更高效、環(huán)保的“產(chǎn)油大王”
微藻是遍布全球水體的浮游植物，每年由微藻光合作用固定的二氧化碳占全球二氧化碳固定量的40%以上，在能量轉(zhuǎn)化和碳元素循環(huán)中起到舉足輕重的作用,。有些微藻把光合作用產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成油貯藏起來(lái)，在細(xì)胞內(nèi)形成油滴,。從這些微藻提取的油通過(guò)轉(zhuǎn)酯化后可轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅峒柞?，即生物柴油。還有一些微藻能夠合成長(zhǎng)鏈烯烴,，也具有發(fā)展生物燃料的潛力,。微藻和高等植物的油屬三酰基甘油酯,，都可作為生物柴油的生產(chǎn)原料,。
與柴油相比，生物柴油除了具有較好的燃料性能,、潤(rùn)滑性能和安全性能,，還具有二氧化硫和硫化物排放低、不含芳香族烷烴等環(huán)保特性,。
與一些產(chǎn)油植物相比,，利用微藻生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)勢(shì)在于以下幾個(gè)方面：首先，微藻單位面積的產(chǎn)率高出高等植物數(shù)十倍,；其次,，微藻沒(méi)有高等植物的根莖葉等器官分化，在缺氮等條件下,，某些單細(xì)胞微藻可大量積累油脂,，含油量可高達(dá)70％；再次,，微藻可利用灘涂,、鹽堿地、荒漠進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng),，可利用海水,、鹽堿水和荒漠地區(qū)地下水進(jìn)行培養(yǎng)，因此微藻可以不與農(nóng)作物爭(zhēng)地,、爭(zhēng)水,；最后，微藻的培養(yǎng)可利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳,，緩解溫室氣體的排放,，也可以吸收工業(yè)廢氣中的氮氧化合物，減少環(huán)境污染,。
高成本是目前障礙
利用高等植物和微藻生產(chǎn)生物燃料,，其能量都來(lái)自于太陽(yáng)光。地球上單位面積,、單位時(shí)間內(nèi)接受到的太陽(yáng)光能是在限定范圍內(nèi)的,，要生產(chǎn)巨大量的生物燃料，依賴于巨大的植物或微藻生產(chǎn)占地面積,，從巨大的面積上把生物量收集起來(lái)才能進(jìn)行工業(yè)化加工,。生產(chǎn)、收集和運(yùn)輸生物量所耗費(fèi)的能量與生物質(zhì)可產(chǎn)出的能量之間的關(guān)系,，是決定生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題,。微藻在單位面積上的高能量密度產(chǎn)出是相對(duì)于高等植物產(chǎn)油的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。但是,，以目前的技術(shù)水平,，微藻培養(yǎng)也存在單位面積生產(chǎn)能耗大、投入成本高的問(wèn)題,，微藻生物柴油要真正成為一種替代能源,，降低微藻的生產(chǎn)能耗和成本至關(guān)重要。
微藻的大量培養(yǎng)主要有開(kāi)放池和密閉反應(yīng)器兩類培養(yǎng)方式,。開(kāi)放池培養(yǎng)成本相對(duì)較低,，但藻類生長(zhǎng)所達(dá)到的細(xì)胞密度較低，某些情況下易于被當(dāng)?shù)仄渌⒃迩秩?，水蒸發(fā)量大,。密閉培養(yǎng)可達(dá)到較高的藻細(xì)胞密度，不易被雜藻侵染,，水蒸發(fā)量小,，但反應(yīng)器造價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)成本較高，因而需要發(fā)展出集二者優(yōu)點(diǎn)而回避其缺點(diǎn)的新型培養(yǎng)方式,。
另外,，微藻培養(yǎng)液中細(xì)胞只占很小一部分，絕大部分是水,，需要發(fā)展出低能耗的收集細(xì)胞并循環(huán)使用培養(yǎng)液的技術(shù),。
目前，從微藻中提油的方法主要有溶劑萃取,、機(jī)械壓榨,、超臨界二氧化碳萃取等方法,，都存在能耗大或溶劑損失代價(jià)高的問(wèn)題，發(fā)展低能耗的,、經(jīng)濟(jì)的提油技術(shù)也是面臨的問(wèn)題之一,。
這些問(wèn)題的解決，一方面需要各環(huán)節(jié)技術(shù)的突破,，另一方面也都依賴于優(yōu)良藻種的篩選和遺傳改造,。
世界各國(guó)都摩拳擦掌
