微藻成生物質(zhì)能源研究新熱點(diǎn)。

新奧公司的微藻養(yǎng)殖暖房。

近日在成都舉辦的第六屆中國(guó)工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展高峰論壇上，藻類生物能源專題分會(huì)場(chǎng)座無(wú)虛席。

而在微藻生物能源之熱的背后，其科研向商業(yè)轉(zhuǎn)化的進(jìn)程卻遇冷。與會(huì)專家表示，盡管利用微藻生產(chǎn)生物燃料具有生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)油量高等諸多優(yōu)勢(shì)，但此類生物能源“種子選手”的成本瓶頸以及規(guī)模化培養(yǎng)等問(wèn)題仍待解。

“種子選手”待尋

從原料上劃分，生物燃料經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段。

第一代生物燃料由有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生，主要包括淀粉、糖類、動(dòng)物脂肪和菜籽油，來(lái)源于馬鈴薯、谷物、油菜籽和大豆等。但其原料也可用來(lái)生產(chǎn)人類的食物或動(dòng)物飼料，以這些材料大量生產(chǎn)燃料將會(huì)“與人爭(zhēng)糧”。

由纖維產(chǎn)物如木材、稻草、多年生牧草或木材加工廢料生產(chǎn)的燃料稱為第二代生物燃料。這類原料只要以農(nóng)林廢棄物和非糧原料生產(chǎn)，具有明顯優(yōu)勢(shì)，但因造價(jià)昂貴和原料來(lái)源有限而難以普及。

于是，人們繼續(xù)尋找更多潛在的生物燃料“種子選手”。微藻隨之“浮出水面”。

微藻是一種浮游的光自養(yǎng)微生物類群，廣泛存在于海洋、湖泊、河流等水體環(huán)境中，其中有很多藻種在特定環(huán)境條件下，可以積累大量的油脂產(chǎn)物，用于生物柴油生產(chǎn)。

暨南大學(xué)水生生物研究中心教授張成武表示：“利用微藻生產(chǎn)生物燃料具有許多優(yōu)勢(shì)。”

微藻可利用海水或半咸水在邊際地帶進(jìn)行培養(yǎng)、不占用耕地和飲用水，可利用廢水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分和電廠煙氣中的CO2為碳源進(jìn)行培養(yǎng)。

其另一特點(diǎn)在于光合作用效率高，易于規(guī)?；囵B(yǎng)，且能夠積累多種能源物質(zhì)，三酰甘油（TAG）含量可達(dá)細(xì)胞干重的50%以上。

此外，微藻生長(zhǎng)周期短，細(xì)胞繁殖速度快，單位面積產(chǎn)量是油料植物的數(shù)十到數(shù)百倍以上。

據(jù)新奧科技發(fā)展有限公司生物質(zhì)能源技術(shù)研究中心總經(jīng)理劉敏勝介紹，新奧微藻內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗產(chǎn)業(yè)化示范基地養(yǎng)殖數(shù)據(jù)顯示，微藻年產(chǎn)可達(dá)8~10噸/畝，約為第一代生物燃料原料之一的大豆產(chǎn)量的40倍（大豆年產(chǎn)約為200~300公斤/畝）；產(chǎn)油量可達(dá)4~5噸/畝，約為大豆的90倍（大豆產(chǎn)油量約為40~60公斤/畝）。

難降的成本

盡管前景令人激動(dòng)，但其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程卻同樣遭遇了瓶頸。

中石化石油科學(xué)研究院研究員榮峻峰指出：“成本問(wèn)題是目前微藻生物能源技術(shù)商業(yè)化的主要問(wèn)題。”

在成本方面，目標(biāo)和現(xiàn)實(shí)的差距到底有多大？中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員劉天中給出的數(shù)據(jù)再明顯不過(guò)了：原油、菜籽油、棕櫚油成本分別為0.3~0.8美元/kg、0.25美元/kg、0.3~0.4美元/kg，以此為參照，微藻生物能源的成本目標(biāo)是在0.5~0.8美元/kg，而現(xiàn)實(shí)是目前微藻油的成本高達(dá)3~10美元/kg，生產(chǎn)微藻主要品種螺旋藻藻粉的成本就高達(dá)1.5萬(wàn)~1.7萬(wàn)元/噸。

