荒漠中新能源

魏元康 尹博远

摘要：随着21世纪的人口数量猛然增加，全球面临着食物匮乏，环境污染，能源危机等问题。人类不得不去寻找新的清洁能源，因为如今的工业化进程造成了大量的CO2排放，从而导致了温室效应。本文对微藻在各个领域的价值作出了归纳分析，并对目前微藻产业出现的问题以及发展前景进行讨论。

关键词：微藻；各领域；问题；前景

1.微藻的利用价值

1.1微藻在食物方面的价值

如今人类面临着食物危机：首先食物种类越来越少，据联合国粮农组织（FAO）说，目前全世界的粮食储存只够人类维持吃57天，并且越来越多的食物资源已经处于消耗殆尽的情况。其次食物的营养越来越低，人们打化学用剂使水果蔬菜颜色更艳丽，个头越大。所以寻找新食品能源是刻不容缓的。

1.2微藻在医药方面的价值

螺旋藻是一种天然的生物活性健康食品，含有多种维生素、矿物质、微量元素等物质。我们踏入恩格贝沙漠科技馆时，记得解说员说一克螺旋藻的营养价值等于一千克蔬菜和水果的营养总合。

1.3微藻在能源领域的价值

随着人口爆炸，石油枯竭，陆地可用面积不断减少，微藻生物技术快速发展，微藻燃料是人类未来燃料的希望。据资料显示：微藻可以大量积累脂类及碳氢化合物，脂类含量高达占干重的34%，碳氢化合物含量占干重的8%，一些产氢蓝绿藻也被用来作为燃料加以研究。随着石油等能源的日益枯竭，利用微藻开发新能源已成为21世纪新能源建设的一大趋势。

1.4微藻固碳技术

因为人类工业化快速发展，化石燃料的使用造成了大量的CO2排放，从而产生温室效应使全球变暖。恩格贝的微藻生物固碳技术共建实验室导师介绍：微藻具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强，可调控以及可与其他工程技术集成等优点，可获得高效、立体、高密度的培养。每吨微藻生物约可固定2吨CO2，且微藻培养过程可对点源排放的CO2进行利用。微藻富含蛋白、油脂，固碳后可产生高油脂的藻体（有报道称微藻的产油能力是普通农作物的15至300倍[2]），可作为生物柴油和人类营养食品的原料，提高了微藻固碳过程的经济性，同时实现了碳的利用和自然循环。因此，微藻生物固碳技术有望成为具有相当可行性的CO2固定方法。根据文献作者李伟和康少锋的《微藻固碳研究现状及发展思路》讲述了微藻固碳机理研究机理：微藻大多是专性光合自养微生物，其光合作用和呼吸作用的强度大大超过同等重量的大型高等植物的代谢总量。

2.微藻技术目前存在的问题

目前，世界各地已经研究出多种适合固定高浓度CO2的微藻，其中大部分藻种属于海洋藻种，利用海洋微藻固定CO2对于运行设备的技术要求相对较高，其中主要是防止海水对设备的腐蚀。因此分离驯化淡水藻种是一条可行的技术路线，但目前这方面的研究还不多。用淡水藻固碳不仅对生产设备要求相对较低，而且最重要的是可以与污水处理工业相结合，不但节省淡水资源，而且可以有效去除污水中多种污染物质，有效地保护环境。基于目前利用微藻固定CO2技术的现状，迫切需要继续加强此项技术的研究，主要集中在以下2个方面：

2.1藻类的生产成本

藻种的选择、培养、驯化。在微藻的选择上，应尽量选择能够高效固定CO2，有较高经济附加值的淡水藻种，并且通过基因工程技术，提高微藻固碳效率，增强微藻对各种环境因素的耐受性。有较高耐受性微藻的优势在于可把烟气等含高浓度CO2的气体经过简单处理后或直接通入藻液中，而且对周围环境条件的要求也相对较宽松，这样不仅在很大程度上节约了生产成本，而且避免了不必要的二次污染。

2.2CO2处理量

开发和放大高效光生物反应器，进一步提高CO2处理量。随着今后工业生产规模的不断增大，排气量也随之增大，开发和放大高效光生物反应器可以有效地适应工业生产的要求，做到最大限度地处理排放气体。当前，世界的CO2排放量每年逐渐增加，尽快完善微藻固碳技术直接关系到世界经济的发展，这对于科研工作者是一项巨大的挑战。

3.微藻技术进步的实例

随着微藻固碳技术的不断进步，国内外已经有了一些初步的应用，具有代表性的应用模式有：

1）夏威夷的蓝藻生物技术公司，利用一些小型能源工厂排放的烟道气作为规模培养螺旋藻和血球藻的碳源。该公司采用小型供能发电站发电产生的CO2作为藻类培养所需碳源。2个功率为180 kW的发电装置提供67个培养池搅拌所需的电能和其他消耗，发电过程产生的废气中含8%的CO2回收至CO2吸收塔作为碳源，其回收利用率为75%左右，相当于每个月通过生产36t螺旋藻藻粉，重复消耗67t的CO2，并节省了购置CO2气体所需费用。

2）台电综合研究所将电厂排放的CO2作为养殖微藻所需碳源。与同样1 hm面积相比，植树一年可捕获25t的CO2，而微藻一年可捕捉58～90t的CO2，减碳成效不容小觑。该研究所利用台湾亚热带环境的优势，于台电大林火力发电厂进行微藻固定CO2先导型微藻养殖减碳试验，自电厂烟道抽取烟气以海水脱硫后供应养殖系统，利用微藻生长特性，吸收太阳光、热及电厂CO2后，进行光合作用。1 kg的CO2经过微藻光合作用转换后，可产生0157 kg的蓝绿藻和0173 kg的氧气，这些蓝绿藻可制成保健食品、动物营养强化剂及微藻美容制品等。台电综合研究所以本土性微藻为研究对象，经过长期观察试验，筛选出适合电厂烟气CO2固定的2种微藻——黄金藻及螺旋藻，并完成大型光合反应器与立体光合反应器的建设工作。

3）1990-2000年，日本国际贸易和工业部曾资助了一项名为“地球研究更新技术计微藻吸收火力发电厂烟气中的CO2来生产生物质能源。该项计划共有大约20多个私人公司和政府的研究机构参与，10年间共投资约25亿美元，筛选出多株耐受高CO2浓度、生长速度快、能形成高细胞密度的藻种，建立起了光合生物反应器的技术平台以及微藻生物质能源开发的技术方案。将微藻固碳应用到工业生产，有着广阔的发展空间和巨大的经济效益。目前，利用微藻进行实际的生产还处于起步阶段，实际应用中还有许多问题需要解决。但随着人们对微藻性质研究的不断深入，通过技术手段不断增强微藻对环境的适应宽度，可以预见，今后微藻应用技术会有更广阔的发展空间。endprint