陸小青

（上海市城鄉(xiāng)建設和交通委員會科學技術委員會辦公室，上海200032）

1 能源危機

隨著全球人口的急劇增長和能耗的成倍增加，煤炭、石油、天然氣這些不可再生資源日趨緊缺，能源危機日益緊迫，已嚴重威脅到世界的和平與發(fā)展，成為世界各國共同關注的焦點[1]。國際能源署（IEA）預測，2020年全球一次能源需求總量將比2008年增加40%。油價上漲帶動煤炭、天然氣等能源價格上揚。預計未來能源供需形式偏緊，價格波動的局面仍將持續(xù)[2]。

近10 a來，世界能源消耗總量呈現(xiàn)不斷攀升的趨勢，而以國際原油價格為代表的能源價格，也隨著能源消費的增長而不斷提升。圖1、圖2分別是原油價格和原油消耗量的走勢圖。

圖1 美國墨西哥灣地區(qū)1990-2007年原油價格走勢圖

圖2 原油消耗總量走勢圖

此外，圖3中顯示的是世界能源結構的變化趨勢圖。2007年世界能源消耗放緩，但是2.4%的增長率卻高于近10a的平均值。煤炭依然是增長最迅速的能源，而原油的消耗量卻在放緩。

圖3 世界能源結構的變化趨勢圖

圖4顯示的是世界能源結構圖。由圖3可以看到：目前能源結構仍然以化石能源為主，世界化石燃料占總能源供應的78%，其中油占1/3，煤占約1/4，而且是世界范圍內電力的主要資源。核能所占比例較小，水電能、生物質能、地熱能、太陽能和風能等無污染的新能源占的份額更少，不足4%。

圖4 世界能源結構圖

能源的開發(fā)利用與生產力發(fā)展水平相適應，能源消費結構的變化也是生產力發(fā)展的一個重要標志。能源生產結構與消費結構基本是吻合的。隨著生產力的發(fā)展和科學技術的進步，人類在能源消費上經歷了三個階段，目前正蘊釀走向第四階段。在整個前資本主義時期，生產力不發(fā)達，人力和畜力是主要生產動力，木柴等在能源消費中居首位，被稱為能源的“木柴時代”。以蒸汽機為標志的18世紀的資產階級產業(yè)革命促進了煤炭的大規(guī)模使用，大約經過一個多世紀的發(fā)展，到19世紀70年代，煤炭在世界能源消費結構中占24%，之后電力開始進入社會經濟各個領域，對煤炭的需求量猛增，到20世紀初達95%，取代木柴成為主要能源，進入了能源的“煤炭時代”，完成了世界能源消費結構的第一次重大變革。一直持續(xù)到20世紀50年代未、60年代初，煤炭還占消費總量的1/2以上。20世紀初，內燃機問世，汽車、飛機制造業(yè)興起，各工業(yè)部門和運輸業(yè)相繼采用石油為燃料的動力裝置，一些新型軍事裝置也廣泛應用石油為動力，致使石油消費量顯著增加。第二次世界大戰(zhàn)后，60年代初石油（氣）產量與消費量超過煤炭，世界能源邁入了“石油時代”（中期石油多于煤炭）。結構迅速轉換的主要原因：一是石油產量的增加。第二次世界大戰(zhàn)后，新的特大油田的不斷發(fā)現(xiàn)，科學技術的發(fā)展，勘探能力的提高，使大陸架和海底石油的開發(fā)成為可能。新油田多分布在以西亞地區(qū)為代表的亞非拉發(fā)展中國家。獨立后適應民族經濟發(fā)展的需要，大力開采石油，增加出口換取外匯收入。因此，石油產量迅速增加。二是石油自身條件優(yōu)越，可燃性強，單位熱量高（比煤炭約高一倍），利用價值大；石油開采條件好，費用低，按熱量計算，石油成本只等于煤炭的1/3；又便于運輸，陸上管道與海上油輪，既方便又便宜。這些都為滿足世界石油消費量巨量增長提供了有利條件，并為石油取代煤炭提供現(xiàn)實的可能性。三是國際石油壟斷組織為了從亞非拉地區(qū)掠奪大量廉價石油，控制了石油貿易，壓低國際石油價格，使石油價格比煤炭便宜一半，從而加速了石油取代煤炭的進程。當然煤炭開采條件日益惡化也是一個因素。60年代以來，結構變化總的特點是：煤炭基本呈下降趨勢，油（氣）在70年代中期高達65%。近些年煤炭略有回升，石油微降，天然氣、水電、核電一直持續(xù)緩增。其主要原因：20世紀70年代中后期的兩次石油危機，兩伊戰(zhàn)爭、海灣戰(zhàn)爭等影響國際市場石油供應銳減，許多國家為擺脫石油危機，加速發(fā)展新能源，重新啟用煤炭，以及節(jié)能措施等。今后能源消費結構變化的趨勢，從長遠看，將從傳統(tǒng)的礦物燃料（煤、油、氣等）轉化可再生能源（太陽能、核聚變能、生物質能等）為基礎的持久能源系統(tǒng)。在轉換的過渡時期，仍以油氣為主，煤炭、核能、新能源的比重可望有所提高，將是能源的“多極化時代”。

