近日，我國科學院水生生物研究所的科研人員以可異養(yǎng)培養(yǎng)的富油柵藻為研究對象，通過對培養(yǎng)方式、過程的不斷優(yōu)化，攻克了長期以來無法精確控制葡萄糖濃度這一技術難題，突破了微藻大規(guī)模工業(yè)化應用的關鍵瓶頸，實現(xiàn)富油柵藻的超高密度培養(yǎng)。據(jù)中科院水生所微藻生物技術和能源中心研究員金虎透露，水生所研究團隊利用相關技術已實現(xiàn)高產蛋白、蝦青素、β-1,3葡聚糖、多不飽和脂肪酸等多種經(jīng)濟微藻的超高密度異養(yǎng)培養(yǎng)，目前已經(jīng)在開展這些功能微藻在飼料、功能食品等領域的產品開發(fā)工作。

1950年美國麻省理工學院開始進行養(yǎng)殖藻類生產生物燃料的試驗，首次提到微藻生物能源。二次石油危機爆發(fā)后，各國在微藻的培育和開發(fā)方面都進行了大量的研究。美國能源部實驗室開始重點開發(fā)適于微藻生物柴油生產的培養(yǎng)系統(tǒng)和制備工藝，希望研發(fā)出新的石油制造途徑和可替代產物。日本國際貿易和工業(yè)部也啟動了相關項目，利用微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的二氧化碳來生產新能源。但隨著后期石油價格的逐漸回落，加上微藻形態(tài)極小，工業(yè)化培育又是一直以來難以突破的技術關隘，因此微藻能源的研究逐漸停滯下來。

我國從1958年開始培養(yǎng)作為食晶和飼料的微型藻類，中科院水生所等科研機構先后進行了多種微藻的大量研究，為微藻培育打下了基礎。此后隨著技術的不斷成熟，我國在藻種選育、培養(yǎng)基配制及某些培養(yǎng)技術方面都取得了重大成果。

異養(yǎng)培養(yǎng)作為一種新型的微藻培養(yǎng)方式，其具有效率高、精確可控、易批量化生產等優(yōu)點。但異養(yǎng)培養(yǎng)對于操作技術的要求也更高，不僅需要提前研究分析各類微藻的適宜生長環(huán)境如鹽度、溫度、光照度以及酸堿度等。而且微藻培養(yǎng)基制備、接種等環(huán)節(jié)的技術和環(huán)境要求都非常嚴格，均要在無菌條件下進行試驗操作。而這些過程都離不開科學儀器及設備的幫助，如生物顯微鏡、移液器、分光光度計、恒溫培養(yǎng)箱、高壓滅菌鍋、PH計、離心機等都是微藻培育實驗室的常用設備。

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎，地球上每一次文明的進步都伴隨著能源的改革和興替，因此對于能源的探索和利用在保障社會經(jīng)濟的發(fā)展方面具有重要意義。在我國煤電資源枯竭之前，居安思危尋求新的能源，才能更快地走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

美國密歇根大學的一組研究人員獲得了美國能源部200萬美元的資助，用于研究柴油發(fā)動機藻類生物燃料。這個團隊是世界上為數(shù)不多的從“一端到另一端”解決問題的團隊之一。

藻類每年可生產數(shù)十億加侖的可再生柴油，汽油和噴氣燃料

美國能源部(Department of Energy)迫切希望找到解決化石燃料排放問題的辦法，特別是那些來自運輸部門的方法。資助這項藻類生物燃料的研究，是其減少對更多類型污染燃料需求的使命的一步。根據(jù)美國能源部的說法，藻類具有每年生產數(shù)十億加侖可再生燃料的潛力，有可能被提煉成柴油、汽油甚至噴氣燃料。密歇根大學的研究是為了努力達到可再生燃料標準的一部分，該標準概述了到2020年，美國運輸燃料的360億加侖運輸燃料必須來自混合能源。其中只有1500萬來自玉米乙醇，這使得目前的產量與需求之間存在相當大的差距。藻類燃料將彌補這一差距。

