(jì),、高效的微藻收獲工藝體系。
劉建國同時建議,，開展微藻長期?；钛芯浚⑼魑锓N子長期儲藏微藻活細(xì)胞的技術(shù),，為微藻細(xì)胞工程大量培養(yǎng)提供所需的良種,；結(jié)合高等植物油脂提取經(jīng)驗，探討適宜于微藻油脂提取冶煉生物柴油的技術(shù)工藝,。（生物谷Bioon.com）
