什么是生物柴油？

　　生物柴油是指生物油脂與醇通過(guò)酯交換反應(yīng)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能和潤(rùn)滑性能；較高的經(jīng)濟(jì)性、可降解性和安全性能。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，生物柴油的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過(guò)三代更迭。

　　第一代生物柴油的原材料主要來(lái)自油菜、大豆、向曰葵等可食用性的油類(lèi)作物。這類(lèi)原材料生產(chǎn)成本高昂，并且與人爭(zhēng)地爭(zhēng)糧，生產(chǎn)周期冗長(zhǎng)，油脂產(chǎn)率偏低，對(duì)環(huán)境要求較為苛刻，因此不適合進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。

　　第二代生物柴油的原材料主要來(lái)自麻瘋樹(shù)、煙草種子等非糧油類(lèi)植物，以及地溝油、動(dòng)物脂肪等。第二代生物柴油解決了原材料與人爭(zhēng)糧的問(wèn)題，但是其他缺點(diǎn)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(chǎn)原料。微藻因光合效率高、生長(zhǎng)速率快、占地面積小、油脂含量高等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)之無(wú)愧成為第三代生物柴油原料的首選。

　　微藻為什么可以做生物燃油？微藻——取之不盡的能量球

　　微藻，即微體藻類(lèi)，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(chǎn)脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、多糖等有機(jī)物。其中脂質(zhì)可通過(guò)酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生物柴油。

　　在20世紀(jì)70年代，美國(guó)能源部以發(fā)展可持續(xù)能源為目的，對(duì)微藻開(kāi)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(chǎn)油微藻，即脂質(zhì)占細(xì)胞干重比例超過(guò)20%的微藻。其中微擬球藻的脂質(zhì)比例更是高達(dá)68%！

　　作為一種單細(xì)胞藻類(lèi)的微擬球藻，除了脂質(zhì)含量高外，還具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、個(gè)體小、繁殖速度快等優(yōu)點(diǎn)，躋身生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)良藻種行列。

　　微擬球藻為什么能具有這么高的脂質(zhì)比例呢？答案在于它獨(dú)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(chǔ)。地球上每分鐘通過(guò)光合作用大約可以將300萬(wàn)噸CO2和110萬(wàn)噸H2O轉(zhuǎn)化為200萬(wàn)噸有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)放出210萬(wàn)噸O2。

　　與陸生高等植物不同，微擬球藻生長(zhǎng)在海水中。水體中溶解性無(wú)機(jī)碳的主要存在形式有HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的水體碳環(huán)境，微擬球藻具備了獨(dú)特的CO2濃縮機(jī)制(CO2 concentrating mechanism，CCM)。

　　真核微藻、藍(lán)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(shí)才會(huì)啟動(dòng)。該機(jī)制主要通過(guò)無(wú)機(jī)碳的轉(zhuǎn)運(yùn),改變細(xì)胞光合作用對(duì)無(wú)機(jī)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(diǎn)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(yīng)的罪魁禍?zhǔn)字弧?015年12月在巴黎氣候變化大會(huì)上，中國(guó)承諾到2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降60%～65%。微擬球藻強(qiáng)大的固碳能力不但可以生產(chǎn)更多的生物柴油，還可能用于減少大氣中的CO2。

　　如何讓微藻變身“生物柴油”

　　最常用的微藻生物柴油生產(chǎn)工藝主要由三個(gè)步驟組成：微藻生物質(zhì)的生產(chǎn)、油脂的提取、酯交換反應(yīng)。

　　首先在開(kāi)放塘中大規(guī)模培養(yǎng)微藻。在微藻細(xì)胞內(nèi)，光合作用合成的糖類(lèi)物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列的代謝反應(yīng)轉(zhuǎn)化為油脂。

　　當(dāng)藻細(xì)胞密度達(dá)到最大時(shí)，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(jìn)行收集。收集后的微藻需要進(jìn)一步提取其中的油脂。藻類(lèi)油脂的提取過(guò)程繁瑣，目前最常用的油脂提取方法有機(jī)械壓榨法、有機(jī)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(lái)的藻油成分復(fù)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(yīng)，通過(guò)對(duì)原料干燥和預(yù)酯化可減少脂肪酸對(duì)酯交換反應(yīng)帶來(lái)的不利影響。