來自密歇根大學大學研究小組的一份聲明說，他們打算與賓夕法尼亞州立大學的研究人員合作，繼續(xù)他們的項目。這項研究的重點是尋找替代傳統(tǒng)柴油燃料的可行方法。為此，研究小組一直在探索藻類的潛力。

傳統(tǒng)的柴油是由石油衍生的化石燃料。它們在燃燒過程中釋放出大量的溫室氣體。藻類生物燃料沒有同樣的問題，因此被視為化石燃料的環(huán)保替代品。(Andre Boehman)說：“我們的總體目標是展示混合燃料原料的共同優(yōu)化，溫室氣體減排量超過60％。與此同時，我們希望將發(fā)動機熱效率提高到超出基準柴油發(fā)動機的水平?！?/span>

“這是一個有重大研究問題的項目，”(Andre Boehman)說，他是密歇根大學的機械工程教授，也是該校W.E. Lay汽車實驗室的主任?！八袡C會做一些非常有影響力的事情——幫助我們朝著可持續(xù)發(fā)展邁出一大步?！?/span>

該研究全面地探討了藻類燃料的開發(fā)，將種植覆蓋到燃料生產。藻類培養(yǎng)收獲的燃料原料缺乏是開發(fā)商業(yè)上可行的藻類生物燃料的障礙。

密歇根大學的生物學教授Bradley Cardinale說,

參與該項目的密歇根大學合作研究所的生物學教授兼主任Bradley Cardinale說：“這是世界上首批從室外池塘設計可持續(xù)生物燃料原料的團隊之一。精煉燃料，使其以更清潔，更環(huán)保的方式運行柴油發(fā)動機?！?/span>

這項工作包括確定在燃料產量和穩(wěn)定性等領域實現(xiàn)最佳性能的組合。研究人員之前發(fā)現(xiàn)，藻類物種的組合比任何單一物種都表現(xiàn)更好，充分利用了每種菌株的個體優(yōu)勢。

圖:用于研究生物柴油燃料的活微藻。

照片由Joseph Xu，來自密歇根工程學院。消息來自密歇根新聞。

優(yōu)化燃料的燃燒和排放性能

Cardinale說：“我們不是試圖通過設計一種可以優(yōu)化所有所需特性的基因優(yōu)良藻類來對抗自然。我們正在利用生態(tài)工程原理設計一套更全面的多品種藻類原料，這些原料可以同時優(yōu)化藻類生物燃料的幾種理想特性。“

“生態(tài)工程的第一個原則是沒有一個物種可以擅長一切。如果我們能夠簡單地找到具有各種所需特性的物種，我們就可以設計出量身定制的生物燃料，同時優(yōu)化多種特性?！?/span>

為了優(yōu)化燃料的燃燒和排放性能，研究人員將研究藻類的生化特性以及它們在柴油發(fā)動機的受控壓縮點火燃燒環(huán)境中的化學反應。生物燃料將在輕型車輛發(fā)動機中進行測試，一旦確定最佳藻類組合，將在沃爾沃卡車發(fā)動機中進行測試。

可以通過諸如壓力機的機械手段或使用超聲波從藻類中提取油。每種方法都迫使油從藻類細胞壁上脫落并收集在溶劑中。當該油與酒精反應時，可將生物柴油產品分離出來。

密歇根大學的研究團隊使用一種名為水熱液化的新興技術從藻類中提取石油。這是一個模擬地下產生石油的壓力和溫度的過程。

美國能源部長表示“開發(fā)新的能源是保障國家繁榮和安全的關鍵所在，獲支持的項目具有生產出可靠的，廣大居民可消費的起的生物燃料的潛在技術”。

整個項目名為“藻類系統(tǒng)中的有效碳利用”，目的是提高碳利用的效率及藻類系統(tǒng)的生物質產率，通過提高廢氣CO2的轉化效率（如從發(fā)電廠）或發(fā)展新的可消費的起的碳捕獲技術（從空氣中直接捕獲碳給藻類系統(tǒng)）

