朱順妮，劉 芬,4，樊均輝，李顯強(qiáng)，王忠銘?

（1.中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2.中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3.廣東省新能源與可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5.廣東三新能源環(huán)保有限公司，廣州 510630）

0 前 言

隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)、工業(yè)化的日益發(fā)展，人類對(duì)能源的需求不斷擴(kuò)大，致使能源危機(jī)日益嚴(yán)重。以現(xiàn)在的消耗速度，到2050年，傳統(tǒng)石油燃料極可能消耗殆盡[1]。更重要的是，化石燃料燃燒釋放大量溫室氣體，使得即使在后工業(yè)時(shí)代，環(huán)境中溫室氣體的含量仍以驚人的速度增長(zhǎng)，約占25%[2]。因此，人類迫切地尋找環(huán)保和可再生性替代能源。生物質(zhì)能源蘊(yùn)藏量巨大，在不影響糧食生產(chǎn)和環(huán)境友好的前提下可為全球提供30%的能源需求，是可再生能源的重要組成部分[3]。在眾多的生物質(zhì)能源原料中，微藻具有種類多、生長(zhǎng)速率快、固碳能力強(qiáng)、生長(zhǎng)環(huán)境要求低等諸多優(yōu)勢(shì)而被認(rèn)為是最有潛力替代傳統(tǒng)化石燃料的生物資源[4]。例如，生產(chǎn)100 t微藻生物質(zhì)可固定183 t CO2，而且生產(chǎn)的微藻燃料呈碳中性[5]。然而目前微藻能源產(chǎn)業(yè)化的成本居高不下，在生產(chǎn)過程中面臨著諸多關(guān)鍵技術(shù)問題，致使微藻生物能源難以大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化利用[6]。本文就微藻生物能源生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)如微藻原料的獲取和生物能源煉制的相關(guān)情況進(jìn)行概述，希望為微藻生物能源的發(fā)展提供借鑒。

1 微藻原料的獲取

利用微藻制備生物能源的前提是獲得大量的微藻生物質(zhì)原料，在原料獲取過程中涉及的主要環(huán)節(jié)包括藻種的培育、規(guī)?；囵B(yǎng)以及采收。在各個(gè)環(huán)節(jié)中包括多種實(shí)現(xiàn)途徑也面臨諸多技術(shù)問題。

1.1 微藻育種

優(yōu)良的藻種是提高微藻生物質(zhì)產(chǎn)量、降低原料成本的關(guān)鍵。微藻育種的主要途徑有自然選育、誘變育種和基因工程育種[7]。

自然選育是將自然界中的微藻進(jìn)行采集、分離、馴化。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所從自然界中分離純化得到200多株微藻，分別屬于柵藻屬、月牙藻屬、纖維藻屬、空星藻屬等，其中有5株生物量可達(dá)6 g/L，最高總脂含量超過55%。自然選育育種周期長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)定向選育，但自然界物種豐富，自然選育育種仍然是新的微藻資源和新基因的重要來源，在藻類研究方面具有重要意義。

誘變育種是目前最常用的藻種獲取手段，包括物理誘變和化學(xué)誘變。物理誘變常用的誘變輻射源包括紫外線、半導(dǎo)體激光等各種射線、微波或激光；常用的化學(xué)誘變劑種類有烷化劑、核酸堿基類似物等[8]。研究者們已將誘變育種用于培育高脂質(zhì)含量的藻種，并取得了一定的效果[9]。誘變育種操作可以方便、快捷地篩選到具有優(yōu)良性狀的藻株，但優(yōu)良性狀的誘變機(jī)理尚不明確，表現(xiàn)型不穩(wěn)定。

近年來，微藻基因工程育種也取得了許多進(jìn)展。微擬球藻（Nannochloropsissp.）進(jìn)化歷史復(fù)雜，基因序列可用于多個(gè)物種，已經(jīng)產(chǎn)生了許多轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)集，常作為基因組學(xué)的研究模型[10]。研究表明，蘋果酸酶是丙酮酸代謝和固碳的關(guān)鍵酶。三角褐指藻中蘋果酸酶的過度表達(dá)可以在不影響生物量的同時(shí)顯著提高油脂積累量[11]。雖然基因工程技術(shù)已逐漸成熟，但在微藻中的應(yīng)用還較少。未來還應(yīng)多從微藻代謝途徑等角度出發(fā)，加深對(duì)微藻微觀水平的認(rèn)識(shí)，以便將基因工程技術(shù)更好地運(yùn)用于微藻育種。

