本刊記者 姜曉宏

藻類是所有植物中最古老的。它們大多生活在水中，可以是淡水、海水、半鹽水、工農(nóng)業(yè)及生活廢水。在地球上幾乎所有的環(huán)境都能見到藻類。其中，微藻作為藻類中結(jié)構(gòu)最為簡單的單細(xì)胞生物，在陸地和海洋中分布廣泛，它們在細(xì)胞中進(jìn)行光合作用，在光催化作用下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖、蛋白質(zhì)、脂肪等，這些有機(jī)化合物在食品、飼料、精細(xì)化工、液體燃料中均有廣泛應(yīng)用。

目前世界上很多國家都看好微藻的開發(fā)前景，中國也不例外。2013年5月，國投微藻生物科技中心成立，承擔(dān)微藻生物能源研發(fā)及微藻生物制品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的相關(guān)工作。國家開發(fā)投資公司（以下簡稱“國投”）引進(jìn)的“千人計劃”專家、世界藻類能源研究專家胡強(qiáng)博士，歸國擔(dān)任微藻生物科技中心主任。

“這個項目并不是某個單一科學(xué)技術(shù)問題的研究，而是集成基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、工程技術(shù)的系統(tǒng)性研發(fā)，然后是產(chǎn)業(yè)化。它不是線條出來的，不只生產(chǎn)出某一種產(chǎn)品。產(chǎn)物中我們國家最關(guān)注的是能源，但其它領(lǐng)域，像是食品、保健品、飼料、精細(xì)化工等，都可以利用微藻做很多東西。藻油就像煤和石油一樣是原料，可以做很多產(chǎn)品?！闭劦轿⒃迳锬茉错椖浚呀?jīng)與微藻打了近三十年交道的胡強(qiáng)如數(shù)家珍。

歸國前，胡強(qiáng)任美國亞利桑那州立大學(xué)終身教授，藻類生物技術(shù)研究實驗室共同主任、亞利桑那州藻類創(chuàng)新技術(shù)中心共同主任，研究內(nèi)容涵蓋藻類光合作用生理生化、細(xì)胞分子生物學(xué)、光生物反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計、大規(guī)模微藻培養(yǎng)、微藻生物柴油、航空汽油及高附加值生物化學(xué)品研發(fā)、利用微藻固定工業(yè)排放二氧化碳和廢水處理等領(lǐng)域，發(fā)表各類論文、專著80多篇。

胡強(qiáng)非?？粗卮舜挝⒃迳锬茉错椖?，是因為此項目是以國投與中國科學(xué)院水生生物研究所（以下簡稱“中科院水生所”）建立戰(zhàn)略合作聯(lián)盟為基礎(chǔ)的。他深刻體會到微藻能源想要取得突破光靠企業(yè)的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。中科院水生所是我國淡水藻類最大的研究機(jī)構(gòu)，在水生生物學(xué)、微藻生物技術(shù)、微藻環(huán)境治理等方面均有深入研究，在微藻領(lǐng)域具有權(quán)威性地位。整合企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)的力量，走“產(chǎn)研”結(jié)合的開發(fā)模式，是本項目有效實施的特有優(yōu)勢和必要保障。并且，胡強(qiáng)被中科院水生所聘為研究員，并擔(dān)任中科院水生所藻類生物技術(shù)與生物能源研發(fā)中心主任?！皣锻度胭Y金，中科院合作研發(fā)，加上我們團(tuán)隊的先進(jìn)技術(shù)，這種結(jié)合實屬難得?！?/p>

結(jié)緣微藻，負(fù)笈歸來

胡強(qiáng)很早就鐘情于藻類。從湖北大學(xué)生物學(xué)專業(yè)畢業(yè)后，對微生物十分感興趣的胡強(qiáng)選擇了微藻作為自己的研究對象，在中科院水生所攻讀水生生物學(xué)專業(yè)碩士?！澳菚r候用微藻做動物蛋白質(zhì)來源，有一個項目，當(dāng)時我就做一些藻種篩選、大量培養(yǎng)的研究。”胡強(qiáng)回憶說自己當(dāng)時偶然間看到了一本英文微藻專著，本來理所當(dāng)然地以為是美國科學(xué)家寫作的他后來驚訝地發(fā)現(xiàn)，這本專著的作者竟然是一名以色列科學(xué)家！