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

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

　　不過(guò)，目前微藻生物柴油的生產(chǎn)成本依然較高，這是限制其商業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸。除繼續(xù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)油性能優(yōu)良的藻種以外，需要實(shí)現(xiàn)微藻生產(chǎn)的綜合利用，可有效解決這一問(wèn)題。例如從微藻中獲得DHA、類(lèi)胡蘿卜素、活性多糖等高附加值產(chǎn)品，將廢棄的藻渣作為水產(chǎn)業(yè)的餌料等。

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

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微藻固碳產(chǎn)生物柴油這個(gè)話題是近幾年來(lái)比較熱門(mén)的話題，從這幾年碩士和博士論文來(lái)看，有很多高校開(kāi)始開(kāi)展這個(gè)課題。

常識(shí)性的信息是微藻作可以利用光合作用固定二氧化碳，并合成生物質(zhì)，微藻生物質(zhì)中又含有蛋白質(zhì)，糖類(lèi)，油脂等營(yíng)養(yǎng)成分，有些微藻油脂含量高，這就是所謂的積累油脂了。

一般試驗(yàn)的養(yǎng)殖推薦使用1-2%(v/v)的二氧化碳,如果是工業(yè)化養(yǎng)殖可以直接用電廠煙氣,二氧化碳比例為12%,通入量一般按照每日水體體積的0.5倍來(lái)做一般通入量超過(guò)一定閾值(飽和值)后對(duì)細(xì)胞成長(zhǎng)和細(xì)胞積累油脂并沒(méi)有顯著效果,并且過(guò)高的二氧化碳會(huì)影響水體的pH,不利于微藻的生長(zhǎng)

二氧化碳濃度對(duì)微藻生長(zhǎng)和油脂積累的影響要從幾個(gè)方面來(lái)講，首先二氧化碳?xì)怏w可以作為微藻生長(zhǎng)碳源，適量的二氧化碳會(huì)促進(jìn)微藻生長(zhǎng)，另一方面，通入藻液的二氧化碳?xì)怏w越多，藻液pH下降越迅速，不同微藻種類(lèi)對(duì)二氧化碳濃度的耐受性不同，Chlorococcumlittorale據(jù)說(shuō)可以耐受二氧化碳濃度60%，一般的綠藻和藍(lán)藻耐受二氧化碳濃度低于15%，不能在低的pH值下生長(zhǎng)，因此過(guò)高的二氧化碳濃度會(huì)抑制微藻生長(zhǎng)；

其次，微藻油脂合成受外界環(huán)境影響因素比如氮缺乏，磷缺乏，硅元素缺乏，鐵含量刺激，高光照強(qiáng)度刺激，有些研究報(bào)道說(shuō)高二氧化碳濃度對(duì)微藻油脂積累有促進(jìn)提高的效果，但具體要看藻種特性，有沒(méi)有與其他影響因素聯(lián)合作用。這個(gè)問(wèn)題是個(gè)很大的課題，個(gè)人意見(jiàn)，僅供參考

作者：欣欣然俞威

現(xiàn)在生物柴油被認(rèn)為是傳統(tǒng)化石燃料的一種綠色替代品，生物柴油吸引了研究人員、政府以及國(guó)際貿(mào)易商的極大興趣。生物柴油取代化石燃料的優(yōu)勢(shì)是無(wú)毒，可生物降解，擁有較低的溫室氣體排放量。第一代生物柴油是食用植物油，以大豆、油菜、向日葵和棕櫚為主要原料。然而，食用油作為能源的使用卻增加了許多來(lái)自公共輿論和非政府組織的反對(duì)意見(jiàn)。因此，第二代生物柴油來(lái)源于非食用油，如麻風(fēng)樹(shù)（Jatropha carcas L.）被認(rèn)為是一種有效的替代原料。事實(shí)上，麻風(fēng)樹(shù)油可以使用現(xiàn)有的生物柴油廠進(jìn)行生產(chǎn)，而不需要對(duì)設(shè)備和工藝流程進(jìn)行革新，這主要是因?yàn)槁轱L(fēng)樹(shù)油具有與食用油相似的性質(zhì)。但是，和第一代生物柴油相比較麻風(fēng)樹(shù)油含有更高濃度的游離脂肪酸（FFA），這一特點(diǎn)導(dǎo)致需要預(yù)處理步驟。使用麻風(fēng)樹(shù)油的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是麻風(fēng)樹(shù)在不可耕地或荒地上很容易生長(zhǎng)。然而為了確保高產(chǎn)，需要定期灌溉、大量施肥和良好的管理實(shí)踐。因?yàn)檫@些缺點(diǎn)，找到更可優(yōu)良的生物柴油原料的工作仍在繼續(xù)，當(dāng)前研究的重點(diǎn)是微藻。