1.2 微藻的規(guī)模培養(yǎng)

微藻的培養(yǎng)是影響微藻生物質(zhì)產(chǎn)量的又一關(guān)鍵因素。微藻的培養(yǎng)方式主要包括異養(yǎng)和自養(yǎng)兩種，部分藻種也可進(jìn)行混合培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中的主要影響因素有光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)、pH等[12]。多種光生物反應(yīng)器可用于微藻自養(yǎng)和混合培養(yǎng)，主要分為開放培養(yǎng)和封閉培養(yǎng)兩類，包括開放池塘/跑道池、封閉池塘、封閉光反應(yīng)器、塑料袋等，其中開放跑道池和封閉光反應(yīng)器是較為經(jīng)濟(jì)可行的方法[13]。

20世紀(jì)60年代，OSWALD等[14]發(fā)明了“高效藻類塘”（high rate algal ponds，HRAP），用于大型循環(huán)系統(tǒng)的開放式淺層跑道池（圖1），自此跑道池被廣泛應(yīng)用于微藻培養(yǎng)。跑道池影響微藻生長(zhǎng)的主要因素包括光照、池深、混合方式、CO2的供應(yīng)等[15]。目前，98%的商業(yè)微藻生物質(zhì)來源于跑道池培養(yǎng)，包括高附加值產(chǎn)物的生產(chǎn)原料。封閉光生物反應(yīng)器的主要形式包括管狀式、柱狀式和平板式（圖2），其中管式反應(yīng)器最為常見[16]。從20世紀(jì)90年代起，研究焦點(diǎn)主要被投放在光生物反應(yīng)器腔內(nèi)的有效光入射、光路、層厚、湍流和系統(tǒng)總體積中的O2釋放等重要參數(shù)，后期的各類反應(yīng)器也是根據(jù)這些參數(shù)不斷優(yōu)化以獲得更大的光照面積[17]。兩類反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)見表1，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求具體選擇。不論是開放培養(yǎng)還是封閉培養(yǎng)，都存在生物量濃度低、難以采收的問題。許多微生物有附著在物體表面生長(zhǎng)的趨勢(shì)，因此發(fā)展了微藻貼壁培養(yǎng)。其原理是在附著基質(zhì)上形成一層較薄的“藻類膜”，極少的培養(yǎng)液浸潤(rùn)基質(zhì)以提供營(yíng)養(yǎng)和水分。貼壁培養(yǎng)系統(tǒng)可以降低微藻收獲的成本，并有可能提高生物量[18-19]。

圖1 開放式跑道池（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所能源微藻培養(yǎng)）Fig.1 Open raceway ponds (microalgae cultivation by Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences)

圖2 封閉光生物反應(yīng)器：（a）管式光生物反應(yīng)器；（b）氣升式柱狀光生物反應(yīng)器；（c）平板式光生物反應(yīng)器Fig.2 Closed photobioreactors: (a) tubular photobioreactors; (b) air-lift columnar photobioreactors; (c) plate-type photobioreactors

異養(yǎng)培養(yǎng)利用有機(jī)物作為能量來源，擺脫了光照的限制，降低了對(duì)培養(yǎng)裝置的要求，可以在傳統(tǒng)的發(fā)酵罐中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)藻細(xì)胞高密度培養(yǎng)。許多微藻的油脂生產(chǎn)力在異養(yǎng)條件下大幅提高，最高油脂含量可達(dá)干重的80%[20]。O2的供應(yīng)是微藻異養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵因素，若存在O2的限制會(huì)降低微藻的生長(zhǎng)速率從而降低生物量[21]。

