“微拟球藻拥有独特固碳能力——吃的是二氧化碳，生出来的是燃料”

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人类点燃能源利用上灿烂的人类文明，决定着人类的未来。

目前，人类利用的能源大部分来自化石燃料。 的《bp世界能源统计年鉴》显示，全球煤炭、石油、天然气储量分别为1.14万亿吨、1.71万亿桶、187万亿立方米，只能维持153年、50.6年、52.5年的全球生产需求。 而且，化石能源的过剩消耗导致二氧化碳( co2 )等排放过多，引起了包括全球变暖在内的一系列环境问题。

生物柴油的世代交替

寻找可再生、环境友好的新能源是当务之急。 生物柴油作为生物质的一员，不仅可以消化各种有机废弃物，减轻环境压力，还可以代替化石燃料缓解能源危机。 另外，由于生物质资源分布广泛，生物柴油的开发几乎不受地理和气候的影响，因此备受欢迎。

生物柴油是指生物油脂和酒精通过酯交换反应生成的生物燃料。 与化石燃料相比，具有优越的环保性能和再生性能、优越的燃烧性能、良好的低温发动机起动性能和润滑性能、高的经济性、分解性和安全性。 20世纪70年代以来，生物柴油的迅速发展已经经历了三代人的更替。

第一代生物柴油的原材料来源于油菜、大豆、向日葵等可食用的油类作物。 这类原材料生产价格高，生产周期冗长，油脂产率低，对环境要求严格。 因为这不适合规模化生产。 第二代生物柴油的原材料主要来自麻疯树、烟草种子等非粮油类植物、地沟油、动物脂肪等，处理了原材料与人争夺粮食的问题，但仍存在许多快速发展制约。 第三代生物柴油以微藻为生产原料。 微藻具有光合效率高、生长速度快、占地面积小、油脂含量高等优点，成为第三代生物柴油正确的高质量原料。

微藻:取之不尽的能量球

微藻，也就是微体藻类，大小从几微米到几百微米，可以有效地生产脂质、蛋白质、多糖等有机物。 其中，脂质可通过酯交换反应转化为生物柴油。

20世纪70年代，美国能源部以快速发展可持续能源为目的，开展了微藻的大规模收集、筛选和鉴定，最终获得了300多种产油微藻——脂质占细胞干重比例超过20%的微藻， 其中，微囊藻脂质的比例高达68%。

微囊藻毒素作为单细胞藻类，除脂质含量高外，还具有环境适应能力强、个体小、繁殖速度快等优点，已列入生产生物柴油的优良藻种行列。

微囊藻为什么能有这么高的脂质比例？ 答案是独特的碳固定能力。 光合作用是自然界生物固碳的基础。 在地球上，一分钟内通过光合作用，可以将约300万吨的co2和110万吨的水转换为200万吨的有机物，释放出210万吨的氧气。

与陆生高等植物不同的是，微拟球藻生长在海水中，水体中溶解性无机碳存在多种形式，因此为了应对多种复杂的水体碳环境，微拟球藻具备了独特的co2富集机制。 其含有的ccm在环境co2小于大气co2浓度时启动。 该机理主要通过无机碳的输送，改变细胞光合作用对无机碳的亲和力，提高固碳效率。 因此，微囊藻毒素较强的固碳能力不仅可以生产越来越多的生物柴油，还可以用于降低大气中的co2。

最常用的微藻生物柴油生产技术主要由微藻生物质的生产、油脂的提取、酯交换反应三个步骤组成。

首先，在开放塘中大规模培养微藻。 在微藻细胞内，光合作用合成的糖类物质经过一系列代谢反应转化为油脂。 藻细胞密度最大后，可以用离心法、超滤法、浮法、凝聚法等方法进行捕集。 收集的微藻需要进一步提取其中的油脂，过程繁琐，目前最常用的油脂提取方法有机械压制法、有机溶剂法、加速溶剂提取法等。 提取的藻油成分多而杂，主要由游离脂肪酸、三酰甘油、磷脂、糖脂和硫脂组成。 最后，利用短链醇和藻类油脂在催化、高温环境下进行酯交换反应，合成脂肪酸单酯生物柴油。

据估计，每公顷养殖面积藻类年产量将达到1.5万至8万升。 相比之下，玉米、大豆的年产量分别只有120升和440升。

但是，目前微藻生物柴油的生产价格仍然很高，这是限制商业生产的瓶颈。 除了继续开发油生产性能优异的藻种外，还需要实现微藻生产的综合利用。 例如，从微藻中获得dha、类胡萝卜素、活性多糖类等附加值高的产品，将废弃的藻屑作为水产业的食物等。

多年的《bp世界能源统计年鉴》显示，作为化石能源替代品的生物柴油已经成为国际上发展迅速、应用最广泛的可再生能源。 在这场能源革命中，微观波斯菊扮演着渺小而伟大的角色。

(本文来源:经济日报作者:颜飞)

(作者单位:中国科学院青岛生物能源与工艺研究所)。 本文允许转载自“科学研究生院”微信公共平台: kexuedayuan，略作删改，谢谢。 ）

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