同時(shí)，劉天中也表示，微藻產(chǎn)業(yè)化還存在資源瓶頸。

2011年，中國(guó)柴油表觀消費(fèi)約為1.67億噸。如果微藻生物柴油占10%，則藻粉需求量（以30%油含量計(jì)）為0.56億噸/年。

而2008年全國(guó)主要微藻養(yǎng)殖產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，螺旋藻僅為4500噸，小球藻僅為1000~1500噸。

藻種選育也不容樂(lè)觀。張成武在演講中特別強(qiáng)調(diào)，藻種選育是微藻生物燃料高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。

其中的道理并不難理解：藻種選育是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的第一步，開(kāi)始選錯(cuò)了對(duì)象再向后期推進(jìn)肯定困難重重。

張成武表示，微藻有幾十萬(wàn)種，分屬不同門類，其內(nèi)在生物學(xué)特性決定了生長(zhǎng)速度、代謝方式、環(huán)境適應(yīng)性和目標(biāo)產(chǎn)物積累量。

藻種選育之難還在于需要考慮營(yíng)養(yǎng)代謝方式、抗性、生產(chǎn)方式、產(chǎn)量、生產(chǎn)成本、收獲方式、能量效率等多方面因素。

規(guī)?；囵B(yǎng)之爭(zhēng)

綜合上述問(wèn)題，榮峻峰表示，低成本、大批量地獲得產(chǎn)油微藻生物量是首要任務(wù)。

目前微藻生物燃料生產(chǎn)鏈從前端到后端主要涉及微藻藻種選育、光生物反應(yīng)器、規(guī)?；囵B(yǎng)、采收和脫水、提取和轉(zhuǎn)化等環(huán)節(jié)。

其中，榮峻峰認(rèn)為，規(guī)模養(yǎng)殖是首先需要突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

據(jù)劉天中介紹，微藻培養(yǎng)主要采取兩種模式，一種針對(duì)所有藻種，另一種則針對(duì)異養(yǎng)藻種。前者利用光合作用，吸收CO2、釋放O2，培養(yǎng)密度低，生長(zhǎng)緩慢；而后者則借助糖同化作用，吸收O2，釋放CO2，培養(yǎng)密度高，生長(zhǎng)快，但可適應(yīng)的藻種有限。

而在微藻培養(yǎng)裝備系統(tǒng)方面，也存在兩類：一種是利用水泥、塑料膜等材質(zhì)鋪設(shè)的開(kāi)放池系統(tǒng)，另一種是玻璃、有機(jī)玻璃和塑料膜構(gòu)建的封閉式光反應(yīng)器系統(tǒng)。

劉天中說(shuō)：“開(kāi)放池目前是微藻培養(yǎng)的主要系統(tǒng)。特別是在螺旋藻、小球藻、鹽藻等規(guī)模化養(yǎng)殖上已比較成熟。”

在光反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)方面，光反應(yīng)器種類各式各樣，其中以水平管道式、氣泡柱式和平板式居多。為解決光反應(yīng)器玻璃或有機(jī)玻璃材質(zhì)放大時(shí)不耐壓和成本過(guò)高的問(wèn)題，以塑料薄膜為材質(zhì)的反應(yīng)器逐漸受到更多重視。

對(duì)于這兩種系統(tǒng)，劉天中說(shuō)，規(guī)模培養(yǎng)到底是開(kāi)放池好，還是光反應(yīng)器好，業(yè)界一直有很大爭(zhēng)議。開(kāi)放池效率是比較低，但是它比較便宜，這是個(gè)核心問(wèn)題，業(yè)界都認(rèn)為開(kāi)放池效率低，但有人把光反應(yīng)器和開(kāi)放池作了對(duì)比，也許效率差別沒(méi)那么大。

此外，劉天中還指出，光照是決定培養(yǎng)效率的核心，而光在水中嚴(yán)重衰減。此外，大水量產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致反應(yīng)器放大困難，且成為主要耗源，這也是不容忽視的限制因素。