7個項目分別是：

1、Colorado State University，214.56萬美元，項目名稱“Integrating an Industrial Source andCommercial Algae Farm with Innovative CO2?Transfer Membrane andImproved Strain Technologies”

2、Arizona State University, 250萬美元，項目名稱?“Multi-pronged Approach of ImprovedBiological and Physicochemical Systems to Improving Carbon Utilization byCyanobacterial Cultures”

3、Global Algae Innovations, 250萬美，項目名稱“Algae?Cultivation?from?Flue?Gas?with?HighCO2Utilization?Efficiency”

4、Arizona State University, 19.93萬美元，項目名稱?“Membrane Carbonation for 100%Efficient Delivery of Industrial CO2?Gases”

5、Duke University, Durham, 151.2?萬美元，項目名稱?“Carbon Utilization Efficiency inMarine Algae Biofuel Production Systems Through Loss Minimization and CarbonateChemistry Modification”

6、MicroBio Engineering Inc., 226萬美元，項目名稱?Air Carbon for Algae Production –AirCAP

7、Georgia Institute of Technology, 198.3萬美元，項目名稱?“Direct Air Capture of CO2?andDelivery to Photobioreactors for Algal Biofuel Production”

本文轉自：微藻技術與產業(yè)

　　面對能源短缺和環(huán)境污染兩大嚴峻問題，尋找可再生且對環(huán)境友好的新型能源迫在眉睫。而作為生物質能一員的生物柴油，不僅可以消納各種有機廢棄物，減輕環(huán)境壓力；還可替代化石燃料，緩解能源危機；并且由于生物質資源分布廣泛，生物柴油的開發(fā)幾乎不受地理和氣候的影響。諸多優(yōu)勢使得生物柴油在可再生能源中備受青睞。

　　生物柴油升級換代

　　生物柴油是指生物油脂與醇通過酯交換反應生成的一種生物燃料。生物柴油具有高十六烷值，不含硫和芳香烴。相比石化柴油，生物柴油具有優(yōu)良的環(huán)保性能和再生性能；較好的燃燒性能；良好的低溫發(fā)動機啟動性能和潤滑性能；較高的經(jīng)濟性、可降解性和安全性能。自20世紀70年代以來，生物柴油的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過三代更迭。

　　第一代生物柴油的原材料主要來自油菜、大豆、向曰葵等可食用性的油類作物。這類原材料生產成本高昂，并且與人爭地爭糧，生產周期冗長，油脂產率偏低，對環(huán)境要求較為苛刻，因此不適合進行規(guī)?；a。

　　第二代生物柴油的原材料主要來自麻瘋樹、煙草種子等非糧油類植物，以及地溝油、動物脂肪等。第二代生物柴油解決了原材料與人爭糧的問題，但是其他缺點仍然制約著生物柴油的發(fā)展。

　　第三代生物柴油以“微藻”作為生產原料。微藻因光合效率高、生長速率快、占地面積小、油脂含量高等優(yōu)點，當之無愧成為第三代生物柴油原料的首選。

　　微藻——取之不盡的能量球

　　微藻，即微體藻類，大小從幾微米到幾百微米不等。其光合效率較高，能高效生產脂類、蛋白質、多糖等有機物。其中脂質可通過酯交換反應轉化為生物柴油。

　　在20世紀70年代，美國能源部以發(fā)展可持續(xù)能源為目的，對微藻開展了大規(guī)模搜集、篩選和鑒定工作，最終獲得了三百多種產油微藻，即脂質占細胞干重比例超過20%的微藻。其中微擬球藻的脂質比例更是高達68%！

　　作為一種單細胞藻類的微擬球藻，除了脂質含量高外，還具有環(huán)境適應能力強、個體小、繁殖速度快等優(yōu)點，躋身生產生物柴油的優(yōu)良藻種行列。

　　捕捉CO2 的獵人

　　微擬球藻為什么能具有這么高的脂質比例呢？答案在于它獨特的固碳能力。

　　我們知道，光合作用是自然界生物固碳的基礎。地球上每分鐘通過光合作用大約可以將300萬噸CO2和110萬噸H2O轉化為200萬噸有機物質，同時放出210萬噸O2。

　　與陸生高等植物不同，微擬球藻生長在海水中。水體中溶解性無機碳的主要存在形式有 HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。為了應對復雜的水體碳環(huán)境，微擬球藻具備了獨特的CO2濃縮機制（CO2 concentrating mechanism，CCM）。