微藻被認(rèn)為是地球上最古老的生物之一，微藻具有傳統(tǒng)化石燃料和以往生物柴油原料所不具有的優(yōu)勢(shì)：

（1）產(chǎn)油微藻種類(lèi)很多，培養(yǎng)的適用范圍廣；生長(zhǎng)速度快，世代周期短，能夠快速生長(zhǎng)到平臺(tái)期，到達(dá)最高生物量。

（2）相對(duì)于陸地植物微藻的光合效率高，油脂產(chǎn)率也是更高。某些微藻在一定的培養(yǎng)條件脅迫下可大量積累油脂， 例如C. pyrenoidosa 在氮缺乏脅迫下含油量可從5%提升到85%，單位面積的油脂產(chǎn)率高出其他油料植物數(shù)十倍，這是其他產(chǎn)油作物無(wú)法相提并論的。

（3）能夠吸收大量的二氧化碳，具有節(jié)能減排作用。在生產(chǎn)生物柴油的過(guò)程中，微藻能夠固定大量的二氧化碳，生產(chǎn)100 噸微藻生物質(zhì)可以固定大約183 噸CO2，而且有些微藻能耐受高濃度的CO2，因此工廠中化石燃料燃燒排放的廢氣可用于培養(yǎng)微藻，能夠一舉兩得。

（4）占地少，不與糧爭(zhēng)地。傳統(tǒng)的產(chǎn)油植物往往面臨著與糧食爭(zhēng)奪耕地的問(wèn)題，但微藻能夠淡水、海水甚至鹽堿水污水中進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，不與糧爭(zhēng)地，要優(yōu)于其他的產(chǎn)油植物。

（5）微藻的改造空間大。相對(duì)于傳統(tǒng)的產(chǎn)油植物，微藻具有更大的改造空間；它的遺傳物質(zhì)更為簡(jiǎn)單，世代周期短生長(zhǎng)快，從未進(jìn)行過(guò)遺傳改良。所以利用多種遺傳育種方法能夠得到性狀優(yōu)良的產(chǎn)油微藻。優(yōu)良品種的產(chǎn)油微藻是發(fā)展微藻生物柴油技術(shù)的基礎(chǔ)，優(yōu)良的微藻要具有生長(zhǎng)速度快、油脂產(chǎn)量高和組成好、在生產(chǎn)中便于培養(yǎng)收集加工、抗逆性強(qiáng)和營(yíng)養(yǎng)需求低等優(yōu)點(diǎn)。早期的產(chǎn)油微藻篩選工作主要由美國(guó)能源部1978-1996 年的ASP 計(jì)劃所推動(dòng)的，該研究通過(guò)將3000 余種微藻物種油脂含量的統(tǒng)計(jì)篩選，得到了300 多種微藻，其中針對(duì)硅藻和綠藻的研究較多。微藻中油脂含量在營(yíng)養(yǎng)脅迫條件下最高可達(dá)藻干重85%，在正常培養(yǎng)條件下較常見(jiàn)的是10%～50%之間。