雖然新型高效的光生物反應(yīng)器不斷被開發(fā)利用，但因營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的投入和能耗等原因，微藻的培養(yǎng)成本一直居高不下。為進(jìn)一步降低成本，同時(shí)結(jié)合日益嚴(yán)重的水污染問題，利用廢水培養(yǎng)微藻逐漸成為研究的熱點(diǎn)。農(nóng)畜污水、生活污水以及工業(yè)污水都已被嘗試進(jìn)行微藻培養(yǎng)，在對(duì)污水中氮、磷等物質(zhì)去除的同時(shí)獲得微藻生物質(zhì)[22-24]。SHEN等[25]利用厭氧發(fā)酵廢液貼壁培養(yǎng)小球藻，藻生物膜的最大產(chǎn)率為57.87 g/(m2·d)，油脂產(chǎn)率38.56%，總氮和總磷的去除率分別為96.05%和99.83%。目前，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所已在廣東省佛山市建立占地約 2.67 hm2的利用奶牛場(chǎng)廢水培養(yǎng)微藻的示范基地。該示范工程結(jié)合了能源微藻培養(yǎng)和養(yǎng)殖廠廢水處理，包括能源微藻藻種篩選和保存、室內(nèi)逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)、室外封閉反應(yīng)器擴(kuò)大培養(yǎng)、室外開放跑道池培養(yǎng)、采收干燥和油脂提取等技術(shù)過程，培養(yǎng)規(guī)模達(dá)2 000 m3。解決微藻室外規(guī)模化培養(yǎng)不穩(wěn)定、易污染和養(yǎng)殖廠廢水中氮、磷等難去除等問題，最終還可得到能作為制備生物柴油的原料能源微藻油脂。將微藻培養(yǎng)和廢水處理相偶聯(lián)一舉兩得，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

表1 開放式光生物反應(yīng)器和封閉式光生物反應(yīng)器主要優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of open and closed photobioreactors

1.3 微藻的采收

微藻細(xì)胞微小，懸浮于水體中，濃度較低，細(xì)胞表面帶有負(fù)電荷。用于收獲、脫水的設(shè)備耗能大約占整個(gè)生物質(zhì)獲取過程的90%[26]。用于微藻采收的方法主要有沉降、離心、過濾、浮選和絮凝法，絮凝法包括物理絮凝、化學(xué)絮凝、生物絮凝以及電解絮凝[27-28]。各種微藻采收方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。為了進(jìn)一步提高微藻采收率和降低能量消耗，通常將幾種收獲技術(shù)耦聯(lián)使用，如在離心和過濾之前將微藻培養(yǎng)液進(jìn)行沉降。進(jìn)行微藻采收時(shí)要合理選擇采收方法，充分考慮到微藻生物質(zhì)的含水量、鹽含量、細(xì)胞損傷程度等方面，保證微藻生物質(zhì)的進(jìn)一步利用。未來還需根據(jù)微藻特性進(jìn)一步探究無(wú)毒無(wú)害、經(jīng)濟(jì)有效的方法以促進(jìn)微藻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

表2 不同微藻采收技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)Table 2 Advantages and disadvantages of various algae harvesting techniques

2 微藻生物能源煉制

2.1 生物柴油

微藻生物柴油是指以微藻油脂為可再生的油脂原料通過酯交換或熱化學(xué)工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。微藻油脂的獲取是制備微藻生物柴油的前提，因此生物柴油的制備通常分為油脂提取和生物柴油制備兩步。

2.1.1 油脂的提取

微藻油脂提取技術(shù)主要包括有機(jī)溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、耦合提取法等。有機(jī)溶劑萃取法是廣泛應(yīng)用的微藻油脂提取方法，包含雙溶劑提取法、快速溶劑提取法等[29-30]?？焖偃軇┨崛》ㄔ诟邷馗邏簵l件下進(jìn)行有機(jī)萃取，比傳統(tǒng)溶劑法省時(shí)、省溶劑、提取率高[31]。有機(jī)溶劑萃取法對(duì)油脂提取率高、易于規(guī)模擴(kuò)大化，但多為易揮發(fā)有毒試劑，研究者也在不斷探尋低毒或無(wú)毒溶劑，例如低共熔溶劑[32]。超臨界流體萃取法主要為CO2超臨界萃取，因CO2超臨界條件溫和、無(wú)毒、易回收等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。程霜等[33]在萃取壓力25 MPa、溫度40℃、時(shí)間2 h、CO2流量30 kg/h條件下，獲得螺旋藻油的萃取率是95.30%。這些方法都要求微藻原料為干燥粉末，而濃縮干燥費(fèi)時(shí)耗能。為了避開濃縮干燥步驟，亞臨界水提取、原位萃取等新方法應(yīng)運(yùn)而生，但仍處于研究階段。