　　真核微藻、藍藻、大型藻中均有CCM存在，但是真核微藻的CCM只有在環(huán)境CO2 小于大氣CO2濃度時才會啟動 。該機制主要通過無機碳的轉運， 改變細胞光合作用對無機碳的親和力， 在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶 （Rubisco） 的活性位點提高 CO2 濃度， 有利于Rubisco的羧化酶作用， 抑制其氧化酶活性，從而提高了固碳的效率。

　　CO2是造成溫室效應的罪魁禍首之一。2015年12月在巴黎氣候變化大會上，中國承諾到2030年單位國內生產總值CO2排放比2005年下降60%~65%。微擬球藻強大的固碳能力不但可以生產更多的生物柴油，還可能用于減少大氣中的CO2。

　　變身“生物柴油”

　　最常用的微藻生物柴油生產工藝主要由三個步驟組成：微藻生物質的生產、油脂的提取、酯交換反應。

　　首先在開放塘中大規(guī)模培養(yǎng)微藻。在微藻細胞內，光合作用合成的糖類物質經(jīng)過一系列的代謝反應轉化為油脂。

　　當藻細胞密度達到最大時，根據(jù)微藻的特性，可選用離心法、超濾法、氣浮法、絮凝法等方法進行收集。收集后的微藻需要進一步提取其中的油脂。藻類油脂的提取過程繁瑣，目前最常用的油脂提取方法有機械壓榨法、有機溶劑法、加速溶劑提取法、超臨界流體萃取法和酶提取法等。

　　提取出來的藻油成分復雜，主要由游離脂肪酸、三酰甘油酯、磷脂、糖脂和硫脂組成。其中游離脂肪酸容易和堿性催化劑發(fā)生皂化反應，通過對原料干燥和預酯化可減少脂肪酸對酯交換反應帶來的不利影響。

　　酯交換反應是酯與醇在酸或堿的催化下生成一個新酯和一個新醇的反應。在微藻生物柴油生產中，利用短鏈醇和藻類油脂在催化劑、高溫環(huán)境下進行酯交換反應，最終合成脂肪酸單脂，即生物柴油。

　　據(jù)估計，每公頃養(yǎng)殖面積上藻類年產油量可達1.5萬~8萬升，相比之下玉米、大豆的年產油量分別只有120升和440升。

　　不過，目前微藻生物柴油的生產成本依然較高，這是限制其商業(yè)化生產的瓶頸。除繼續(xù)開發(fā)產油性能優(yōu)良的藻種以外，需要實現(xiàn)微藻生產的綜合利用，可有效解決這一問題。例如從微藻中獲得DHA、類胡蘿卜素、活性多糖等高附加值產品，將廢棄的藻渣作為水產業(yè)的餌料等。

　　根據(jù)歷年《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》，作為化石能源替代品的生物柴油已成為國際上發(fā)展最快、應用最廣的可再生能源。在這場能源革命中，微擬球藻扮演著渺小卻又偉大的角色。

GenCell燃料電池的維護成本較低，進一步降低了塔管理公司（Towercos）和移動網(wǎng)絡運營商（MNO）的OPEX（企業(yè)支出成本）。與需要耗時且昂貴維護的柴油發(fā)電機不同，GenCell A5只需要一個12噸的氨水箱，便可作為其燃料。此外，GenCell物聯(lián)網(wǎng)遠程管理器可以對每個燃料電池設備進行遠程診斷、監(jiān)控和維護，因而不需要工程師經(jīng)?，F(xiàn)場檢查，降低了運營成本。