除此之外，微藻也是生物乙醇生產(chǎn)的優(yōu)良原料。除了高脂肪含量外，一些微藻還含有碳水化合物，可作為碳源或發(fā)酵基質(zhì)[8]。盡管微藻生物量發(fā)酵制備生物乙醇的研究還很有少，但這一過(guò)程實(shí)際上有很多優(yōu)點(diǎn)?；谶@些證據(jù)，微藻已經(jīng)成功地將自己定位為最有前景的生物燃料原料之一。從微藻中提取的生物燃料是第三代生物燃料，為可再生能源工業(yè)開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。然而，應(yīng)該注意的是，微藻并不是生產(chǎn)第三代生物燃料的唯一原料。其他第三代生物燃料，例如由酵母和真菌生產(chǎn)的生物柴油和通過(guò)直接纖維素發(fā)酵生產(chǎn)的生物乙醇。

總之，小小的微藻就像大力水手的菠菜一樣，小小的一罐卻能爆發(fā)出巨大的能量。

印度更新:2019年9月26日

csir -國(guó)家海洋研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種更清潔、更便宜的方法來(lái)種植微藻，生產(chǎn)生物柴油。(檔案照片)

csir -國(guó)家海洋研究所(Goa)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種更清潔、更便宜的方法來(lái)種植生產(chǎn)生物柴油的微藻。微藻利用魚(yú)粉植物的廢水，而不是人工營(yíng)養(yǎng)。

Deepti賈殷博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),微藻的種類(lèi)小球藻尋常的NIOCCV——一個(gè)應(yīng)變的微藻分離性質(zhì)和特點(diǎn)在NIO,生長(zhǎng)良好的媒介海產(chǎn)品行業(yè)廢水和寬容不同鹽度政權(quán)和更高濃度的二氧化碳,使它理想的候選人一個(gè)有效,有利經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的廢水中培養(yǎng)。

使用廢水和二氧化碳可能一舉兩得。

該論文的通訊作者Vishal Gupta解釋說(shuō):“我們嘗試?yán)煤．a(chǎn)品加工業(yè)廢水作為營(yíng)養(yǎng)源，從而免除了營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充的需要，從而降低了本應(yīng)占養(yǎng)殖總成本80%的成本?！?/span>

印度果阿省的csir -國(guó)家海洋研究所

種植微藻的成本越低，生產(chǎn)生物柴油的成本就越低。

在尋找可替代和可再生的燃料和能源的過(guò)程中，微藻已經(jīng)成為清潔燃料(生物柴油)的可再生原料。

總體而言，全球約69%的生物柴油生產(chǎn)來(lái)自大豆、油菜籽和棕櫚等植物油。這是對(duì)糧食安全的嚴(yán)重關(guān)切。因此，微藻作為生產(chǎn)生物柴油的可再生原料得到了全球的關(guān)注。

然而，種植需要營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充的微藻的成本，以及可供商業(yè)種植的淡水短缺，都妨礙了以微藻為基礎(chǔ)的能源生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。

“微藻作為可替代的可再生燃料來(lái)源，已經(jīng)引起了全球的廣泛關(guān)注。然而，由于需要補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，種植成本是主要的瓶頸，”古普塔解釋說(shuō)。

NIOCCV在廢水中大量繁殖的能力使它成為可持續(xù)生產(chǎn)的最佳候選。

除了更便宜外，這種方法還有助于清潔廢水，否則廢水在排放前需要進(jìn)行處理，而這是工業(yè)希望避免的成本。

古普塔說(shuō):“由于廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被藻類(lèi)吸收以供生長(zhǎng)，這有助于凈化廢水，使直接排放廢水成為可能，從而節(jié)省了處理成本?！?/span>

印度果阿省CSIR-NIO生物海洋學(xué)部門(mén)前負(fù)責(zé)人拉瑪亞教授和他們的團(tuán)隊(duì)發(fā)起并成功地展示了微藻在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。

“我們正在嘗試與食品加工或燃料生產(chǎn)進(jìn)行工業(yè)合作，以在規(guī)模上測(cè)試我們的方法，”他說(shuō)。

該研究還表明，微藻菌株對(duì)高達(dá)20%的二氧化碳濃度水平具有耐受性，這使得它很適合被工業(yè)排放到大氣中的煙囪氣體喂養(yǎng)。

“我們計(jì)劃對(duì)煙道氣進(jìn)行同樣的測(cè)試，以進(jìn)一步確保其工業(yè)適用性。通過(guò)該模型的建立，有望將養(yǎng)殖池內(nèi)的氣體排放與廢水一起直接泵入養(yǎng)殖池。這樣不僅能產(chǎn)生生物物質(zhì)，還能減少?gòu)U物債務(wù)。

