荒漠中新能源

魏元康 尹博遠

摘要：隨著21世紀的人口數量猛然增加，全球面臨著食物匱乏，環境污染，能源危機等問題。人類不得不去尋找新的清潔能源，因為如今的工業化進程造成了大量的CO2排放，從而導致了溫室效應。本文對微藻在各個領域的價值作出了歸納分析，并對目前微藻產業出現的問題以及發展前景進行討論。

關鍵詞：微藻；各領域；問題；前景

1.微藻的利用價值

1.1微藻在食物方面的價值

如今人類面臨著食物危機：首先食物種類越來越少，據聯合國糧農組織（FAO）說，目前全世界的糧食儲存只夠人類維持吃57天，并且越來越多的食物資源已經處于消耗殆盡的情況。其次食物的營養越來越低，人們打化學用劑使水果蔬菜顏色更艷麗，個頭越大。所以尋找新食品能源是刻不容緩的。

1.2微藻在醫藥方面的價值

螺旋藻是一種天然的生物活性健康食品，含有多種維生素、礦物質、微量元素等物質。我們踏入恩格貝沙漠科技館時，記得解說員說一克螺旋藻的營養價值等于一千克蔬菜和水果的營養總合。

1.3微藻在能源領域的價值

隨著人口爆炸，石油枯竭，陸地可用面積不斷減少，微藻生物技術快速發展，微藻燃料是人類未來燃料的希望。據資料顯示：微藻可以大量積累脂類及碳氫化合物，脂類含量高達占干重的34%，碳氫化合物含量占干重的8%，一些產氫藍綠藻也被用來作為燃料加以研究。隨著石油等能源的日益枯竭，利用微藻開發新能源已成為21世紀新能源建設的一大趨勢。

1.4微藻固碳技術

因為人類工業化快速發展，化石燃料的使用造成了大量的CO2排放，從而產生溫室效應使全球變暖。恩格貝的微藻生物固碳技術共建實驗室導師介紹：微藻具有光合速率高、繁殖快、環境適應性強，可調控以及可與其他工程技術集成等優點，可獲得高效、立體、高密度的培養。每噸微藻生物約可固定2噸CO2，且微藻培養過程可對點源排放的CO2進行利用。微藻富含蛋白、油脂，固碳后可產生高油脂的藻體（有報道稱微藻的產油能力是普通農作物的15至300倍[2]），可作為生物柴油和人類營養食品的原料，提高了微藻固碳過程的經濟性，同時實現了碳的利用和自然循環。因此，微藻生物固碳技術有望成為具有相當可行性的CO2固定方法。根據文獻作者李偉和康少鋒的《微藻固碳研究現狀及發展思路》講述了微藻固碳機理研究機理：微藻大多是專性光合自養微生物，其光合作用和呼吸作用的強度大大超過同等重量的大型高等植物的代謝總量。

2.微藻技術目前存在的問題

目前，世界各地已經研究出多種適合固定高濃度CO2的微藻，其中大部分藻種屬于海洋藻種，利用海洋微藻固定CO2對于運行設備的技術要求相對較高，其中主要是防止海水對設備的腐蝕。因此分離馴化淡水藻種是一條可行的技術路線，但目前這方面的研究還不多。用淡水藻固碳不僅對生產設備要求相對較低，而且最重要的是可以與污水處理工業相結合，不但節省淡水資源，而且可以有效去除污水中多種污染物質，有效地保護環境。基于目前利用微藻固定CO2技術的現狀，迫切需要繼續加強此項技術的研究，主要集中在以下2個方面：

2.1藻類的生產成本

藻種的選擇、培養、馴化。在微藻的選擇上，應盡量選擇能夠高效固定CO2，有較高經濟附加值的淡水藻種，并且通過基因工程技術，提高微藻固碳效率，增強微藻對各種環境因素的耐受性。有較高耐受性微藻的優勢在于可把煙氣等含高濃度CO2的氣體經過簡單處理后或直接通入藻液中，而且對周圍環境條件的要求也相對較寬松，這樣不僅在很大程度上節約了生產成本，而且避免了不必要的二次污染。

2.2CO2處理量

開發和放大高效光生物反應器，進一步提高CO2處理量。隨著今后工業生產規模的不斷增大，排氣量也隨之增大，開發和放大高效光生物反應器可以有效地適應工業生產的要求，做到最大限度地處理排放氣體。當前，世界的CO2排放量每年逐漸增加，盡快完善微藻固碳技術直接關系到世界經濟的發展，這對于科研工作者是一項巨大的挑戰。

3.微藻技術進步的實例

隨著微藻固碳技術的不斷進步，國內外已經有了一些初步的應用，具有代表性的應用模式有：

1）夏威夷的藍藻生物技術公司，利用一些小型能源工廠排放的煙道氣作為規模培養螺旋藻和血球藻的碳源。該公司采用小型供能發電站發電產生的CO2作為藻類培養所需碳源。2個功率為180 kW的發電裝置提供67個培養池攪拌所需的電能和其他消耗，發電過程產生的廢氣中含8%的CO2回收至CO2吸收塔作為碳源，其回收利用率為75%左右，相當于每個月通過生產36t螺旋藻藻粉，重復消耗67t的CO2，并節省了購置CO2氣體所需費用。

2）臺電綜合研究所將電廠排放的CO2作為養殖微藻所需碳源。與同樣1 hm面積相比，植樹一年可捕獲25t的CO2，而微藻一年可捕捉58～90t的CO2，減碳成效不容小覷。該研究所利用臺灣亞熱帶環境的優勢，于臺電大林火力發電廠進行微藻固定CO2先導型微藻養殖減碳試驗，自電廠煙道抽取煙氣以海水脫硫后供應養殖系統，利用微藻生長特性，吸收太陽光、熱及電廠CO2后，進行光合作用。1 kg的CO2經過微藻光合作用轉換后，可產生0157 kg的藍綠藻和0173 kg的氧氣，這些藍綠藻可制成保健食品、動物營養強化劑及微藻美容制品等。臺電綜合研究所以本土性微藻為研究對象，經過長期觀察試驗，篩選出適合電廠煙氣CO2固定的2種微藻——黃金藻及螺旋藻，并完成大型光合反應器與立體光合反應器的建設工作。

3）1990-2000年，日本國際貿易和工業部曾資助了一項名為“地球研究更新技術計微藻吸收火力發電廠煙氣中的CO2來生產生物質能源。該項計劃共有大約20多個私人公司和政府的研究機構參與，10年間共投資約25億美元，篩選出多株耐受高CO2濃度、生長速度快、能形成高細胞密度的藻種，建立起了光合生物反應器的技術平臺以及微藻生物質能源開發的技術方案。將微藻固碳應用到工業生產，有著廣闊的發展空間和巨大的經濟效益。目前，利用微藻進行實際的生產還處于起步階段，實際應用中還有許多問題需要解決。但隨著人們對微藻性質研究的不斷深入，通過技術手段不斷增強微藻對環境的適應寬度，可以預見，今后微藻應用技術會有更廣闊的發展空間。endprint