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[交流] 【转帖】海洋微藻能源发展喜忧参半

来源科学时报
“海洋微藻作为‘后石油时代’有望破解能源危机的一把钥匙，具有产能大、无污染、可再生等优点，发展前景十分美好。但由于我国海洋微藻能源研究及应用尚处于起步阶段，仍有许多问题难以解决。因此，海洋微藻能源的发展可谓喜忧参半。”中国科学院海洋研究所研究员刘建国对记者表示。

未来重要的可再生能源

海洋微藻没有高等植物的根茎叶等细胞分化，在缺氮等条件下，某些单细胞微藻可积累干重50%以上的油脂，是最有发展前景的产油生物之一。

目前，我国已经成为世界上能源消耗和二氧化碳排放最大的国家之一，如何减少和摆脱对化石资源的依赖，保障能源供给安全，已经成为社会经济发展急需解决的重大战略问题。

刘建国介绍说，目前国内外掀起了生物质能源开发的热潮, 其中利用油料作物生产生物柴油和利用产淀粉作物生产乙醇，成为生物质能源产业化开发的主流。巴西利用种植甘蔗和蓖麻来生产乙醇和生物柴油，美国利用种植玉米和大豆来生产乙醇和生物柴油，欧洲主要利用种植油菜来生产生物柴油，这些都受到了国际上的普遍重视。然而，这些生物质能源开发技术主要还是依赖农作物，大量粮食和食用油的使用造成了世界粮食的紧张和价格的上涨，导致生物质能源开发与人争土地、水和粮食资源的被动局面。

“我国人口多、人均水土资源少的国情决定了依靠耕地大规模种植能源植物势必与粮食安全发生冲突，因此我国不能效仿国外的模式来发展生物质能，必须另辟新径。”刘建国说。

他进一步解释：“利用海藻生产生物质能不仅有利于解决能源短缺的问题，而且将大大推动海洋生物资源开发，构建新型农村经济发展模式，有利于环境质量的改善、修复和保护。”

据了解，山东有十几个课题组在从事微藻研究，已发现、筛选、培育了几十个富油藻种，并开始运用基因工程技术改造藻种。还有一些技术力量正在进行微藻生物柴油制备技术的研究。

中科院海洋研究所专家韩笑天表示，海洋微藻产油主要基于微藻细胞吸收二氧化碳，光合效率高、生长繁殖快，并且在某些条件下可以大量积累油脂，经过生物冶炼可开发生物柴油和优质航空汽油，直接应用到工农业和交通领域，其优势和特点十分明显。而且微藻生物能源可以再生，燃烧后不排放有毒有害物质，对大气二氧化碳没有净增加。

海洋微藻利用天然海水作为培养基，对于淡水资源十分缺乏的中国来说具有独特的吸引力。发展海洋微藻产业可以充分利用我国广阔的海域、盐碱滩涂等非耕国土资源，不存在与传统粮食作物争地的问题。据计算，我国盐碱地达1.5亿亩，如果用1/3的盐碱地养殖微藻，所生产的生物柴油就可以满足全国的燃油需求。

“微藻是未来重要的可再生能源之一。”中国海洋大学教授潘克厚说，微藻的光合作用效率高，生长周期短，倍增时间约3～5天，有的藻种甚至一天可以收获两季，单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍。而且微藻脂类含量在20%～70%，这是陆地植物远远达不到的，可用于生产生物柴油或乙醇，还可望成为生产氢气的一条新途径。

海洋微藻能源发展之忧

刘建国指出，我国海洋微藻能源研究及应用尚处于起步阶段，存在的突出问题是成本过高，理论和现实差距大，许多关键技术有待突破，相关工程技术需要集成。

目前，生长快的微藻藻种通常含油量只有10%～20%，体积小于10微米的细胞也不易于收获，而含油量大于60%的藻种生长速度较慢，因此需要开展工程藻种的良种优化，选育细胞生长快、含油量高和易于收获的藻种。现在的研究工作多停留在实验室和小规模基础上，缺少适宜于自然阳光和温度变化条件下的细胞高密度原理与培养技术，如何规模放大是当前的主要瓶颈。此外，微藻细胞小、细胞壁大多坚硬，缺乏经济有效的藻体收获和细胞破壁技术，也是当前面临的问题。

刘建国说，微藻细胞工程培养存在多种渠道的敌害生物污染，严重影响培养效率甚至导致彻底失败，需要建立敌害生物污染综合防治技术。另外，目前关键培养装置的规模在几百吨，缺少工业化培养的大型光生物反应器装置。

建立基地集中攻关

针对微藻能源研究和应用中存在的主要问题，中科院海洋所专家建议建立模式平台基地，围绕本领域上、中、下游关键技术问题，集中开展以下攻关研究。

在组织管理层面，成立联合开发组织和管理机构，设立专门的微藻生物能源开发基金；制订优惠政策，加大投资力度并吸引社会资金，协调相关部门、机构和单位，形成产学研相结合的产业联盟。

在国家层面，集中力量建立工业化微藻产油技术集成平台，对限制微藻生物能源开发的关键理论和应用技术难点开展联合攻关，力争率先突破关键技术，优化产业化技术工艺和流程，占领国内外微藻生物能源开发的制高点。

在技术和应用层面，在我国沿海海域定期开展微藻样品系统采集，并借助科学考察机会采集国外水样，分离纯化海洋微藻种质，筛选高效产油海洋藻株，同时对某些工程微藻进行分子改良；研究有效培养用水气、肥料和设备处理的技术，建立有效的敌害生物联防体系和高纯度种源的扩大培养系统；开展光生物反应器放大技术研究，突破制约规模化放大的技术瓶颈限制；探讨微藻细胞多级收获技术，建立经济、高效的微藻收获工艺体系。

刘建国同时建议，开展微藻长期保活研究，建立同作物种子长期储藏微藻活细胞的技术，为微藻细胞工程大量培养提供所需的良种；结合高等植物油脂提取经验，探讨适宜于微藻油脂提取冶炼生物柴油的技术工艺。

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