微藻成生物质能源研究新热点。

新奥公司的微藻养殖暖房。

近日在成都举办的第六届中国工业生物技术发展高峰论坛上，藻类生物能源专题分会场座无虚席。

而在微藻生物能源之热的背后，其科研向商业转化的进程却遇冷。与会专家表示，尽管利用微藻生产生物燃料具有生长速度快、产油量高等诸多优势，但此类生物能源“种子选手”的成本瓶颈以及规模化培养等问题仍待解。

“种子选手”待寻

从原料上划分，生物燃料经历了3个发展阶段。

第一代生物燃料由有机质产生，主要包括淀粉、糖类、动物脂肪和菜籽油，来源于马铃薯、谷物、油菜籽和大豆等。但其原料也可用来生产人类的食物或动物饲料，以这些材料大量生产燃料将会“与人争粮”。

由纤维产物如木材、稻草、多年生牧草或木材加工废料生产的燃料称为第二代生物燃料。这类原料只要以农林废弃物和非粮原料生产，具有明显优势，但因造价昂贵和原料来源有限而难以普及。

于是，人们继续寻找更多潜在的生物燃料“种子选手”。微藻随之“浮出水面”。

微藻是一种浮游的光自养微生物类群，广泛存在于海洋、湖泊、河流等水体环境中，其中有很多藻种在特定环境条件下，可以积累大量的油脂产物，用于生物柴油生产。

暨南大学水生生物研究中心教授张成武表示：“利用微藻生产生物燃料具有许多优势。”

微藻可利用海水或半咸水在边际地带进行培养、不占用耕地和饮用水，可利用废水中的氮、磷等营养成分和电厂烟气中的CO2为碳源进行培养。

其另一特点在于光合作用效率高，易于规模化培养，且能够积累多种能源物质，三酰甘油（TAG）含量可达细胞干重的50%以上。

此外，微藻生长周期短，细胞繁殖速度快，单位面积产量是油料植物的数十到数百倍以上。

据新奥科技发展有限公司生物质能源技术研究中心总经理刘敏胜介绍，新奥微藻内蒙古达拉特旗产业化示范基地养殖数据显示，微藻年产可达8~10吨/亩，约为第一代生物燃料原料之一的大豆产量的40倍（大豆年产约为200~300公斤/亩）；产油量可达4~5吨/亩，约为大豆的90倍（大豆产油量约为40~60公斤/亩）。

难降的成本

尽管前景令人激动，但其产业化进程却同样遭遇了瓶颈。

中石化石油科学研究院研究员荣峻峰指出：“成本问题是目前微藻生物能源技术商业化的主要问题。”

在成本方面，目标和现实的差距到底有多大？中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员刘天中给出的数据再明显不过了：原油、菜籽油、棕榈油成本分别为0.3~0.8美元/kg、0.25美元/kg、0.3~0.4美元/kg，以此为参照，微藻生物能源的成本目标是在0.5~0.8美元/kg，而现实是目前微藻油的成本高达3~10美元/kg，生产微藻主要品种螺旋藻藻粉的成本就高达1.5万~1.7万元/吨。

同时，刘天中也表示，微藻产业化还存在资源瓶颈。

2011年，中国柴油表观消费约为1.67亿吨。如果微藻生物柴油占10%，则藻粉需求量（以30%油含量计）为0.56亿吨/年。

而2008年全国主要微藻养殖产量数据显示，螺旋藻仅为4500吨，小球藻仅为1000~1500吨。

藻种选育也不容乐观。张成武在演讲中特别强调，藻种选育是微藻生物燃料高效生产的关键。

其中的道理并不难理解：藻种选育是整个产业链的第一步，开始选错了对象再向后期推进肯定困难重重。

张成武表示，微藻有几十万种，分属不同门类，其内在生物学特性决定了生长速度、代谢方式、环境适应性和目标产物积累量。

藻种选育之难还在于需要考虑营养代谢方式、抗性、生产方式、产量、生产成本、收获方式、能量效率等多方面因素。

规模化培养之争

综合上述问题，荣峻峰表示，低成本、大批量地获得产油微藻生物量是首要任务。

目前微藻生物燃料生产链从前端到后端主要涉及微藻藻种选育、光生物反应器、规模化培养、采收和脱水、提取和转化等环节。

其中，荣峻峰认为，规模养殖是首先需要突破的关键环节。

据刘天中介绍，微藻培养主要采取两种模式，一种针对所有藻种，另一种则针对异养藻种。前者利用光合作用，吸收CO2、释放O2，培养密度低，生长缓慢；而后者则借助糖同化作用，吸收O2，释放CO2，培养密度高，生长快，但可适应的藻种有限。

而在微藻培养装备系统方面，也存在两类：一种是利用水泥、塑料膜等材质铺设的开放池系统，另一种是玻璃、有机玻璃和塑料膜构建的封闭式光反应器系统。

刘天中说：“开放池目前是微藻培养的主要系统。特别是在螺旋藻、小球藻、盐藻等规模化养殖上已比较成熟。”

在光反应器培养系统方面，光反应器种类各式各样，其中以水平管道式、气泡柱式和平板式居多。为解决光反应器玻璃或有机玻璃材质放大时不耐压和成本过高的问题，以塑料薄膜为材质的反应器逐渐受到更多重视。

对于这两种系统，刘天中说，规模培养到底是开放池好，还是光反应器好，业界一直有很大争议。开放池效率是比较低，但是它比较便宜，这是个核心问题，业界都认为开放池效率低，但有人把光反应器和开放池作了对比，也许效率差别没那么大。

此外，刘天中还指出，光照是决定培养效率的核心，而光在水中严重衰减。此外，大水量产生的压力导致反应器放大困难，且成为主要耗源，这也是不容忽视的限制因素。