2.1.2 生物柴油的制備

部分藻類的油脂含量占干重的25% ～ 77%，明顯高于富含油脂的陸生作物。脂肪酸鏈長(zhǎng)為C15～ C22、不飽和水平較低的原料最適合生產(chǎn)生物柴油。生物柴油的制備方法包括物理法和化學(xué)法，其中物理法包括直接混合法、微乳化法，化學(xué)法包括熱裂解法、酯化和酯交換法。酯交換法是制備生物柴油的常用方法，即天然油脂和醇（如甲醇）在催化劑（酸、堿、酶）作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成脂肪酸酯（生物柴油）和甘油（圖3）。

圖3 油脂轉(zhuǎn)酯化成生物柴油Fig.3 Transesterification of oil to biodiesel

工業(yè)生產(chǎn)過程中每摩爾甘油三酯需要使用6 mol甲醇。這些過量的甲醇確保了反應(yīng)朝著甲酯的方向進(jìn)行，即向生物柴油方向進(jìn)行。按重量計(jì)，甲酯的收率超過98%[34]。許多微藻脂肪酸的不飽和程度高，會(huì)對(duì)氧化穩(wěn)定性、燃燒熱和十六烷值產(chǎn)生負(fù)面影響，不能作為生物柴油原料[35]。最近，研究者也在嘗試油脂加氫技術(shù)制備生物柴油。與傳統(tǒng)的酯交換法生成的脂肪酸酯柴油不同，加氫技術(shù)生成的產(chǎn)物是烷烴生物柴油，其組成與石化柴油完全相同，可與石化柴油混合或直接替代使用，因此具有更廣泛的應(yīng)用前景。

為了省去油脂提取步驟，進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝，一些新興的方法如原位轉(zhuǎn)酯化制備生物柴油逐漸發(fā)展起來。SHIRAZI等[36]在超臨界甲醇條件下，以正己烷為共溶劑，制備螺旋藻生物柴油，最高產(chǎn)率為99.32%。原位轉(zhuǎn)酯化法直接利用微藻進(jìn)行反應(yīng)，轉(zhuǎn)酯化率高，但其并未對(duì)碳水化合物和蛋白質(zhì)進(jìn)行綜合利用。所以在未來的研究應(yīng)用中還是要對(duì)比酯交換法和原位轉(zhuǎn)酯化的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 生物乙醇

生物乙醇是當(dāng)今應(yīng)用最廣的生物燃料，約占全球生物燃料的90%。微藻生物乙醇通常是以微藻生物質(zhì)中的淀粉、纖維素等碳水化合物為原料經(jīng)微生物發(fā)酵后蒸餾制得乙醇[37]。首先，將糖類物質(zhì)從微藻生物質(zhì)中提取出來，通常使用機(jī)械法或酶解法破除細(xì)胞壁使其溶出；其次進(jìn)行發(fā)酵。油脂提取后得到的殘?jiān)部勺鳛橐掖及l(fā)酵的底物。發(fā)酵法包括兩步法和一步法。兩步法是先將提取的淀粉、纖維素等糖化成可發(fā)酵糖，然后利用酵母菌進(jìn)行發(fā)酵。若用于發(fā)酵乙醇的微生物可以產(chǎn)生淀粉酶，則這兩個(gè)過程可一步同時(shí)進(jìn)行[38]。據(jù)報(bào)道，發(fā)酵生物乙醇的濃度和得率分別為3.6 ～ 11.7 g/L和197 ～ 260 mg/g[39]。AIKAWA等[40]利用藍(lán)藻發(fā)酵得到生物乙醇6.5 g/L，得率350 mg/g。微藻的碳水化合物組成成分復(fù)雜，這決定了生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性。不能被酵母菌利用的多糖限制了生物乙醇的生產(chǎn)效率。未來應(yīng)著重于篩選碳水化合物組成較為簡(jiǎn)單，可被酵母菌利用率高的藻株，保證原料的一致性。