Adrian Kenya是兩周前推出的GenCell A5離網(wǎng)燃料電池電源在非洲的第一個商業(yè)客戶。?Adrian Kenya決定用燃料電池動力解決方案來取代柴油發(fā)電機，體現(xiàn)了GenCell A5燃料電池具有極大的實用性。未來，許多其他像Towercos和MNO的公司，也將會使用燃料電池來取代污染性高、成本也較高的柴油發(fā)電機，為其離網(wǎng)和低電網(wǎng)塔供電。GenCell A5解決方案節(jié)省的OPEX將使農村連接更加經(jīng)濟實惠。該款燃料電池還將加速居住在電網(wǎng)之外的11億人口，更好的部署通信和其他服務。

本文轉自微信公眾號微藻博士https://mp.weixin.qq.com/s/4sIvyiTGRpDu1uIuUl7lNQ

通過新方法，研究者發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻燃料的主要成分中沒有石油所含的碳氫化合物，其燃料成分與一種植物色素和數(shù)種有機染料較為近似。

鈍頂螺旋藻是一種藍綠色浮游生物，體長可達５００微米，分布在熱帶和亞熱帶的部分淡水湖中。莫斯科物理技術學院和莫斯科國立大學的研究者在新一期英國《歐洲質譜學雜志》上報告說，這種螺旋藻能將其生活環(huán)境中的碳酸和太陽能轉化成糖類和其他營養(yǎng)物質來養(yǎng)活自己，其生長和分裂增殖的速度快于很多進行光合作用的生物，具有用以研制生物燃料的潛質。

在實驗中，研究人員先對鈍頂螺旋藻進行干燥處理，再用一種模擬石油生成條件的反應器將其加熱到３００攝氏度并同時施加高壓，結果得到了液態(tài)可燃物和沉淀在反應器底部的稠密膠質物。但初步分析顯示，這兩種物質都含有大量雜質，這些雜質會干擾研究者分析這種生物燃料的有用成分，妨礙進一步改進工藝以提高燃料品質。

從理論上說，綜合運用物質分離、檢測離子電荷與質量之比（質荷比）并分析光譜的質譜法可以鑒定上述螺旋藻燃料的成分。為了提高這種鑒定效果，俄研究人員在用鈍頂螺旋藻制作燃料前，先用重水和強堿溶液的蒸氣“熏蒸”并浸透該螺旋藻。在這兩種蒸氣的作用下，重水中的重氫（即氘元素）會融入該螺旋藻的多種分子中。在將如此加工過的螺旋藻制成燃料后，研究者用“傅里葉變換離子回旋共振質譜法”，即根據(jù)給定場中的離子回旋頻率來測量離子質荷比的質譜分析方法，對該燃料的分子進行分析。

這種質譜法能對含有重氫的分子進行分辨率更高的成分檢測。檢測中所得到的特殊光譜還能與普通鈍頂螺旋藻燃料的光譜進行對照，協(xié)助確定該燃料的所有成分。

參與這項研究的生物化學專家伊格爾·波波夫介紹說，通過上述新方法研究者發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻燃料的主要成分中沒有石油所含的碳氫化合物，其燃料成分與植物色素“亮綠”和數(shù)種有機染料較為近似。此外，該燃料還含有由氮族元素形成的鎓化合物和氮氣等雜質。

波波夫認為，上述發(fā)現(xiàn)有助于研究者進一步分析鈍頂螺旋藻燃料的哪種成分更適合加工成高效燃料，這種螺旋藻的哪個品種富含燃料成分。在解決這兩個問題后，研究者將嘗試通過基因改造培育出更適合制作生物燃料的鈍頂螺旋藻。

鑒于絲狀體螺旋藻優(yōu)良的易采收特性，中國科學院青島生物能源與過程研究所微藻生物技術團隊于2013年提出“從絲狀微藻中挖掘具有優(yōu)良工業(yè)特性的產油微藻”的新思路，完成了幾十株絲狀微藻的系統(tǒng)評價，首次發(fā)現(xiàn)黃藻門的黃絲藻細胞（不分枝的絲狀體）具有極高的產油脂能力、抗輪蟲污染和易采收特性。實驗室條件下黃絲藻油脂含量可達到50~61%，其中中性脂占70~80%，藻細胞可在無絮凝劑添加時實現(xiàn)95%以上直接氣浮采收或直接過濾，開放池周年培養(yǎng)未發(fā)現(xiàn)明顯的輪蟲污染（Wang et al.,2013）。

