魏元康 尹博遠(yuǎn)

摘要：隨著21世紀(jì)的人口數(shù)量猛然增加，全球面臨著食物匱乏，環(huán)境污染，能源危機(jī)等問題。人類不得不去尋找新的清潔能源，因為如今的工業(yè)化進(jìn)程造成了大量的CO2排放，從而導(dǎo)致了溫室效應(yīng)。本文對微藻在各個領(lǐng)域的價值作出了歸納分析，并對目前微藻產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)的問題以及發(fā)展前景進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：微藻；各領(lǐng)域；問題；前景

1.微藻的利用價值

1.1微藻在食物方面的價值

如今人類面臨著食物危機(jī)：首先食物種類越來越少，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）說，目前全世界的糧食儲存只夠人類維持吃57天，并且越來越多的食物資源已經(jīng)處于消耗殆盡的情況。其次食物的營養(yǎng)越來越低，人們打化學(xué)用劑使水果蔬菜顏色更艷麗，個頭越大。所以尋找新食品能源是刻不容緩的。

1.2微藻在醫(yī)藥方面的價值

螺旋藻是一種天然的生物活性健康食品，含有多種維生素、礦物質(zhì)、微量元素等物質(zhì)。我們踏入恩格貝沙漠科技館時，記得解說員說一克螺旋藻的營養(yǎng)價值等于一千克蔬菜和水果的營養(yǎng)總合。

1.3微藻在能源領(lǐng)域的價值

隨著人口爆炸，石油枯竭，陸地可用面積不斷減少，微藻生物技術(shù)快速發(fā)展，微藻燃料是人類未來燃料的希望。據(jù)資料顯示：微藻可以大量積累脂類及碳?xì)浠衔?，脂類含量高達(dá)占干重的34%，碳?xì)浠衔锖空几芍氐?%，一些產(chǎn)氫藍(lán)綠藻也被用來作為燃料加以研究。隨著石油等能源的日益枯竭，利用微藻開發(fā)新能源已成為21世紀(jì)新能源建設(shè)的一大趨勢。

1.4微藻固碳技術(shù)

因為人類工業(yè)化快速發(fā)展，化石燃料的使用造成了大量的CO2排放，從而產(chǎn)生溫室效應(yīng)使全球變暖。恩格貝的微藻生物固碳技術(shù)共建實驗室導(dǎo)師介紹：微藻具有光合速率高、繁殖快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可調(diào)控以及可與其他工程技術(shù)集成等優(yōu)點，可獲得高效、立體、高密度的培養(yǎng)。每噸微藻生物約可固定2噸CO2，且微藻培養(yǎng)過程可對點源排放的CO2進(jìn)行利用。微藻富含蛋白、油脂，固碳后可產(chǎn)生高油脂的藻體（有報道稱微藻的產(chǎn)油能力是普通農(nóng)作物的15至300倍[2]），可作為生物柴油和人類營養(yǎng)食品的原料，提高了微藻固碳過程的經(jīng)濟(jì)性，同時實現(xiàn)了碳的利用和自然循環(huán)。因此，微藻生物固碳技術(shù)有望成為具有相當(dāng)可行性的CO2固定方法。根據(jù)文獻(xiàn)作者李偉和康少鋒的《微藻固碳研究現(xiàn)狀及發(fā)展思路》講述了微藻固碳機(jī)理研究機(jī)理：微藻大多是專性光合自養(yǎng)微生物，其光合作用和呼吸作用的強(qiáng)度大大超過同等重量的大型高等植物的代謝總量。

2.微藻技術(shù)目前存在的問題

目前，世界各地已經(jīng)研究出多種適合固定高濃度CO2的微藻，其中大部分藻種屬于海洋藻種，利用海洋微藻固定CO2對于運行設(shè)備的技術(shù)要求相對較高，其中主要是防止海水對設(shè)備的腐蝕。因此分離馴化淡水藻種是一條可行的技術(shù)路線，但目前這方面的研究還不多。用淡水藻固碳不僅對生產(chǎn)設(shè)備要求相對較低，而且最重要的是可以與污水處理工業(yè)相結(jié)合，不但節(jié)省淡水資源，而且可以有效去除污水中多種污染物質(zhì)，有效地保護(hù)環(huán)境。基于目前利用微藻固定CO2技術(shù)的現(xiàn)狀，迫切需要繼續(xù)加強(qiáng)此項技術(shù)的研究，主要集中在以下2個方面：