印度建筑師發(fā)明藻類(lèi)墻面過(guò)濾污染水體，吸收有害、凈化化學(xué)物質(zhì)

本文轉(zhuǎn)自：藻類(lèi)生態(tài)鏈

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

　　生物柴油升級(jí)換代

　　生物柴油是指生物油脂與醇通過(guò)酯交換反應(yīng)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能和潤(rùn)滑性能；較高的經(jīng)濟(jì)性、可降解性和安全性能。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，生物柴油的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過(guò)三代更迭。

　　第一代生物柴油的原材料主要來(lái)自油菜、大豆、向曰葵等可食用性的油類(lèi)作物。這類(lèi)原材料生產(chǎn)成本高昂，并且與人爭(zhēng)地爭(zhēng)糧，生產(chǎn)周期冗長(zhǎng)，油脂產(chǎn)率偏低，對(duì)環(huán)境要求較為苛刻，因此不適合進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。

　　第二代生物柴油的原材料主要來(lái)自麻瘋樹(shù)、煙草種子等非糧油類(lèi)植物，以及地溝油、動(dòng)物脂肪等。第二代生物柴油解決了原材料與人爭(zhēng)糧的問(wèn)題，但是其他缺點(diǎn)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(chǎn)原料。微藻因光合效率高、生長(zhǎng)速率快、占地面積小、油脂含量高等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)之無(wú)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(lèi)，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(chǎn)脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、多糖等有機(jī)物。其中脂質(zhì)可通過(guò)酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生物柴油。

　　在20世紀(jì)70年代，美國(guó)能源部以發(fā)展可持續(xù)能源為目的，對(duì)微藻開(kāi)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(chǎn)油微藻，即脂質(zhì)占細(xì)胞干重比例超過(guò)20%的微藻。其中微擬球藻的脂質(zhì)比例更是高達(dá)68%！

　　作為一種單細(xì)胞藻類(lèi)的微擬球藻，除了脂質(zhì)含量高外，還具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、個(gè)體小、繁殖速度快等優(yōu)點(diǎn)，躋身生產(chǎn)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(zhì)比例呢？答案在于它獨(dú)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(chǔ)。地球上每分鐘通過(guò)光合作用大約可以將300萬(wàn)噸CO2和110萬(wàn)噸H2O轉(zhuǎn)化為200萬(wàn)噸有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)放出210萬(wàn)噸O2。

　　與陸生高等植物不同，微擬球藻生長(zhǎng)在海水中。水體中溶解性無(wú)機(jī)碳的主要存在形式有 HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的水體碳環(huán)境，微擬球藻具備了獨(dú)特的CO2濃縮機(jī)制（CO2 concentrating mechanism，CCM）。

　　真核微藻、藍(lán)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(shí)才會(huì)啟動(dòng) 。該機(jī)制主要通過(guò)無(wú)機(jī)碳的轉(zhuǎn)運(yùn)， 改變細(xì)胞光合作用對(duì)無(wú)機(jī)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(diǎn)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(yīng)的罪魁禍?zhǔn)字弧?015年12月在巴黎氣候變化大會(huì)上，中國(guó)承諾到2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降60%~65%。微擬球藻強(qiáng)大的固碳能力不但可以生產(chǎn)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(chǎn)工藝主要由三個(gè)步驟組成：微藻生物質(zhì)的生產(chǎn)、油脂的提取、酯交換反應(yīng)。

　　首先在開(kāi)放塘中大規(guī)模培養(yǎng)微藻。在微藻細(xì)胞內(nèi)，光合作用合成的糖類(lèi)物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列的代謝反應(yīng)轉(zhuǎn)化為油脂。