2 溫室氣體減排

CO2、CH4、N2O等溫室氣體的無序排放與全球氣候變化有著密切的關系。根據氣候變化國際控制委員會(IPCC)的估計,全球氣候變暖可能引起冰川融化、全球平均海平面上升，干旱蔓延、作物生產率下降、動植物行為發(fā)生變異等自然災害，“溫室效應”與地球變暖已成為21世紀全人類所面臨的最為顯著的環(huán)境問題之一。溫室氣體大量排放導致全球性的氣候變化已經引起了社會各界的普遍關注，人類已經意識到全球氣候變化可能帶來的一些嚴重后果，必須采取一些強有力的措施應對這一嚴重威脅地球生態(tài)環(huán)境和人類生存的環(huán)境問題。1997年，第三次聯(lián)合國氣候轉變框架公約(UNFCC)締約方會議上簽署的《京都議定書》對發(fā)達國家和經濟轉型國家溫室氣體排放量的削減做出了明確規(guī)定，同時要求包括我國在內的發(fā)展中國家制定自愿削減溫室氣體排放的目標。

《京都議定書》給出了人類排放的溫室氣體主要有6種，即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCS）、全氟化碳（PFCS）和六氟化硫（SF6），其中對氣候變化影響最大的是CO2，它產生的增溫效應占所有溫室氣體總增溫效應的63%，在大氣中存留期最長可達200a。而甲烷為15%，氧化亞氮為4%、氫氟碳化物和全氟化碳共同的效應為11%，六氟化硫為7%（見圖5）。

在所有溫室氣體中，CO2排放影響空間大、作用時間長,在大氣中含量高、壽命長，對溫室效應的貢獻最大，而且主要是由人為因素產生，因此CO2應當作為溫室氣體削減與控制的重點，CO2減排是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

圖5 六種溫室氣體比例圖

2007年大氣中CO2的濃度有379ppmv,所有溫室氣體總體的濃度水平在433～477ppmvCO2當量，全球溫室氣體的年排放量一直在增長。相比1970年，目前的年排放總量增長了70%，與1990年的水平相比增長24%。其中CO2的年排放總量比1970年增長80%，相比1990年水平增長28%。IEA的一項最新研究認為，全球溫室氣體排放總量還將持續(xù)增長到2030年[3]。目前我國二氧化碳排放量已位居世界第二，甲烷、氧化亞氮等溫室氣體的排放量也居世界前列。據預測,到2025年前后,我國二氧化碳排放總量很可能超過美國,居世界第一位[4]。

