微藻生物燃料，柳暗or花明？

■ 陸 鳴

提起生物燃料的原料，首先會讓人想到的就玉米或甘蔗。但是，“人車爭糧”讓這些“可食用植物”制造生物燃料的境況越來越糟。很顯然，隨著地下化石資源變得越來越少，為滿足人們的能源消耗，必須開發出利用食物以外的植物來制造燃料的新技術。于是，微藻類開始進入科學家的視野。

小小微藻攪動燃料市場

藻類體積雖小，必須用顯微鏡才能看得到，但卻和其他植物一樣：吸收二氧化碳（CO2）和水，在陽光下經光合作用生成碳水化合物。有的藻類還會將碳水化合物進一步制造出脂肪酸及碳化氫等，儲存在細胞內，這就是生物燃料的原料。

作為理想的生物燃料原料，藻類有很多優勢：分布廣泛、環境適應能力強、不會占用土地和淡水資源等；油脂含量高，提取出的油和原油一樣可用作燃料及化學產品的原材料；還可以減少二氧化碳及改善食品供求平衡等。

目前在日本，小小的微藻正在試圖成為生物噴氣燃料的“寵兒”——利用從微藻類中提取的油脂制造生物燃料的研究進行得熱火朝天。2015年5月起，日本IHI公司與神戶大學、生物風險企業Chitose研究所、日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）合作，在鹿兒島啟動了大規模藻類培養設施。從2012年度開始，受日本新能源產業技術綜合開發機構委托，這幾家公司負責戰略性新一代生物能源利用技術開發業務。2013年，IHI NeoG Algae開發出繁殖能力出色、產油量高的“布朗葡萄藻”，并將其命名為“榎本藻”。同期，電裝公司選擇培養一種名為“微綠球藻”的藻類。這種藻類具有喜歡酸性的特點，培養液的pH值幾乎與酸奶相同。

用微藻類制造生物燃料大致上需要經過5道工序，分別為：①大量培養藻類；②從水中采收；③烘干；④榨油；⑤提煉。其中，榨油過程中產生的油渣還可以用作家畜的飼料或者固態燃料等。

航空燃料偏愛藻類的原因是：國際航空運輸協會提出了2050年之前使航空業總體的CO2排放量比2005年減少一半的目標，并且為此還制定了為2020年飛機排放的CO2量設定上限的行動計劃。不同于汽車等交通工具，飛機很有可能繼續依賴于燃料效率較高的液體燃料。為了大幅減少CO2排放量，必須利用生物航空燃料。

來自各種植物油和微藻的可再生噴氣燃料已得到美國測試和材料協會供航空使用的認證，并已在有限的商業服務中使用。這為未來的航空業主購買商業化生產的可再生噴氣燃料提供依據。

日本各大微藻研究公司也希望微藻生物燃料能在2020年在國內的飛機上實現商業飛行，但當前的微藻類作為生物燃料原料的最大問題是：如何穩定、大量地培養。于是，便在鹿兒島啟動了大規模藻類培養設施。

無所不能的微藻

東京大學生物風險企業Euglena一直對微藻生物燃料比較鐘情。2013年6月3，日本近畿大學農學部生物科學科教授重岡成、副教授田茂井政宏以及Euglena宣布，已就使用眼蟲藻（Euglena）的生物燃料生產基礎技術提出了兩項專利申請。兩項專利申請是根據研究項目“基于眼蟲藻轉化生物燃料的生產基礎技術開發”的部分成果提出的：①向眼蟲藻導入外來基因的方法；②眼蟲藻的轉化體。

在今年2月，Euglena公司宣布，將與美國雪佛龍魯姆斯公司（Chevron Lummus Global）聯手，建設了生物燃料提煉實證設備。為了有效利用藻類的油渣，電裝公司也已開始與飼料公司共同探索將油渣用作魚飼料等。

關于藻類的市場應用潛力，許多科學家仍在不斷的發掘：

萊斯大學一組由科學家Meenakshi Bhattacharjee和 Evan Siemann帶領的團隊就利用廢水培養藻類，藻類在生長后則能夠作為生物燃料，在生長時能夠吸收廢水中的氮和磷等元素，進行水質過濾。堪薩斯州科學家之前也進行過類似的實驗，不過結果顯示，這種藻類消耗的磷比較少，這有可能是因為當地天氣較冷的原因。

在藻類研究方面業績顯赫的筑波大學正在進行利用藻類Aurantiochytrium在污水處理廠生產燃料的研究。Aurantiochytrium不進行光合作用，而是一邊蠶食周圍的有機物一邊高速繁殖，能夠分解污水中的有機物，在體內蓄積油脂，因此可同時實現污水處理和燃料生產。利用Aurantiochytrium制造的碳化氫——角鯊烯油還能用于化妝品、藥品和營養食品等領域。自2013年開始，日本也對Aurantiochytrium進行過類似的研究。

對于微藻的利用，人們最感興趣的還是能源的代替品。同時因為石油和生物燃料作為能源主要用于交通領域，所以在眾多石油的替代品中，生物燃料的替代作用最明顯，兩者的競爭關系更直接。

2012年8月，澳大利亞Algae.Tec公司在澳大利亞新南威爾士州（NSW）Shoalhaven One的生物燃料設施中實現了第一個工程化藻類生物燃料生產。幾家主要的跨國石油公司和化學公司，埃克森美孚公司與Synthetic Genomics公司、英國石油公司等，紛紛宣布與藻類技術開發商組建合作伙伴。在藻類開發方面的主要投資者還包括美國軍方和航空方面的利益相關者。

2014年7月，美國海軍宣布將進一步研發第三代生物燃料，并計劃在2016年舉行的“環太平洋-2016”軍事演習中為50%的艦艇和飛機配備使用。該項目中第三代生物燃料的原料將以藻類為主，第三代生物燃料的氧含量將遠低于乙醇和生物柴油，并且與石油類燃料有相近的能量密度，日后將替代飛機上的柴油和噴氣燃料。目前，先進的替代生物燃料的采購工作已經開始準備。

價格優勢難現

利用微藻類制造生物燃料的基礎技術已經確立，日本Euglena制造的生物燃料已被用在神奈川縣藤澤市的五十鈴汽車工廠的接送巴士上。但對于它的應用前景，很多人感覺并不樂觀。

首先是成本問題。在專用容器等穩定的環境中培養微藻并不困難，只不過這樣產生的藻類產量有限。如果要商業化應用，必須在大規模設施中培養，并且還要防止其他藻類及生物會混入培養池，以免影響微藻的繁殖和生長。

其次是收集問題。單個藻體非常小，從水中采收藻類也是一大難題。即便能夠用網眼很小的過濾網來過濾，烘干時也很辛苦。離心分離機的方法是不予考慮的，因為那樣會耗費大量能源，得不償失。

說到底，生物燃料的市場空間有多大？那還得看消費者的“臉色”。

以美國為例，促進生物燃料產業發展的背景是油價高漲、供應不穩定、需要維護國家能源安全等。盡管生物燃料的生產技術已經取得了很大進步，特別是受國家政策支持力度最大的生物燃料，比如藻類生物燃料的成本在3年多的時間里已經從每加侖240美元銳降到了7.5美元（相當于315美元/桶）。而當前的情況是：需求不振、國際油價一直低位徘徊（很多分析師將2015年國際原油價格預測為不超過60美元/桶，而在過去的5年中，美國幾乎所有新建生物燃料項目都是建立在油價超過80美元/桶的預估之上），這讓生物燃料商業化的境界十分尷尬：除了美國政府，誰還愿意為生物燃料買單？