一些種類的微藻可以直接產(chǎn)生乙醇。在黑暗異養(yǎng)條件下，部分微藻可以生存并合成碳水化合物。如果建立黑暗缺氧條件，積累的淀粉的氧化反應(yīng)就會(huì)變得不完全，根據(jù)微藻種類不同，生成氫氣、二氧化碳、乙醇、乳酸、甲酸、乙酸等產(chǎn)品[38]。也可以利用基因工程等手段定向選育具有乙醇生產(chǎn)能力的微藻。

2.3 生物燃?xì)?/h3>

生物燃?xì)饧凑託庵饕蒀H4和CO2組成，還有痕量的其他氣體，如 H2S。生物燃?xì)獾闹苽涫且粋€(gè)厭氧消化過程，包括水解、發(fā)酵和產(chǎn)甲烷三個(gè)連續(xù)階段。在水解階段，復(fù)合化合物被分解成可溶性糖。然后，發(fā)酵細(xì)菌將其轉(zhuǎn)化為醇類、乙酸、揮發(fā)性脂肪酸和含有H2和CO2的氣體，這些產(chǎn)物被產(chǎn)甲烷菌主要代謝成 CH4（60% ～ 70%）和 CO2（30% ～40%）[41]。

據(jù)估計(jì)，藻類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷可回收和提取油脂同樣多的能量，同時(shí)，留下的富含營(yíng)養(yǎng)的廢棄物（沼液）可以再循環(huán)到新的藻類生長(zhǎng)培養(yǎng)基中[42]。C∶N比例對(duì)厭氧消化過程的穩(wěn)定和高效起著至關(guān)重要的作用。沼氣生產(chǎn)的最佳 C∶N比例在 20∶1和30∶1之間，而較低的C∶N比例可能導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)不平衡以致較低的沼氣生產(chǎn)率。過低的 C∶N比例可以通過藻類生物質(zhì)與貧氮有機(jī)物質(zhì)（如紙張廢棄物和污水污泥）的共同消化來避免[43]。

2.4 生物油

所謂生物油是指通過快速加熱的方式在隔絕氧氣的條件下使組成生物質(zhì)的高分子聚合物裂解成低分子有機(jī)物蒸氣，并采用驟冷的方法，將其凝結(jié)成液體。目前，微藻生物油的制備主要有熱解和水熱液化兩種方式[44]。

熱解是指在沒有氧氣的情況下對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱處理，在400 ～ 600℃下將干生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油、木炭和氣體，通常包括快速熱解和慢速熱解兩種。制備微藻生物油常為快速熱解即較高的升溫速率（如 1 000℃/min）、較短的停留時(shí)間（幾秒），以保證生物質(zhì)最多地轉(zhuǎn)化為液體（生物油）。慢速熱解會(huì)使生物質(zhì)更多地生成焦油和焦炭[45]。在MIAO等[46]的研究中，小球藻和銅綠微囊藻的熱解生物油收率分別為18%和24%。事實(shí)上，熱解產(chǎn)生的能量比其消耗的能量要少，主要是由于濕藻干燥過程中能量損失很大。盡管熱解具有利用整個(gè)微藻生物量的優(yōu)勢(shì)，但是高成本可能會(huì)阻礙這項(xiàng)技術(shù)的全面發(fā)展[47]。

水熱液化與熱解相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該過程一般在 250 ～ 375℃、10 ～ 20 Mpa條件下進(jìn)行，且只要求藻漿中生物質(zhì)的含量在5% ～ 20%，而這只需要消耗脫水過程12%的能量[48]。反應(yīng)的過程十分復(fù)雜，主要涉及蛋白質(zhì)、油脂、碳水化合物的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物包括生物油、氣體、生物炭和水相組分[49]。微藻水熱液化的產(chǎn)油率除了和反應(yīng)條件有關(guān)，物質(zhì)的組成是另一決定性因素。研究表明，藻類生物質(zhì)的生物油產(chǎn)油率因生化組成不同一般比微藻自身的油脂含量高5% ～ 25%，且對(duì)于生物油的貢獻(xiàn)從大到小依次為油脂、蛋白質(zhì)、碳水化合物[50]。通常，水熱液化所得生物油的熱值與化石原油相近[51]。JENA等[45]比較了熱解和水熱液化兩種方法制備生物油，結(jié)果表明熱解產(chǎn)油率顯著低于水熱液化產(chǎn)油率。此外，熱解產(chǎn)生的生物油比液化產(chǎn)生的生物油具有更低的能量含量和穩(wěn)定性。