由于二氧化碳是產生溫室效應的主要原因，為了使地球免受氣候變暖的威脅，國際社會正在積極地采取有效措施，來減少二氧化碳的排放量。1997年147個國家和地區(qū)代表在日本簽訂的 《京都議定書》規(guī)定，到2010年，所有發(fā)達國家排放的二氧化碳等6種溫室氣體的數量，要比1990年減少5.2%，發(fā)展中國家沒有減排義務。對各發(fā)達國家來說，2008～2012年必須完成的削減目標是：與1990年相比，歐盟削減8%，美國削減7%，日本削減6%，加拿大削減6%，東歐各國削減5%～8%。新西蘭、俄羅斯和烏克蘭則不必削減，可以將排放量穩(wěn)定在1990年的水平上。議定書同時允許愛爾蘭、澳大利亞和挪威的排放量分別比1990年增加10%、8%、1%?；谶@個原因，《京都議定書》納入了3個合作減排機制———國際排放貿易(IET)、聯(lián)合履行機制(J I)和清潔發(fā)展機制(CDM)[4]。

2007年12月3日至15日舉行的巴厘島會議制定的“巴厘島路線圖”規(guī)定，2009年前就應對氣候變化問題新的安排舉行談判，達成一份新協(xié)議。新協(xié)議將在《京都議定書》第一期承諾2012年到期后生效。巴厘島會議雖未提出具體的減排目標，但是與會者們還是達成了一些共識，作為指導未來談判的原則。這些原則包括：首先，解決全球氣候變暖的方案要求所有國家參與。第二，不能有免費乘客。貿易制裁是國際社會目前具有的唯一有效的制裁手段。所以，可以而且應該對那些不合作的國家施加貿易制裁。第三，全球氣候變暖的問題是巨大并且復雜，因此需要整個國際社會必須全力以赴。中國為繪制該路線圖做出了自己的貢獻，把環(huán)境保護作為一項基本國策，將科學發(fā)展觀作為執(zhí)政理念，根據《公約》的規(guī)定，結合中國經濟社會發(fā)展規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，制定并公布了《中國應對氣候變化國家方案》，成立了國家應對氣候變化領導小組，并頒布了一系列法律法規(guī)，減少溫室氣體的排放。

二氧化碳主要來自于火力發(fā)電、制造業(yè)和交通運輸業(yè)。以化石燃料為主要能源的電力生產中，排放的CO2量約占世界人類排放的所有CO2量的30%。同時，它也是最大的單點CO2排放源。調查認為，全球發(fā)電排放CO2近100億t，美國在全世界超過5萬座發(fā)電廠中有超過8000座發(fā)電廠，占世界約25%。每年排放CO228億t。而中國電廠排放為27億t。環(huán)球能源全球開發(fā)中心2007年11月下旬發(fā)布的研究報告，中國電廠CO2排放預計將于2017年超過美國公用設施主要溫室氣體的排放。發(fā)電廠CO2的過量排放使得溫室效應和各種環(huán)境問題日益嚴重,在合理限制CO2氣體排放的同時，更應選擇一種合理而低成本的方式來緩解溫室效應，這是一項極有意義的工作。

3 未來燃料的生物來源——藻類

微藻是指一些微觀的單細胞群體,是最低等的、自養(yǎng)的釋氧植物。它是低等植物中種類繁多、分布極其廣泛的一個類群。無論在海洋、淡水湖泊等水域,或在潮濕的土壤、樹干等處,幾乎在有光和潮濕的任何地方,微藻都能生存[5]。

海藻含有豐富的蛋白質、多糖、纖維、無機元素和脂肪酸等，不少種類可食用，如紫菜、海帶、裙帶菜、發(fā)菜等；螺旋藻食品，非洲一些國家早已用作食物，中國、美國和墨西哥等國已制成商品出售，現(xiàn)已風靡世界。各種海藻油、海藻膠化妝品，也頻頻報道。海帶、石花菜、紫菜，更是餐桌上的美味佳肴。藻類也可以應用在醫(yī)學衛(wèi)生上，如：海藻可作為微生物培養(yǎng)基的一種必不可少的成分，硅藻在法醫(yī)上有一定的作用。最近，美國科學家正研究海洋浮游生物，試圖從中提煉治癌物質，以開發(fā)治癌藥物的原料來源。藻類也是全世界的醫(yī)學科學家正在關注的生物制藥資源之一。有些藻類是提制瓊膠、卡拉膠和褐藻膠等藻膠的工業(yè)原料，20世紀50年代末中國進行了從海帶提取褐藻膠、甘露醇和碘的綜合利用研究，開發(fā)了海藻了工業(yè)的價值。中國的藻膠工業(yè)已年產達幾萬噸，產值達幾億元，僅次于美國。硅藻死亡后，外殼沉積而成硅藻土，在各種工業(yè)如造漆、造紙、制糖等中供過濾之用。石油是來自遠古硅藻產生的油類，藻類還與水處理和環(huán)境保護密切相關某些藻類在環(huán)境保護中，作為水質監(jiān)測的指示生物，可以標志水體的污染程度。用生物方法來治理水質污染在21世紀具有廣闊的前景[6]。