“以色列那么小并且缺水的國家，竟然是做微藻研究最權(quán)威的地方。”研究生畢業(yè)之后，1991年，胡強(qiáng)給專著作者寫信，表達(dá)了自己希望去以色列做微藻研究的愿望。對方很快回復(fù)說歡迎你來，我們給你提供獎學(xué)金。

在以色列一晃就是5年，在本·古里安大學(xué)獲藻類生物技術(shù)專業(yè)博士學(xué)位后，胡強(qiáng)接到日本海洋生物技術(shù)研究所的邀請，前往日本做微藻研究。主要課題是開發(fā)一種利用微藻固定電廠廢氣中二氧化碳的技術(shù)，為溫室氣體的減排提供新思路。

“那個時候就像海綿一樣，拼命吸收新的東西。每次合作都是這樣，中國碩士畢業(yè)，想學(xué)新的東西，到了以色列；日本做項目剛好用我的技術(shù)，又到了日本，用微藻除掉二氧化碳；后來在日本做兩年半的博士后，美國亞利桑那州立大學(xué)，希望能用微藻處理廢水，把我從日本招過去?！本瓦@樣，胡強(qiáng)與地球上最古老的植物結(jié)下了不解之緣。

微藻廢水處理的項目之后，胡強(qiáng)開始著手藻油的研究。“原來做博士論文，接觸到用微藻生產(chǎn)富含不飽和脂肪酸的藻油研究。”此時，胡強(qiáng)開始考慮是否可以用藻油作為能源，當(dāng)時很少有人把這種想法付諸行動?！澳莻€時候比別人先行一步。大約2005年，微藻作為能源原材料的可行性探索日益受到重視。美國國防部出錢找到我們、風(fēng)險投資也找到我們?！痹陔S后幾年，胡強(qiáng)及其團(tuán)隊在美國建立了利用微藻生產(chǎn)能源的中試生產(chǎn)線，在此基礎(chǔ)上，胡強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的實驗室成為了美國能源部國家級微藻能源研發(fā)基地。作為“美國藻類生物燃料技術(shù)藍(lán)圖”的主要規(guī)劃者之一，胡強(qiáng)多次獲得美國國防部、能源部、農(nóng)業(yè)部以及工業(yè)界的研發(fā)資助，相關(guān)研究經(jīng)費超過2000萬美元，近年來專注于開發(fā)利用富油微藻生產(chǎn)生物柴油和航空燃料的研發(fā)工作。

由于在微藻生物能源研究方面做出的杰出成績，2008年，胡強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的微藻生物能源研究被美國時代雜志評為當(dāng)年最有影響的50個發(fā)明之一。

遠(yuǎn)古能源，再生替代

玉米乙醇是目前唯一達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的液體生物燃料。但其在價格上仍然無法與汽油媲美，在美國達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模主要依靠美國政府的財政補貼。盡管科學(xué)家、企業(yè)界和政府決策者們都抱有美好的愿望，但就目前情況來看，在沒有財政補貼的情況下，玉米乙醇在價格上尚無法與汽油相抗衡。

與玉米大豆等生物能源相比，微藻生物能源生產(chǎn)率更高。“大豆的含油量是種子的百分之十到二十，占整個生物體的比例更小。微藻含油量能達(dá)到干重的百分之三十到四十?！?/p>

微藻具有光合作用效率高、含油量高、生長周期短、單位面積產(chǎn)率高等特點。與其他油料作物相比，利用微藻大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)生物柴油所需占地面積最少，同時微藻培養(yǎng)可以利用灘涂地、荒廢地等非耕地，因此通過微藻大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)生物柴油不會導(dǎo)致世界糧食供應(yīng)問題。

更重要的是，微藻生物能源順應(yīng)我國新能源及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢，符合“不與人爭糧、不與糧爭地”的國家生物能源發(fā)展戰(zhàn)略。從所需用地面積占全球陸地可耕種面積角度看，利用微藻油脂作為原料生產(chǎn)的生物柴油是目前最有可能滿足世界運輸所需燃料的可再生能源。隨著人類社會資源短缺的壓力和環(huán)境問題日益突出，通過微藻轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物柴油、汽油與航空燃料等，部分替代化石能源，將是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。作為“第三代生物能源”的微藻生物能源，為解決能源短缺及環(huán)境惡化問題、尋求清潔的可再生能源提供了可實現(xiàn)的新途徑。