研究發(fā)現(xiàn)了其在光自養(yǎng)條件下油脂的積累不受氮缺乏誘導的獨特油脂合成積累機制(Guo et al., 2014)，通過其油脂代謝途徑與關鍵調控基因的組學分析以及其對環(huán)境因子的響應，確定了培養(yǎng)過程中實現(xiàn)油脂快速積累的調控方法（Wang et al., 2016）。研究了黃絲藻油的生物柴油轉化方法和藻渣水解制備乙醇條件，完成了500平方米規(guī)模的培養(yǎng)、采收、提油和生物柴油轉化中試，建立了利用黃絲藻進行生物柴油以及燃料乙醇聯(lián)產的工藝（Wang et al., 2013; 2014）。

研究發(fā)現(xiàn)黃絲藻油脂中棕櫚油酸（C16:1Δ9）的含量占總脂肪酸的50%左右，遠高于其它常見微藻（Wang et al., 2016）。而棕櫚油酸（C16:1Δ9）屬于ω-7單不飽和脂肪酸，除與ω-3脂肪酸一樣具有促甘油三酯降低、有益心血管系統(tǒng)健康外，還被認為是一種新型荷爾蒙，能夠提高人體對胰島素的敏感性，在Ⅱ型糖尿病的預防、保健和治療方面具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)黃絲藻可以利用有機碳源，特別是葡萄糖進行高密度異養(yǎng)生長的特性（Wang et al., 2017；Zhou et al., 2017），通過對培養(yǎng)基中有機碳、氮源和磷源及無機營養(yǎng)鹽的優(yōu)化，建立了黃絲藻批式流加發(fā)酵工藝，最終生物量可達40g/L，油脂含量經(jīng)誘導后可達干重的45%左右。該技術為建立利用黃絲藻異養(yǎng)發(fā)酵生產ω-7脂肪酸并聯(lián)產生物柴油工藝奠定了基礎。相關技術申報了中國發(fā)明專利和國際PCT專利，已進入美國、日本、歐盟等國家的專利權申請。

上述研究獲得國家支撐計劃項目、中科院“一三五”項目、國家海洋局經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展示范城市項目以及青島市科技計劃項目的支持。

分子生物學教授艾倫·蘭博維茲介紹說，內含子是進化過程中的一種神秘元素。直到20世紀70年代，各界都普遍認為所有生物體內的基因都是連續(xù)的，其由此能組成一個連續(xù)的RNA（核糖核酸），并可被翻譯成連續(xù)的蛋白質。然而，包括人類在內的大多數(shù)高等真核生物并未遵循上述猜想。反之，高等生物大部分的基因都是不連續(xù)的，其由DNA（脫氧核糖核酸）編碼區(qū)域組成，中間則由內含子隔開。

為了更好地了解內含子的早期歷史，科研人員將此次的研究的重點放在細菌上，因為他們相信細菌是內含子進化的源頭。作為唯一已知的增殖原理與高等生物十分相似的細菌，科學家對細長聚球藻（藻青菌的一種）著重進行了研究。

生物化學家格奧爾格·摩爾表示：“我們并不能回溯至10億多年前去觀察早期真核生物中的內含子是怎樣增值的，但我們能夠探究允許內含子在這些生物中增殖的機理，并嘗試推斷它們在真核生物中進化的過程。”

在對機理的研究過程中，科學家認定高溫在內含子的增殖過程中扮演了關鍵的角色。如嗜熱細菌所處的溫泉，就可解開基因組中的DNA鏈，使內含子能夠更輕易地嵌入基因組中。

蘭博維茲表示，由于地球在十多億年前正處于高溫環(huán)境，且是早期真核生物出現(xiàn)的時段，因此DNA解鏈的證據(jù)對于設想早期真核生物如何增殖來說具有相當意義。這些生物最初或許只含有小部分內含子，但隨著時間推移，高溫可促使內含子快速地增殖。