藻類具有獨特的化學組成和細胞結構，是制取生物燃料的優(yōu)良生物來源。微藻細胞的主要化學成分是脂類、纖維素、木質素和蛋白質等[7]。根據微藻細胞這種特有的化學成分，一方面，利用高溫高壓液化技術或超臨界CO2萃取技術[8]可以獲得細胞中的油脂，再通過酯交換技術將其轉變?yōu)橹舅峒柞?，即生物柴油；另一方?可以利用微藻直接熱解制備生物燃料，即在絕氧的條件下將微藻加熱到500℃左右，使其分解轉化為其它液體、固體及氣體，用以生產高芳烴、高熱值、高穩(wěn)定性、高辛烷值的生物質油以及焦炭、合成氣、氫氣等多種燃料物質。生物質油及副產燃料有著能量密度高、易儲運、含硫低等優(yōu)點，與生物柴油一樣,可直接作為民用燃料和內燃機燃料[9]。

藻類慢速熱解的主要產物是焦炭，副產生物質油；快速熱解的產物主要是生物質油和可燃氣體，且具有高的轉化率，一般可將80%(質量分數)的微藻等生物質轉化為生物質油。微藻的催化熱解可得到高芳烴含量、高辛烷值的生物質油[10]。吳慶余等[7]的研究表明，微藻熱解油的C、H含量高于木質素熱解油，而且O含量低，因此，微藻熱解油的熱值高，且較穩(wěn)定。同時微藻熱解油具有很好的流動性，可直接作為民用燃料和內燃機燃料，或經深加工作為汽油和柴油[9]。

4 藻類生物燃料在國內外的發(fā)展

早在1978年美國卡特政府看到了藻類高含油的特性，啟動了總價值2 500萬美元的Aquatic Species項目，由聯(lián)邦可再生能源實驗室運作，他們發(fā)現(xiàn)藻類農場的淺塘區(qū)生產出的藻類植物可以提供足夠數量的生物柴油，能夠替代化石燃料從交通運輸到家用取暖。

當時科學家們不僅要收集含油量高的微藻，還要收集不同生存條件下的微藻，例如不同溫度、pH值和鹽堿度。收集的地點主要在美國西部、西北部、東南部、夏威夷等地，共收集到3 000種以上的海藻標本，經篩選、分離和表征，最后篩選出300種海藻樣品，主要是綠藻和硅藻。這些樣品仍儲藏在夏威夷大學，可供繼續(xù)研究。收集這些珍貴樣品的目的不僅僅是為了將其用于提取油脂的研究，也可作為基因源用于基因工程或醫(yī)藥工業(yè)的研究[5]。

隨著能源枯竭和能耗的日益增加，油價不斷飆升，各國紛紛開始注重對藻類生物燃料的研究和開發(fā)。美國可再生能源國家實驗室的研究人員探明了藻類產油的生理和生化機理，通過基因工程產生了“工程微藻”，使藻類的含油量提高到了60%以上，戶外生產也可使其增加到40%以上[5]。

日本的研究人員設計了一種密閉透明生化反應器，避免了露天池塘生產微藻有可能出現(xiàn)的有機物以及風沙污染，反應器的材質為可視纖維，因為纖維的比表面積大，可以在單位體積內獲得更多的海藻產量[1]。

