微藻生物燃料，柳暗or花明？

■ 陆 鸣

提起生物燃料的原料，首先会让人想到的就玉米或甘蔗。但是，“人车争粮”让这些“可食用植物”制造生物燃料的境况越来越糟。很显然，随着地下化石资源变得越来越少，为满足人们的能源消耗，必须开发出利用食物以外的植物来制造燃料的新技术。于是，微藻类开始进入科学家的视野。

小小微藻搅动燃料市场

藻类体积虽小，必须用显微镜才能看得到，但却和其他植物一样：吸收二氧化碳（CO2）和水，在阳光下经光合作用生成碳水化合物。有的藻类还会将碳水化合物进一步制造出脂肪酸及碳化氢等，储存在细胞内，这就是生物燃料的原料。

作为理想的生物燃料原料，藻类有很多优势：分布广泛、环境适应能力强、不会占用土地和淡水资源等；油脂含量高，提取出的油和原油一样可用作燃料及化学产品的原材料；还可以减少二氧化碳及改善食品供求平衡等。

目前在日本，小小的微藻正在试图成为生物喷气燃料的“宠儿”——利用从微藻类中提取的油脂制造生物燃料的研究进行得热火朝天。2015年5月起，日本IHI公司与神户大学、生物风险企业Chitose研究所、日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）合作，在鹿儿岛启动了大规模藻类培养设施。从2012年度开始，受日本新能源产业技术综合开发机构委托，这几家公司负责战略性新一代生物能源利用技术开发业务。2013年，IHI NeoG Algae开发出繁殖能力出色、产油量高的“布朗葡萄藻”，并将其命名为“榎本藻”。同期，电装公司选择培养一种名为“微绿球藻”的藻类。这种藻类具有喜欢酸性的特点，培养液的pH值几乎与酸奶相同。

用微藻类制造生物燃料大致上需要经过5道工序，分别为：①大量培养藻类；②从水中采收；③烘干；④榨油；⑤提炼。其中，榨油过程中产生的油渣还可以用作家畜的饲料或者固态燃料等。

航空燃料偏爱藻类的原因是：国际航空运输协会提出了2050年之前使航空业总体的CO2排放量比2005年减少一半的目标，并且为此还制定了为2020年飞机排放的CO2量设定上限的行动计划。不同于汽车等交通工具，飞机很有可能继续依赖于燃料效率较高的液体燃料。为了大幅减少CO2排放量，必须利用生物航空燃料。

来自各种植物油和微藻的可再生喷气燃料已得到美国测试和材料协会供航空使用的认证，并已在有限的商业服务中使用。这为未来的航空业主购买商业化生产的可再生喷气燃料提供依据。

日本各大微藻研究公司也希望微藻生物燃料能在2020年在国内的飞机上实现商业飞行，但当前的微藻类作为生物燃料原料的最大问题是：如何稳定、大量地培养。于是，便在鹿儿岛启动了大规模藻类培养设施。

无所不能的微藻

东京大学生物风险企业Euglena一直对微藻生物燃料比较钟情。2013年6月3，日本近畿大学农学部生物科学科教授重冈成、副教授田茂井政宏以及Euglena宣布，已就使用眼虫藻（Euglena）的生物燃料生产基础技术提出了两项专利申请。两项专利申请是根据研究项目“基于眼虫藻转化生物燃料的生产基础技术开发”的部分成果提出的：①向眼虫藻导入外来基因的方法；②眼虫藻的转化体。

在今年2月，Euglena公司宣布，将与美国雪佛龙鲁姆斯公司（Chevron Lummus Global）联手，建设了生物燃料提炼实证设备。为了有效利用藻类的油渣，电装公司也已开始与饲料公司共同探索将油渣用作鱼饲料等。

关于藻类的市场应用潜力，许多科学家仍在不断的发掘：

莱斯大学一组由科学家Meenakshi Bhattacharjee和 Evan Siemann带领的团队就利用废水培养藻类，藻类在生长后则能够作为生物燃料，在生长时能够吸收废水中的氮和磷等元素，进行水质过滤。堪萨斯州科学家之前也进行过类似的实验，不过结果显示，这种藻类消耗的磷比较少，这有可能是因为当地天气较冷的原因。

在藻类研究方面业绩显赫的筑波大学正在进行利用藻类Aurantiochytrium在污水处理厂生产燃料的研究。Aurantiochytrium不进行光合作用，而是一边蚕食周围的有机物一边高速繁殖，能够分解污水中的有机物，在体内蓄积油脂，因此可同时实现污水处理和燃料生产。利用Aurantiochytrium制造的碳化氢——角鲨烯油还能用于化妆品、药品和营养食品等领域。自2013年开始，日本也对Aurantiochytrium进行过类似的研究。

对于微藻的利用，人们最感兴趣的还是能源的代替品。同时因为石油和生物燃料作为能源主要用于交通领域，所以在众多石油的替代品中，生物燃料的替代作用最明显，两者的竞争关系更直接。

2012年8月，澳大利亚Algae.Tec公司在澳大利亚新南威尔士州（NSW）Shoalhaven One的生物燃料设施中实现了第一个工程化藻类生物燃料生产。几家主要的跨国石油公司和化学公司，埃克森美孚公司与Synthetic Genomics公司、英国石油公司等，纷纷宣布与藻类技术开发商组建合作伙伴。在藻类开发方面的主要投资者还包括美国军方和航空方面的利益相关者。

2014年7月，美国海军宣布将进一步研发第三代生物燃料，并计划在2016年举行的“环太平洋-2016”军事演习中为50%的舰艇和飞机配备使用。该项目中第三代生物燃料的原料将以藻类为主，第三代生物燃料的氧含量将远低于乙醇和生物柴油，并且与石油类燃料有相近的能量密度，日后将替代飞机上的柴油和喷气燃料。目前，先进的替代生物燃料的采购工作已经开始准备。

价格优势难现

利用微藻类制造生物燃料的基础技术已经确立，日本Euglena制造的生物燃料已被用在神奈川县藤泽市的五十铃汽车工厂的接送巴士上。但对于它的应用前景，很多人感觉并不乐观。

首先是成本问题。在专用容器等稳定的环境中培养微藻并不困难，只不过这样产生的藻类产量有限。如果要商业化应用，必须在大规模设施中培养，并且还要防止其他藻类及生物会混入培养池，以免影响微藻的繁殖和生长。

其次是收集问题。单个藻体非常小，从水中采收藻类也是一大难题。即便能够用网眼很小的过滤网来过滤，烘干时也很辛苦。离心分离机的方法是不予考虑的，因为那样会耗费大量能源，得不偿失。

说到底，生物燃料的市场空间有多大？那还得看消费者的“脸色”。

以美国为例，促进生物燃料产业发展的背景是油价高涨、供应不稳定、需要维护国家能源安全等。尽管生物燃料的生产技术已经取得了很大进步，特别是受国家政策支持力度最大的生物燃料，比如藻类生物燃料的成本在3年多的时间里已经从每加仑240美元锐降到了7.5美元（相当于315美元/桶）。而当前的情况是：需求不振、国际油价一直低位徘徊（很多分析师将2015年国际原油价格预测为不超过60美元/桶，而在过去的5年中，美国几乎所有新建生物燃料项目都是建立在油价超过80美元/桶的预估之上），这让生物燃料商业化的境界十分尴尬：除了美国政府，谁还愿意为生物燃料买单？