　　當(dāng)藻細(xì)胞密度達(dá)到最大時(shí)，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(jìn)行收集。收集后的微藻需要進(jìn)一步提取其中的油脂。藻類(lèi)油脂的提取過(guò)程繁瑣，目前最常用的油脂提取方法有機(jī)械壓榨法、有機(jī)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(lái)的藻油成分復(fù)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(yīng)，通過(guò)對(duì)原料干燥和預(yù)酯化可減少脂肪酸對(duì)酯交換反應(yīng)帶來(lái)的不利影響。

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

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

　　不過(guò)，目前微藻生物柴油的生產(chǎn)成本依然較高，這是限制其商業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸。除繼續(xù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)油性能優(yōu)良的藻種以外，需要實(shí)現(xiàn)微藻生產(chǎn)的綜合利用，可有效解決這一問(wèn)題。例如從微藻中獲得DHA、類(lèi)胡蘿卜素、活性多糖等高附加值產(chǎn)品，將廢棄的藻渣作為水產(chǎn)業(yè)的餌料等。

　　根據(jù)歷年《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，作為化石能源替代品的生物柴油已成為國(guó)際上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的可再生能源。在這場(chǎng)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(hù)成本較低，進(jìn)一步降低了塔管理公司（Towercos）和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（MNO）的OPEX（企業(yè)支出成本）。與需要耗時(shí)且昂貴維護(hù)的柴油發(fā)電機(jī)不同，GenCell A5只需要一個(gè)12噸的氨水箱，便可作為其燃料。此外，GenCell物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程管理器可以對(duì)每個(gè)燃料電池設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、監(jiān)控和維護(hù)，因而不需要工程師經(jīng)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查，降低了運(yùn)營(yíng)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(gè)商業(yè)客戶。?Adrian Kenya決定用燃料電池動(dòng)力解決方案來(lái)取代柴油發(fā)電機(jī)，體現(xiàn)了GenCell A5燃料電池具有極大的實(shí)用性。未來(lái)，許多其他像Towercos和MNO的公司，也將會(huì)使用燃料電池來(lái)取代污染性高、成本也較高的柴油發(fā)電機(jī)，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(nóng)村連接更加經(jīng)濟(jì)實(shí)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(wù)。

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中科院與中石化2009年達(dá)成聯(lián)盟，啟動(dòng)開(kāi)發(fā)微藻生物柴油成套技術(shù)。在科研分工上，中科院主要研究上游藻種和反應(yīng)器開(kāi)發(fā)，中國(guó)石化則以微藻采收和藻油提取，及工業(yè)應(yīng)用研究為主。

微藻是光合效率最高的原始植物之一，與玉米、大豆等農(nóng)作物相比，單位面積的產(chǎn)油率可高出數(shù)十倍。微藻生物柴油技術(shù)首先包括微藻的篩選和培育，獲得性狀優(yōu)良的高含油量藻種，然后在光生物反應(yīng)器中吸收陽(yáng)光、二氧化碳等，生成微藻生物質(zhì)，最后經(jīng)過(guò)采收、加工，轉(zhuǎn)化為微藻生物柴油。

據(jù)介紹，柴油目前的價(jià)格每噸約7000元，按照現(xiàn)在的研究速度，未來(lái)三年至五年，微藻生物柴油的成本可降至每噸6500元以下。

進(jìn)入 21世紀(jì)能源危機(jī)已成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)?；剂献鳛橐环N不可再生的物質(zhì)能源，總儲(chǔ)量有限，隨著人們不斷的開(kāi)采和使用最終會(huì)導(dǎo)致其枯竭。同時(shí)，燃燒化石燃料，產(chǎn)生了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，如大氣污染、溫室效應(yīng)以及海平面上升等。 化石燃料還引起了各種社會(huì)問(wèn)題，包括石油戰(zhàn)爭(zhēng)、石油政治和石油經(jīng)濟(jì)等， 因此利用可再生清潔能源來(lái)替代日益枯竭的化石能源將是整個(gè)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的必經(jīng)之路。