清華大學繆曉玲等[7]通過異養(yǎng)轉化細胞工程技術獲得了高脂含量的異養(yǎng)小球藻細胞，其脂含量高達細胞干重的55%(質量分數)，是自養(yǎng)藻細胞的4倍。利用該藻類制得的生物柴油符合ASTM的相關標準[12]。

中國科學院大連化物所生物技術部也進行了產油菌種培育和篩選方面的研究工作；中國科學院植物研究所和水生生物研究所利用基因工程也開發(fā)出高產的油藻品種；青島海洋大學通過十幾年的淡水和海水藻類物質的研究，已經產業(yè)化。

5 藻類在生物能源和溫室氣體控制的應用

二氧化碳的減排技術一般可分為從大氣中分離固定和從燃放氣中分離回收兩大類。煙氣中高效二氧化碳的分離和固定在對溫室效應的控制、CO2的資源化利用等方面有著重要的意義。傳統(tǒng)的CO2分離技術主要有變壓吸附、低溫分餾、溶液(化學)吸收、深冷法、膜分離法等。如何通過陸地、海洋生態(tài)環(huán)境中的植物、自養(yǎng)微生物等的光合作用或化能作用來實現(xiàn)分離和固定二氧化碳技術，是當前重要的研究方向之一。固定大氣中二氧化碳的生物主要是植物和自養(yǎng)微生物。因此研究如何依靠地球上存在的各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)，尤其是在植物不能生長的特殊環(huán)境中，通過自養(yǎng)微生物固定二氧化碳是二氧化碳減排技術的一個重要發(fā)展方向。

光合微生物的固碳作用主要利用太陽光作為能量，通過大規(guī)模培養(yǎng)的藻類微生物固定煙氣中的CO2，它不僅能夠安全長期地運用于解決CO2過量排放引起的各種環(huán)境問題，此外收獲的藻類還可以做工農業(yè)原料生產食品、藥物、餌料等。大型工業(yè)廠區(qū)(包括發(fā)電廠、水泥廠、鋼鐵廠等耗能工廠)是排放含高濃度CO2廢氣的主要場所，其廢氣中含有20%～30%高濃度的CO2,一般高等植物不能在這種條件下存活，因此能夠耐受極高CO2的藻類具有較大的應用價值。直接利用藻類光合作用固定高CO2濃度煙氣的技術對于有效控制二氧化碳的排放意義重大，在生物固碳領域具有相當廣闊的應用前景。

二氧化碳的減排技術一般可分為從大氣中分離固定和從燃放氣中分離回收兩大類。煙氣中高效二氧化碳的分離和固定在對溫室效應的控制、CO2的資源化利用等方面有著重要的意義。傳統(tǒng)的CO2分離技術主要有變壓吸附、低溫分餾、溶液(化學)吸收、深冷法、膜分離法等。如何通過陸地、海洋生態(tài)環(huán)境中的植物、自養(yǎng)微生物等的光合作用或化能作用來實現(xiàn)分離和固定二氧化碳技術，是當前重要的研究方向之一。固定大氣中二氧化碳的生物主要是植物和自養(yǎng)微生物，因此研究如何依靠地球上存在的各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)，尤其是在植物不能生長的特殊環(huán)境中，通過自養(yǎng)微生物固定二氧化碳是二氧化碳減排技術的一個重要發(fā)展方向。

目前，減少溫室氣體(主要是CO2)排放的方法，按其原理主要可以分為物理、化學和生物學技術。物理技術的原理簡單，但成本極高，如深海注射、陸地埋葬等技術耗資巨大；化學技術主要通過酶促氫化及電化學技術、碳化作用，將碳源轉化為可永久儲存的化學物質，或轉化為可重復利用的化學能源，起到消耗CO2的作用，但該技術的開發(fā)和應用成本一般較高，并且在處理過程中能源的消耗及排放的CO2又會增加環(huán)境負擔，也存在較多問題。 生物固碳的技術主要有:：(1)原始森林和再造林的調節(jié)；(2)高等植物和藻類的光合作用；(3)非光合微生物的固碳作用，主要是通過光合作用固定CO2。其中利用大規(guī)模培養(yǎng)的微藻固定CO2是一項新興的生物技術，它能夠安全長期地運用于解決CO2過量排放引起的各種環(huán)境問題，因此極具推廣性[13]。