BILLER等[50]的研究指出碳水化合物對(duì)生物油的貢獻(xiàn)較小，多數(shù)的產(chǎn)物進(jìn)入水相，大量多糖物質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過程中能量不平衡。為了進(jìn)一步提高水熱液化過程的經(jīng)濟(jì)性，研究者探索利用兩步法或微藻工業(yè)殘?jiān)M(jìn)行生物油生產(chǎn)。兩步法即在低溫反應(yīng)階段獲取多糖，然后利用殘?jiān)苽渖镉停色@得更高品質(zhì)的生物油，并減少生物炭的生成[52]，是一種將微藻綜合利用而更具經(jīng)濟(jì)性的方法。目前也出現(xiàn)了一些新型熱解液化方法，如微波熱解液化[53]、熱化學(xué)催化液化[54]等。微藻生物油的研究越來越廣泛，取得了一些進(jìn)展，但仍存在一些問題，如對(duì)于生物油制備的反應(yīng)機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化過程的調(diào)控。經(jīng)濟(jì)高效催化劑的選擇以及催化劑的作用機(jī)理都需進(jìn)一步研究。

3 展 望

研究開發(fā)微藻生物能源特別是生物柴油和生物油替代傳統(tǒng)石油燃料用于交通運(yùn)輸，具有廣闊的前景。微藻生物能源的經(jīng)濟(jì)性受到現(xiàn)有技術(shù)水平和傳統(tǒng)化石燃料價(jià)格雙重影響，大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展受到限制。綜上可知，微藻生物能源發(fā)展的首要阻礙是藻種的選育，藻種的特性影響著后續(xù)的多個(gè)重要環(huán)節(jié)如培養(yǎng)、油脂提取和轉(zhuǎn)化等。規(guī)?；囵B(yǎng)是獲得生物質(zhì)的關(guān)鍵，目前存在的問題仍是如何實(shí)現(xiàn)光能的高效利用，解決油脂積累和生物量積累不匹配問題。生物能源產(chǎn)品多樣，生產(chǎn)工藝仍需進(jìn)一步優(yōu)化以降低成本。未來，微藻生物能源的研究應(yīng)集中在以下四個(gè)方面：

（1）微藻微觀水平的認(rèn)識(shí)。從分子水平上認(rèn)知微藻，了解其代謝途徑和機(jī)理，如微藻油脂積累途徑和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化途徑。微觀水平的認(rèn)識(shí)有利于使用現(xiàn)代化基因技術(shù)構(gòu)建生長(zhǎng)速度快、生物量高的優(yōu)良藻種，提高微藻的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率，解決油脂積累與生物量積累的矛盾。

（2）生物能源煉制的理論研究。提取與轉(zhuǎn)化是生物能源煉制的主要環(huán)節(jié)。研究微藻細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成與細(xì)胞強(qiáng)度之間的關(guān)系，有利于尋找新型的提取方法。對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的傳熱、傳質(zhì)以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的掌握是提高轉(zhuǎn)化效率和實(shí)現(xiàn)反應(yīng)調(diào)控的基礎(chǔ)。

（3）大規(guī)模試驗(yàn)工程。目前，生物能源的煉制工藝已逐步完善，但還集中在實(shí)驗(yàn)室水平。需要建立大規(guī)模的試驗(yàn)工程來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的研究成果，并從中發(fā)現(xiàn)實(shí)際問題，進(jìn)一步解決問題，便于未來微藻生物能源的工業(yè)化應(yīng)用。

（4）微藻的綜合利用。近年來，研究者們提出利用微藻生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物反哺能源產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)微藻的綜合利用。這是降低微藻生物能源成本行之有效的策略，未來可以此為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)一步開展研究。