我國(guó)是世界上第二大能源消費(fèi)國(guó)石油供給不足，已經(jīng)成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要矛盾之一。 發(fā)展替代能源是保障我國(guó)能源安全的重大戰(zhàn)略舉措 。微藻生物柴油是唯一能滿足全球需求的可再生的生物柴油，具有諸多優(yōu)點(diǎn)完全有可能取代石油液體燃料， 但目前生產(chǎn)微藻生物柴油主要存在的成本問(wèn)題必需大幅改善才能與石化汽油抗衡。 首先是選育快速生長(zhǎng)和高脂質(zhì)含量的微藻優(yōu)化培養(yǎng)條件和工藝在光生物反應(yīng)器工程中充分利用生物煉油廠的理念和發(fā)展采用大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)降低生產(chǎn)成本。 微藻的異養(yǎng)培養(yǎng)技術(shù)和高細(xì)胞濃度培養(yǎng)技術(shù)的研究， 對(duì)制備生物柴油需要高生物量的微藻具有重要價(jià)值。 但是由于未能深入到基因水平采用生理生化的調(diào)控提高產(chǎn)油率的能力有限難以取得跨越性進(jìn)展

未來(lái)，生產(chǎn)低成本的微藻生物柴油的根本途徑是通過(guò)遺傳和代謝工程改善藻類(lèi)生物，大幅提高其生長(zhǎng)速度和脂質(zhì)產(chǎn)量。然而，生物體內(nèi)脂質(zhì)積累過(guò)程和調(diào)節(jié)機(jī)制非常復(fù)雜，導(dǎo)致脂質(zhì)積累過(guò)程中某一關(guān)鍵蛋白的過(guò)量表達(dá)受到其他關(guān)鍵路徑的限制并不能有效提高脂質(zhì)產(chǎn)量。針對(duì)某一特定路徑的基因工程改造對(duì)脂質(zhì)積累的作用是非常有限的。因此，通過(guò)現(xiàn)代代謝工程技術(shù)完整描述脂肪酸合成和脂質(zhì)積累，進(jìn)一步研究脂質(zhì)代謝各路徑的調(diào)控機(jī)制，進(jìn)行基于脂質(zhì)合成和代謝路徑與調(diào)解機(jī)制相結(jié)合的基因工程改造，將是今后工程微藻研究的主攻方向，對(duì)提高微藻生物柴油的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、真正實(shí)現(xiàn)替代石化能源的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有重大意義。

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隨著全球經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，化石能源短缺危機(jī)已初露端倪，對(duì)可再生能源的關(guān)注已經(jīng)成為熱點(diǎn) 植物能源作為一種來(lái)源廣泛的可再生能源，將是人類(lèi)未來(lái)解決能源問(wèn)題的理想選擇 在眾多植物能源中，微藻生物柴油以其無(wú)可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，吸引了越來(lái)越多決策者和研究者的關(guān)注 利用微藻不僅可以生產(chǎn)氫氣和生物柴油等能源，而且還可以吸收大氣中的二氧化碳，有利于環(huán)境保護(hù)，具有廣闊的發(fā)展前景.

1利用微藻生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)勢(shì)

1.1不與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地爭(zhēng)水

1.2光合作用效率和產(chǎn)油率高

1.3有利于環(huán)境保護(hù)

1.4具有潛在的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可高值化綜合利用

2微藻生物柴油的研究現(xiàn)狀

2.1富油微藻的選育

2.2工程微藻的構(gòu)建

2.3微藻的培養(yǎng)技術(shù)

2.4利用微藻油脂生產(chǎn)生物柴油

3利用微藻生產(chǎn)生物柴油的前景及展望

利用微藻大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)生物柴油在國(guó)內(nèi)是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域 我國(guó)能源微藻開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和方向是充分利用我國(guó)豐富的微藻資源和微藻產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，借鑒國(guó)外能源微藻研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展可再生能源微藻研究藻種選育研究和微藻工程改造的不斷深入，培養(yǎng)條件培養(yǎng)方式生物反應(yīng)器等的不斷改進(jìn)，提取分離和轉(zhuǎn)化工藝的不斷完善，有助于克服微藻生產(chǎn)所面臨的困難，降低生產(chǎn)成本并提高微藻生物柴油的性能和質(zhì)量

總之，利用微藻生產(chǎn)生物柴油不僅具有重要的科學(xué)意義，更具有廣闊的應(yīng)用前景