藻類植物主要是通過光合作用的途徑吸收大氣中的二氧化碳。光合作用(Photosynthesis)是植物、藻類和某些細菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為葡萄糖，并釋放出氧氣的生化過程。植物之所以被稱為食物鏈的生產者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物并且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物所貯存的能量，效率為30%左右。對于生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環(huán)，光合作用是必不可少的。對于海藻來說，由于海洋面積占地球表面積的70%，而海藻在海洋中的分布又極為廣泛，因此海洋中的海藻吸收二氧化碳的能力非常強大，成為了控制地球大氣中二氧化碳含量的一個重要因素。

目前，許多國家都在研究采用不同方法采集空氣中的二氧化碳，以制止全球變暖趨勢。其中一種頗有應用前景的方式是大面積培植可大量吸入二氧化碳的藻類，這種藻類在生長過程中需要吸入二氧化碳，生長成熟后可以用作生物燃料的原材料。這種處理二氧化碳的方式的優(yōu)勢非常明顯：一可避免工業(yè)產生的大量二氧化碳進入大氣：二可生產可再生能源，減少對化石燃料的需求。

在北美，目前有不少公司都在探索開發(fā)藻類生物反應器系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以與煤、天然氣發(fā)電廠或大型工業(yè)設施相結合。開發(fā)的思路是將這些大型工業(yè)設施排放的二氧化碳氣體引導至一個人工的 “藻類農場”，農場里的藻類植物靠吸取二氧化碳生存，待其長大成熟后用作工業(yè)原料。長大、成熟的藻類含油量豐富，可以用來生產生物柴油、酒精、動物飼料，以及各種塑料。

美國研究人員正在嘗試建設一種 “藻類農場”，將二氧化碳轉變?yōu)樯锶剂?。這種技術的核心裝置是一些裝滿水的塑料容器，水中有大量綠色微藻。當來自發(fā)電廠的廢氣輸入容器后，藻類便很快地吸取廢氣中的二氧化碳，并利用陽光和水進行光合作用生成糖類。這些糖類隨后經新陳代謝轉變?yōu)榈鞍踪|和脂肪。隨著藻類的繁殖，容器里的油脂越來越多。利用現(xiàn)有技術，就可將這些油脂提取出來，支撐生物柴油和乙醇。據報道，這家公司已成功提取了幾加侖藻類油脂。該公司計劃于2009年在美國亞利桑那州一座發(fā)電廠附近建設一家占地面積為1 km2的“藻類農場”。該農場沒呢可處理5萬t二氧化碳。若有足夠多的藻類，便可以處理一座1 000 MW發(fā)電廠的全部廢氣。這樣，每年將可產生1.5億t生物柴油和1.9億L乙醇。以色列錫姆生物公司的研究人員成功實現(xiàn)了技術突破。他們從發(fā)電廠排放的廢氣中分離出二氧化碳，冷卻后將其釋放到養(yǎng)殖海藻的池塘里。經過培養(yǎng)，海藻長勢迅猛，產量大大提高，這為利用海藻制取生物燃料提高了原料保障。目前，該公司已經在美國申請了專利。

美國劍橋的GreenFuel技術公司與亞歷桑那公共服務公司(APS)合作，利用從燃氣電站排放的CO2作為可轉化成生物柴油的海藻的營養(yǎng)。2005年，GreenFuel公司的技術已在Arizona的APS電廠完成了中試。該技術使用了高生長率的海藻，將海藻置于裝有水的大型試管內，并曝置于直接的陽光照射下。該系統(tǒng)的設計優(yōu)化了光合作用。據稱，該驗證項目需有足夠的陽光和CO2供應，實驗取得了成功，該項目將從電廠所在地擴大到一系列的綠色房間似的建筑物內，面積達1 394 m2。該公司預計，2008年將在Arizona開始商業(yè)化生產，以后的發(fā)展目標地是澳大利亞和南非[5]。加拿大政府決定投資研發(fā)自己的微型藻類系統(tǒng)，目標是在3 a內研究出一種可處理l億t工業(yè)排放二氧化碳的系統(tǒng)，并使之商業(yè)化。