微藻雖小，能量巨大

“把煤從地下挖上來并燃燒，也就是把二氧化碳釋放出來了。而生產(chǎn)和應(yīng)用藻油是先把二氧化碳吸收轉(zhuǎn)化成油，之后再燃燒產(chǎn)生二氧化碳。然后再進(jìn)行生長、產(chǎn)油和燃燒的循環(huán)。這和把地下的煤挖上來是不一樣的。微藻生物能源是很好的循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范?！焙鷱?qiáng)這樣向記者解釋微藻生物能源和化石能源在生產(chǎn)和利用過程中的不同。

工業(yè)生產(chǎn)排放的二氧化碳被微藻吸收，轉(zhuǎn)化成生物燃料、生物制品或養(yǎng)殖飼料等。和高等植物相比，微藻利用陽光的效率更高，單位面積產(chǎn)量是高等植物的10倍以上。大規(guī)模微藻培養(yǎng)，每生產(chǎn)1噸微藻，可以利用二氧化碳大約1.8噸。燃油或燃煤電廠每年排放大量的二氧化碳，大規(guī)模微藻培養(yǎng)能夠吸收利用這些二氧化碳，通過它們的光合作用，將二氧化碳在一個細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成油脂、碳水化合物和蛋白質(zhì)等。一個年產(chǎn)100萬噸微藻燃油的生產(chǎn)線，每年可利用近500萬噸二氧化碳?？梢哉f，微藻生物能源的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，不僅可以有效緩解能源短缺問題，還有助于工業(yè)二氧化碳減排。

“藻類的生命力很強(qiáng)，給它一點營養(yǎng)，就可以拼命生長。它需要的太簡單了，水、陽光、二氧化碳和一些無機(jī)肥料?！焙鷱?qiáng)博士談到，幾年前青島海邊出現(xiàn)滸苔過度生長的例子，足以證明其生長速度之快?！跋裉脑孱愇廴疽彩且粯?，這并不是藻類的過錯，而是提醒我們水質(zhì)受到污染，需要進(jìn)行廢水處理。” 傳統(tǒng)污水處理方法主要分為物理處理法、化學(xué)處理法、物化處理法，均存在一定程度的缺陷。與傳統(tǒng)方法相比，利用微藻凈化污水，不僅能將工業(yè)生產(chǎn)排放的N、P等元素轉(zhuǎn)化為微藻生長的養(yǎng)料，還可以將微藻生物質(zhì)用于生物柴油以及飼料、化肥等加工生產(chǎn)，為生產(chǎn)、生活污水綜合利用提供了新的思路。

新型農(nóng)業(yè)，廣“種”微藻

總的來看，微藻資源的開發(fā)與應(yīng)用為人類解決能源、健康、環(huán)境和糧食四大問題提供了一條全新而有效的模式。在能源領(lǐng)域，微藻有望成為繼糧食作物生物乙醇、纖維素生物乙醇和陸生作物生物柴油之后第三代生物質(zhì)能源的原材料；在環(huán)境領(lǐng)域，微藻有大幅減排溫室氣體二氧化碳的潛力，并在處理生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)污水等方面有廣闊的應(yīng)用前景；在食品領(lǐng)域，微藻可為人類提供大量單細(xì)胞蛋白質(zhì)、植物油脂、類胡蘿卜素和ω-3長鏈不飽和脂肪酸等食品或食品添加劑；作為營養(yǎng)飼料可以廣泛用于魚類、畜牧業(yè)養(yǎng)殖；在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域，微藻生物資源中存在新的抗生素、抗氧化劑、抗癌和抗病毒藥物。

除了以上幾個方面的作用，胡強(qiáng)還特別強(qiáng)調(diào)了微藻生產(chǎn)作為一種新型農(nóng)業(yè)在中國城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)型過程中的作用。