而對于細長聚球藻中的內含子進行探索，或許也可為利用嗜熱細菌來提升生物燃料效能的研究者提供意外的幫助。嗜熱細菌十分善于將纖維素轉化為乙醇，但其在基因操控領域卻十分棘手。而嗜熱內含子的發(fā)現(xiàn)，可快速解決這一難題，科學家可借助Ⅱ型內含子進行基因標靶。研究人員目前已經(jīng)開始探究能否從基因角度設計嗜熱細菌，以試圖增加纖維素生物燃料的產量。

臺灣能源局從2006年起將臺灣產業(yè)和科技整合，在能源局支持下，工研院建構「碳循環(huán)再利用生物合成平臺」，將工業(yè)排碳的二氧化碳捕獲之后，用來養(yǎng)殖微藻或微生物，從微藻中提煉出生質燃料、高值化產品、化學品或餌飼料等產品，提供能源、民生、工業(yè)、農業(yè)使用，完成碳循環(huán)，讓微藻變身為生質金礦，開創(chuàng)綠能循環(huán)商機。

在工研院的努力下，微藻生質能源技術已成功打造出從固碳、養(yǎng)殖、採收到萃取的一條龍生產技術，將每個環(huán)節(jié)的能耗降低、效率提昇。例如袋式養(yǎng)殖技術，可以隔絕外來微生物的污染，且建置成本是傳統(tǒng)壓克力管柱養(yǎng)殖法的1/10；採收機的特殊設計，所需的能源消耗量為傳統(tǒng)離心法的1/10；超臨界二氧化碳萃取技術可以直接利用濕藻萃取，更省下乾燥的成本。而且萃取過程中不含有害溶劑，所使用的二氧化碳完全循環(huán)利用，毫不浪費，廠商可透過承接專利技術，迅速切進生質能源產業(yè)。

在能源局的見證下，今年7月工研院和臺泥公司簽訂新階段研發(fā)計畫合約，共同運用工研院的能源科技研發(fā)成果之微藻能源與固碳專利技術，擴大建置微藻養(yǎng)殖示范系統(tǒng)及研發(fā)中心，未來并規(guī)畫設置20公頃的大型戶外微藻養(yǎng)殖場進行微藻固碳及加值化應用，一年可望為臺泥貢獻4,800公噸的減碳量，還可進一步投入高價蝦紅素原料生產，快速切入綠色循環(huán)經(jīng)濟商機。

工研院表示，國際間將微藻生質能源利用視為中長程的再生能源技術，臺灣土地及天然資源有限，以1公斤微藻可吸取1.83公斤二氧化碳的高固碳效率，加上生長快速、含油脂量高、可生產高價值化學品等優(yōu)勢。工研院打造的「碳循環(huán)再利用生物合成平臺」正是臺灣減碳創(chuàng)能的重要項目。

工研院的技術與臺泥攜手，未來將以微藻能源與固碳之關鍵專利技術協(xié)助臺泥擴大量能，最后跨入生技產業(yè)價值鏈中的高單價蝦紅素開發(fā)，完成循環(huán)經(jīng)濟的產業(yè)模式。

藻類生物燃料遇到點煩心事。這種替代燃料能源，和許多生物燃料一樣，有助于減少碳排放，而且還不占用糧食生產用地。但是它卻被殼牌和?？松梨谶@樣的大公司給拋棄了，這些公司正在放棄對這個環(huán)境友好燃料的投資。為什么這么有前途的技術沒有能夠開花結果，我們還能做什么來挽回它呢

藻類是生長在水中，從二氧化碳和陽光中產生能量的光合生物。單細胞微藻類富含脂肪，可以用來轉化成生物柴油，這是最常見的生物燃料。生產生物燃料的原材料有很多種，包括玉米和烹調過的食用油。但是藻類很特別，因為它們生產迅速，能夠產生大量的燃料(高生產率)。