6 目前存在的問題

大規(guī)模利用生物反應器培養(yǎng)微藻固碳，不僅能以高效的生物固碳方式固定大型工業(yè)生產及其他方式排放的大量CO2；同時，還可以生產能夠循環(huán)使用的能源，如甲烷、乙醇、煤油、石油及氫類燃料等，來代替化石類能源，節(jié)約有限的化石能源資源，而經濟微藻的大量生產亦可以應用于廢水處理和水產業(yè)，提供高價值的次生代謝副產品。在過去的10 a中，針對微藻生物技術在溫室氣體的收集方面的研究已經越來越多，尤其是在美國和日本，全球每年微藻的總生產量大約為幾千噸，應用的趨勢和領域也逐漸多元化了。但目前對于利用高CO2濃度培養(yǎng)藻類技術的開發(fā)還處于起步階段，還有待更多的來參與到基礎研究及其相應新技術的開發(fā)工作,幫助解決緊迫的環(huán)境問題[13]。

耐受高CO2藻類技術的應用主要決定于兩個因素：其一，耐受藻種的選擇；其二，培養(yǎng)條件的優(yōu)化及成本的降低。這也正是目前所面臨的兩個主要難題：生產出來的藻價值低，以及固碳效率低使得成本過高而影響了此項技術的推廣。因此，針對以上問題對其應用提出“零成本”思路希望能對中國藻類生物技術的開發(fā)與應用提供可行參考[13]。

在材料的選擇上，應盡量選擇能夠高效積累有經濟附加值副產物的耐高CO2微藻，這樣可以避免以往收獲無用微藻的尷尬；同時，它能耐受一般工業(yè)廢氣中常有的SOx和NOx等氣體，這樣不僅可以將廢氣直接通入藻池中供給碳源，簡化生產步驟，降低成本。另外，在培養(yǎng)模式的選擇上，一般前期主要是在密閉式的光生物反應器中進行，而后期放大培養(yǎng)應該盡量選擇成本較低的開放式培養(yǎng)池培養(yǎng)，同時耐受性藻可以降低污染，因而操作簡單易于推廣[13]。

此外，決定藻類光合效率的條件是適宜的水溫、pH值、營養(yǎng)成分和光照條件。一般來說，藻類的光合作用包括在明亮的地方(明部)進行的光反應和在暗的地方(暗部)進行的暗反應。培養(yǎng)中通過這兩種反應的交替進行，光合作用的效率才會得以提高。如果藻類一直處于明部，暗反應就難以進行，光合作用的效率就會降低。因此，在培養(yǎng)裝置中必須要對藻類進行適當的攪拌，找到最適合的時間間隔讓藻類交替通過明部和暗部，提高二氧化碳的轉化率。

7 藻類生物燃料的發(fā)展前景

人類的工業(yè)生產活動導致了大氣中溫室氣體的含量日益升高，打破了溫室氣體產生與消耗之間的平衡。工業(yè)生產活動產生的溫室氣體具有多樣性、海量性、持續(xù)性等特點，是全球氣候變暖的主要影響因素。在全國巨大的溫室氣體排放量中，大部分來自能耗總量和污染物排放總量都較大的電廠、化工廠和鋼鐵廠。

針對工業(yè)活動產生大量溫室氣體的特點，積極開展廢氣中CO2的處置和回收利用技術是溫室氣體減排的重要途徑。利用藻類吸收CO2是一項經濟可行的新興生物技術，藻類具有易于培養(yǎng)、富含油脂等特點，能夠通過光合作用吸收CO2進行大量繁殖，不僅是制備生物燃料的優(yōu)良原料，具有廣闊的開發(fā)利用前景，而且利用藻類固碳也符合當前國際社會溫室氣體的減排要求，有利于環(huán)境保護，是一項應該大力推廣的技術。

[1]馬煒梁.生物能源[J].生物學教學，2007,32(12).

[2]上海市發(fā)展和改革委員會.上海能源白皮書[R].2006.

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