“很多農(nóng)民土地沒有了，除種地外又沒有其它技能，心里很難受。通過微藻生產(chǎn)，可以提供再就業(yè)的機(jī)會，可以把它看做一種新型農(nóng)業(yè)，其實和種糧食、種蔬菜是一樣的。同時也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一種新的發(fā)展方向，不僅生產(chǎn)微藻本身需要很多的勞動力，還可以為食品、飼料、保健品、精細(xì)化工等下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供大量的就業(yè)機(jī)會。其次，微藻產(chǎn)業(yè)也可以改善人們的生活水平，除了高端的保健品之外，用微藻作為飼料養(yǎng)雞養(yǎng)魚，品質(zhì)都會提高很多，利于改善人們的身體狀況。所以說微藻生產(chǎn)是一種可持續(xù)的綠色農(nóng)業(yè)?！?/p>

微藻產(chǎn)業(yè)，待攻難關(guān)

“微藻生物能源生產(chǎn)有很多環(huán)節(jié)，有很多問題都有待解決。處于初步發(fā)展的一個產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)現(xiàn)在合力的狀態(tài)下，相信很快可以趕上先進(jìn)國家的研究水平?！痹诿绹鴱氖铝硕嗄晡⒃逖芯康暮鷱?qiáng)，對于國投微藻生物科技中心的發(fā)展前景充滿信心。

胡強(qiáng)向記者介紹說，在微藻產(chǎn)油基礎(chǔ)研究方面，各國科學(xué)家主要集中在以下五個領(lǐng)域：優(yōu)良藻種的選育以及用基因工程方法改造；富油微藻培養(yǎng)條件的優(yōu)化以及油脂含量的提高；用于微藻大規(guī)模培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器的設(shè)計與優(yōu)化；微藻的收獲、干燥和藻油的提取技術(shù)；將藻油轉(zhuǎn)化為生物柴油和航空燃料的工藝和設(shè)備。

“最后一個環(huán)節(jié)可以借鑒現(xiàn)有的石化技術(shù)，其他方面則需要從頭開始?！痹阱噙x藻種方面，重點是產(chǎn)油高、生長能力強(qiáng)?！耙?，能夠在不同環(huán)境中很好地自我調(diào)整?！痹趪段⒃迳锟萍贾行模鷱?qiáng)正和同事們通過基因改造的方法，結(jié)合自然篩選，改良適宜工業(yè)化應(yīng)用的藻種。

近十年來，國內(nèi)外已發(fā)表了大量的關(guān)于藻油制備的研究文章與專著，整個領(lǐng)域的理論水平和技術(shù)水平不斷提高。但是，現(xiàn)有技術(shù)水平仍然不能支持大規(guī)模、批量化的富油微藻生產(chǎn)，特別是其中的核心技術(shù)——光生物反應(yīng)器研制還很不成熟，導(dǎo)致微藻產(chǎn)油生產(chǎn)成本過高，商業(yè)化微藻產(chǎn)油還難以實現(xiàn)。

“必須要有合理、完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，才能將好的藻種產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢發(fā)揮出來。”胡強(qiáng)強(qiáng)調(diào)說，光生物反應(yīng)器設(shè)計不合理，微藻的潛力就很難完全轉(zhuǎn)化出來。“光生物反應(yīng)器的研發(fā)是最重要的技術(shù)瓶頸，也是藻油生產(chǎn)的最主要成本所在。煤炭和石油就在那個地方，不需要我們自己生產(chǎn)，只要采集就好了。而生物能源是要從無到有，相當(dāng)于我們在制造煤或者石油本身?！?/p>

光生物反應(yīng)器的研發(fā)是國投微藻生物科技中心需要攻克的最大技術(shù)難題之一?！敖又褪窃鯓影盐⒃鍙乃锊墒粘鰜恚@個難度也是很大的。藻類拿出來之后，怎樣把細(xì)胞打破，把油拿出來；油拿出來，怎樣提取純化，又是一個課題?！彪m然是單細(xì)胞的簡單植物，但微藻的小細(xì)胞里卻有大學(xué)問。

為此，國投微藻生物科技中心從全球范圍引進(jìn)了高水平研究團(tuán)隊，核心團(tuán)隊成員均具有豐富的藻類生物能源及相關(guān)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗，在胡強(qiáng)的帶領(lǐng)下進(jìn)行研究工作。研究項目涉及藻類大規(guī)模培養(yǎng)生物技術(shù)、藻類培養(yǎng)中的污染物控制，以及利用微藻生產(chǎn)高附加值天然產(chǎn)物等方向，研究方向也是覆蓋了從上游藻種篩選、遺傳改良、基礎(chǔ)生物學(xué)研究，到大規(guī)模藻類培養(yǎng)，以至下游的藻類收獲和天然產(chǎn)物的提取等，其綜合研發(fā)實力居于國際一流水平?？梢哉f，國投有實力、也有能力幫助中國的微藻研究迅速追趕國際先進(jìn)水平。