2.1藻類的生產(chǎn)成本

藻種的選擇、培養(yǎng)、馴化。在微藻的選擇上，應(yīng)盡量選擇能夠高效固定CO2，有較高經(jīng)濟(jì)附加值的淡水藻種，并且通過基因工程技術(shù)，提高微藻固碳效率，增強(qiáng)微藻對各種環(huán)境因素的耐受性。有較高耐受性微藻的優(yōu)勢在于可把煙氣等含高濃度CO2的氣體經(jīng)過簡單處理后或直接通入藻液中，而且對周圍環(huán)境條件的要求也相對較寬松，這樣不僅在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且避免了不必要的二次污染。

2.2CO2處理量

開發(fā)和放大高效光生物反應(yīng)器，進(jìn)一步提高CO2處理量。隨著今后工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大，排氣量也隨之增大，開發(fā)和放大高效光生物反應(yīng)器可以有效地適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的要求，做到最大限度地處理排放氣體。當(dāng)前，世界的CO2排放量每年逐漸增加，盡快完善微藻固碳技術(shù)直接關(guān)系到世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這對于科研工作者是一項巨大的挑戰(zhàn)。

3.微藻技術(shù)進(jìn)步的實例

隨著微藻固碳技術(shù)的不斷進(jìn)步，國內(nèi)外已經(jīng)有了一些初步的應(yīng)用，具有代表性的應(yīng)用模式有：

1）夏威夷的藍(lán)藻生物技術(shù)公司，利用一些小型能源工廠排放的煙道氣作為規(guī)模培養(yǎng)螺旋藻和血球藻的碳源。該公司采用小型供能發(fā)電站發(fā)電產(chǎn)生的CO2作為藻類培養(yǎng)所需碳源。2個功率為180 kW的發(fā)電裝置提供67個培養(yǎng)池攪拌所需的電能和其他消耗，發(fā)電過程產(chǎn)生的廢氣中含8%的CO2回收至CO2吸收塔作為碳源，其回收利用率為75%左右，相當(dāng)于每個月通過生產(chǎn)36t螺旋藻藻粉，重復(fù)消耗67t的CO2，并節(jié)省了購置CO2氣體所需費用。

2）臺電綜合研究所將電廠排放的CO2作為養(yǎng)殖微藻所需碳源。與同樣1 hm面積相比，植樹一年可捕獲25t的CO2，而微藻一年可捕捉58～90t的CO2，減碳成效不容小覷。該研究所利用臺灣亞熱帶環(huán)境的優(yōu)勢，于臺電大林火力發(fā)電廠進(jìn)行微藻固定CO2先導(dǎo)型微藻養(yǎng)殖減碳試驗，自電廠煙道抽取煙氣以海水脫硫后供應(yīng)養(yǎng)殖系統(tǒng)，利用微藻生長特性，吸收太陽光、熱及電廠CO2后，進(jìn)行光合作用。1 kg的CO2經(jīng)過微藻光合作用轉(zhuǎn)換后，可產(chǎn)生0157 kg的藍(lán)綠藻和0173 kg的氧氣，這些藍(lán)綠藻可制成保健食品、動物營養(yǎng)強(qiáng)化劑及微藻美容制品等。臺電綜合研究所以本土性微藻為研究對象，經(jīng)過長期觀察試驗，篩選出適合電廠煙氣CO2固定的2種微藻——黃金藻及螺旋藻，并完成大型光合反應(yīng)器與立體光合反應(yīng)器的建設(shè)工作。

3）1990-2000年，日本國際貿(mào)易和工業(yè)部曾資助了一項名為“地球研究更新技術(shù)計微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的CO2來生產(chǎn)生物質(zhì)能源。該項計劃共有大約20多個私人公司和政府的研究機(jī)構(gòu)參與，10年間共投資約25億美元，篩選出多株耐受高CO2濃度、生長速度快、能形成高細(xì)胞密度的藻種，建立起了光合生物反應(yīng)器的技術(shù)平臺以及微藻生物質(zhì)能源開發(fā)的技術(shù)方案。將微藻固碳應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)，有著廣闊的發(fā)展空間和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，利用微藻進(jìn)行實際的生產(chǎn)還處于起步階段，實際應(yīng)用中還有許多問題需要解決。但隨著人們對微藻性質(zhì)研究的不斷深入，通過技術(shù)手段不斷增強(qiáng)微藻對環(huán)境的適應(yīng)寬度，可以預(yù)見，今后微藻應(yīng)用技術(shù)會有更廣闊的發(fā)展空間。endprint