微藻成生物質能源研究新熱點。

新奧公司的微藻養殖暖房。

近日在成都舉辦的第六屆中國工業生物技術發展高峰論壇上，藻類生物能源專題分會場座無虛席。

而在微藻生物能源之熱的背后，其科研向商業轉化的進程卻遇冷。與會專家表示，盡管利用微藻生產生物燃料具有生長速度快、產油量高等諸多優勢，但此類生物能源“種子選手”的成本瓶頸以及規模化培養等問題仍待解。

“種子選手”待尋

從原料上劃分，生物燃料經歷了3個發展階段。

第一代生物燃料由有機質產生，主要包括淀粉、糖類、動物脂肪和菜籽油，來源于馬鈴薯、谷物、油菜籽和大豆等。但其原料也可用來生產人類的食物或動物飼料，以這些材料大量生產燃料將會“與人爭糧”。

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

于是，人們繼續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微生物類群，廣泛存在于海洋、湖泊、河流等水體環境中，其中有很多藻種在特定環境條件下，可以積累大量的油脂產物，用于生物柴油生產。

暨南大學水生生物研究中心教授張成武表示：“利用微藻生產生物燃料具有許多優勢。”

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

其另一特點在于光合作用效率高，易于規模化培養，且能夠積累多種能源物質，三酰甘油（TAG）含量可達細胞干重的50%以上。

此外，微藻生長周期短，細胞繁殖速度快，單位面積產量是油料植物的數十到數百倍以上。

據新奧科技發展有限公司生物質能源技術研究中心總經理劉敏勝介紹，新奧微藻內蒙古達拉特旗產業化示范基地養殖數據顯示，微藻年產可達8~10噸/畝，約為第一代生物燃料原料之一的大豆產量的40倍（大豆年產約為200~300公斤/畝）；產油量可達4~5噸/畝，約為大豆的90倍（大豆產油量約為40~60公斤/畝）。

難降的成本

盡管前景令人激動，但其產業化進程卻同樣遭遇了瓶頸。

中石化石油科學研究院研究員榮峻峰指出：“成本問題是目前微藻生物能源技術商業化的主要問題。”

在成本方面，目標和現實的差距到底有多大？中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員劉天中給出的數據再明顯不過了：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是在0.5~0.8美元/kg，而現實是目前微藻油的成本高達3~10美元/kg，生產微藻主要品種螺旋藻藻粉的成本就高達1.5萬~1.7萬元/噸。

同時，劉天中也表示，微藻產業化還存在資源瓶頸。

2011年，中國柴油表觀消費約為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）為0.56億噸/年。

而2008年全國主要微藻養殖產量數據顯示，螺旋藻僅為4500噸，小球藻僅為1000~1500噸。

藻種選育也不容樂觀。張成武在演講中特別強調，藻種選育是微藻生物燃料高效生產的關鍵。

其中的道理并不難理解：藻種選育是整個產業鏈的第一步，開始選錯了對象再向后期推進肯定困難重重。

張成武表示，微藻有幾十萬種，分屬不同門類，其內在生物學特性決定了生長速度、代謝方式、環境適應性和目標產物積累量。

藻種選育之難還在于需要考慮營養代謝方式、抗性、生產方式、產量、生產成本、收獲方式、能量效率等多方面因素。

規模化培養之爭

綜合上述問題，榮峻峰表示，低成本、大批量地獲得產油微藻生物量是首要任務。

目前微藻生物燃料生產鏈從前端到后端主要涉及微藻藻種選育、光生物反應器、規模化培養、采收和脫水、提取和轉化等環節。

其中，榮峻峰認為，規模養殖是首先需要突破的關鍵環節。

據劉天中介紹，微藻培養主要采取兩種模式，一種針對所有藻種，另一種則針對異養藻種。前者利用光合作用，吸收CO2、釋放O2，培養密度低，生長緩慢；而后者則借助糖同化作用，吸收O2，釋放CO2，培養密度高，生長快，但可適應的藻種有限。

而在微藻培養裝備系統方面，也存在兩類：一種是利用水泥、塑料膜等材質鋪設的開放池系統，另一種是玻璃、有機玻璃和塑料膜構建的封閉式光反應器系統。

劉天中說：“開放池目前是微藻培養的主要系統。特別是在螺旋藻、小球藻、鹽藻等規模化養殖上已比較成熟。”

在光反應器培養系統方面，光反應器種類各式各樣，其中以水平管道式、氣泡柱式和平板式居多。為解決光反應器玻璃或有機玻璃材質放大時不耐壓和成本過高的問題，以塑料薄膜為材質的反應器逐漸受到更多重視。

對于這兩種系統，劉天中說，規模培養到底是開放池好，還是光反應器好，業界一直有很大爭議。開放池效率是比較低，但是它比較便宜，這是個核心問題，業界都認為開放池效率低，但有人把光反應器和開放池作了對比，也許效率差別沒那么大。

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