世界上以發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)為目的進(jìn)行較大規(guī)模的微藻產(chǎn)油研究始于上世紀(jì)70年代末。1978年,，美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）啟動(dòng)了一項(xiàng)利用微藻生產(chǎn)生物柴油的水生生物種計(jì)劃,，研究人員經(jīng)過(guò)10多年的努力，從美國(guó)西部,、西北,、西南部和夏威夷采集分離到了3000株微藻，并篩選出其中300余株具備潛力的產(chǎn)油藻種,。該研究計(jì)劃還對(duì)其中生長(zhǎng)速度快,、油含量高的微藻采用開(kāi)放池系統(tǒng)進(jìn)行室外培養(yǎng)試驗(yàn)。
從1990年到2000年,，日本國(guó)際貿(mào)易和工業(yè)部曾資助了一項(xiàng)名為“地球研究更新技術(shù)計(jì)劃”的項(xiàng)目,。該項(xiàng)目利用微藻來(lái)生物固定二氧化碳, 并著力開(kāi)發(fā)密閉光合生物反應(yīng)器技術(shù)，通過(guò)微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的二氧化碳來(lái)生產(chǎn)生物質(zhì)能源,。該項(xiàng)計(jì)劃共有大約20多個(gè)私人公司和政府的研究機(jī)構(gòu)參與,，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(zhǎng)速度快,、能形成高細(xì)胞密度的藻種，建立起了光合生物反應(yīng)器的技術(shù)平臺(tái)以及微藻生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)的技術(shù)方案,。
進(jìn)入21世紀(jì),，石油價(jià)格一度大幅上揚(yáng)，刺激了微藻生物柴油技術(shù)的研究,。2007年10月,，國(guó)際能源公司宣布開(kāi)發(fā)以微藻為原料生產(chǎn)生物燃料的新技術(shù)；12月,，Shell公司宣布與美國(guó)從事生物燃料業(yè)務(wù)的HR Biopetroleum公司組建Cellena合資公司,，投資70億美元開(kāi)展微藻生物柴油技術(shù)的研究。美國(guó)第二大石油公司Chevron于2007年底宣布與美國(guó)能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室協(xié)作研究微藻生物柴油技術(shù),。美國(guó)PetroSun Drilling公司不斷完善其開(kāi)放池系統(tǒng),，宣布3年內(nèi)將達(dá)到500萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。荷蘭AlgaeLink公司2007年10月宣布開(kāi)發(fā)成功新型微藻光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，開(kāi)始向全球銷售其反應(yīng)器,，并提供相關(guān)技術(shù)支持,。其他如Solazyme、Valcent,、Vertigro,、CEHMM等多家公司都在積極開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研發(fā)。
隨著生物柴油開(kāi)發(fā)的興起,，我國(guó)一些科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)也開(kāi)始關(guān)注產(chǎn)油微藻的研究和開(kāi)發(fā)。譬如,，有人利用異養(yǎng)生長(zhǎng)（利用外加的葡萄糖生長(zhǎng)）的產(chǎn)油小球藻進(jìn)行了密閉培養(yǎng),、提油和生物柴油加工研究，在技術(shù)上證明是可行的,。中國(guó)科學(xué)院所屬相關(guān)單位曾經(jīng)承擔(dān)過(guò)多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)微藻育種和生產(chǎn)的研究,，培養(yǎng)了一支經(jīng)驗(yàn)豐富的微藻生物技術(shù)研發(fā)隊(duì)伍。在產(chǎn)油微藻的研究方面,，目前已有水生生物所,、武漢植物園、過(guò)程工程研究所,、南海海洋所,、青島海洋所等單位開(kāi)展了選種、育種,、大量培養(yǎng),、收集和提油等研究，并積極開(kāi)展與我國(guó)大型石油化工企業(yè)的合作,，試圖開(kāi)辟適合我國(guó)國(guó)情的微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)化道路,。（生物谷Bioon.com）