在過去的十年中，能源行業(yè)已經(jīng)投入大量的資金用于藻類生物燃料生產的發(fā)展。這是非常有意義的，因為，十年前，由于高油價以及人們對碳排放造成氣候變化意識在增強，有必要尋找化石燃料的替代品。藻類生物燃料被吹捧為解決這些問題的答案，從而導致了大量投資的跟進。

不幸的是，我們對整個事情缺乏完整的規(guī)劃。生產藻類生物燃料的企業(yè)難以在更大的規(guī)模保持其高生產力，而且他們發(fā)現(xiàn)肉食動物經(jīng)常污染他們的農場。他們還發(fā)現(xiàn)，這種生產方式并不經(jīng)濟。建造池塘種植藻類以及為它們提供足夠的陽光和養(yǎng)分用于生長，代價高昂，雪上加霜的是，石油價格暴跌。

不只是生物燃料

藻類不僅僅能夠生產生物燃料。實際上，藻類類似于一個微型工廠，可以生產各種有用的化合物，這些物質可以用來制造一系列不同種類的產品。

例如，藻類能產生大量的ω-3脂肪酸，這是一種重要的膳食補充劑。這意味著它可能是一個可持續(xù)的ω-3的植物來源，否則我們只能通過吃魚或倒胃口的鱈魚魚肝油來獲取ω-3脂肪酸。更普遍的是，藻類是維生素、礦物質和蛋白質的良好來源，人們經(jīng)常服用如小球藻、螺旋藻等，因為它們對健康有益。

另一個用途是藻類可以制成生物塑料。普通塑料是一種由化石燃料制成的產品，而且很難降解，不環(huán)保。藻類能夠以較低的碳排放，甚至在某種程度上能夠吸收碳排放的方法來生產生物塑料。藻類的利用有助于防止塑料在環(huán)境中的積累。

產品的多樣性可能是最后開發(fā)藻類生物燃料的關鍵。這些產品中有很多高價值的化學品，銷售價格遠遠高于生物燃料。因此通過將藻類與生物柴油生產結合，我們可以補貼燃料價格，從而抵消藻類養(yǎng)殖成本高的問題。

這個概念，被稱為”生物煉制”，是新一輪的藻類研究，希望能夠解決過去十年存在的問題。我們知道煉油廠生產塑料、纖維和潤滑油以及燃料?，F(xiàn)在我們希望以完全相同的方式開發(fā)藻類生物煉制。

藻類生物煉制

為了使這個方法更具成本效益和可持續(xù)性，我們需要利用廢熱、二氧化碳和營養(yǎng)物質供藻類生長。這些物質從發(fā)電廠、工廠和水處理廠都很容易獲取，這就能夠降低一部分藻類生長的成本。藻類燃料生產后，會殘留下大量的蛋白質碳水化合物和其它分子。這些物質都可以轉化成上文提到的各種產品，或者可以用于生產沼氣(另一種燃料來源)。這些沼氣可以出售，或者用它們在生物煉制廠中生產藻類所需要的熱量，這個閉合回路使整個生產過程更加高效。

我們很容易就可以了解到，這個過程提出了一個可持續(xù)的、有利可圖的用藻類生產生物燃料的方式。事實上，已經(jīng)有公司將這一概念應用到具體工作中。在2014年，藍寶石能源公司，世界上最大的藻類生物技術公司之一，宣布他們正在擴大業(yè)務范圍，包括營養(yǎng)補充劑以及生物燃料。業(yè)務重點向生物煉制方向轉移對許多想要豐富產品線的公司來說，已經(jīng)越來越普遍。

顯然，藻類生物煉制還不能解決藻類商業(yè)化今天所面對的所有問題。這個行業(yè)還面臨許多關鍵問題，藻類大規(guī)模生產的效率損失問題，以及藻類培養(yǎng)過程中的污染問題。這些問題只能通過持續(xù)的努力研究來解決。生物煉制很可能是人類未來擺脫化石燃料的下一步計劃。