微藻之緣，傳承之志

作為國際頂尖的藻類生物技術(shù)專家，胡強(qiáng)的工作重點是微藻生物能源項目的相關(guān)研究。促使他放棄在美國舒適工作和生活環(huán)境的原因，除了非常珍惜此次國投進(jìn)軍微藻產(chǎn)業(yè)的機(jī)會之外，幫助國內(nèi)微藻科研人才的成長也是胡強(qiáng)決定回國的重要原因。

胡強(qiáng)認(rèn)為人才培養(yǎng)比科研更重要。他說：“很多教授在國外呆了幾十年，帶了很多學(xué)生，會有獨到地培養(yǎng)學(xué)生做人、做學(xué)問的方法。要教會這些不是說訪問一兩天，做個報告就能達(dá)到了，是要在實驗室和學(xué)生一起做研究，只有這樣才能培養(yǎng)好學(xué)生。在這點上‘千人計劃’提供了很好的平臺，使國內(nèi)的科研思路可以很好地和國外接軌。以前可能差別比較大，現(xiàn)在很多人回來，差距正在逐漸縮小?！?/p>

國投微藻生物科技中心集合了一批國內(nèi)院所進(jìn)行微生物研究和工程設(shè)計的青年學(xué)者，胡強(qiáng)希望能夠培養(yǎng)他們成為下一代的微藻研究接班人，傳承微藻開發(fā)利用之志。談到最注重對于學(xué)生哪方面能力的培養(yǎng)時，胡強(qiáng)強(qiáng)調(diào)“是創(chuàng)造性，獨立分析和思考問題的能力。”起初很多學(xué)生不達(dá)標(biāo)，經(jīng)過半年到一年的培訓(xùn)之后，都很好地適應(yīng)了工作要求?！斑@給了我很大信心，不管你是做老師還是高級學(xué)者，只要耐心工作個一兩年，就可以看到學(xué)生的成長，應(yīng)該能夠很快培養(yǎng)一批人起來?！?/p>

盡管自己經(jīng)常工作到凌晨，工作強(qiáng)度非常大，胡強(qiáng)非常不鼓勵同事們在非必要的時候加班加點。在今年9月即將完工的中試基地工程建設(shè)中，專門為大家設(shè)計了乒乓球、羽毛球、健身房等服務(wù)設(shè)施，胡強(qiáng)對于人才的呵護(hù)由此可見一斑。

回望過去走過的科研之路，胡強(qiáng)給自己的關(guān)鍵詞是勤奮和執(zhí)著。不少“海歸”科學(xué)家適應(yīng)了國外寬松的工作氛圍后，對于國內(nèi)的高壓運轉(zhuǎn)狀態(tài)非常不適應(yīng)，需要一段過渡期。胡強(qiáng)則似乎沒有這樣的時間段。

“因為在美國的時候工作節(jié)奏也很快?！焙芏嗳丝磥硭坪鹾苄疫\，專注的領(lǐng)域是熱門。但所謂的“幸運”與他的堅持密不可分。

“勤奮、執(zhí)著，不輕言放棄。在微藻這個領(lǐng)域里面，這么多年一路走來，執(zhí)著也好、勤奮也罷，其實都是對自身興趣的追求。幸運的是自己的興趣能夠跟國家社會的需求結(jié)合起來?，F(xiàn)在正好我的志向與國投的發(fā)展戰(zhàn)略、水生所的研究方向以及國家的需求結(jié)合了起來?！?/p>

國家戰(zhàn)略需求為基石，企業(yè)大力發(fā)展為平臺，科研機(jī)構(gòu)研發(fā)為驅(qū)動，在未來的幾年內(nèi)，微藻生物能源必將實現(xiàn)研發(fā)、技術(shù)、設(shè)備和工藝的全面創(chuàng)新。在推動微藻生物技術(shù)和生物能源產(chǎn)業(yè)化的征程上，胡強(qiáng)和他的伙伴們正前進(jìn)在路上。單細(xì)胞微藻究竟會爆發(fā)出怎樣的巨大能量，讓我們拭目以待。