微藻生物燃料，柳暗or花明？

■ 陸 鳴

提起生物燃料的原料，首先會(huì)讓人想到的就玉米或甘蔗。但是，“人車爭(zhēng)糧”讓這些“可食用植物”制造生物燃料的境況越來(lái)越糟。很顯然，隨著地下化石資源變得越來(lái)越少，為滿足人們的能源消耗，必須開(kāi)發(fā)出利用食物以外的植物來(lái)制造燃料的新技術(shù)。于是，微藻類開(kāi)始進(jìn)入科學(xué)家的視野。

小小微藻攪動(dòng)燃料市場(chǎng)

藻類體積雖小，必須用顯微鏡才能看得到，但卻和其他植物一樣：吸收二氧化碳（CO2）和水，在陽(yáng)光下經(jīng)光合作用生成碳水化合物。有的藻類還會(huì)將碳水化合物進(jìn)一步制造出脂肪酸及碳化氫等，儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，這就是生物燃料的原料。

作為理想的生物燃料原料，藻類有很多優(yōu)勢(shì)：分布廣泛、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、不會(huì)占用土地和淡水資源等；油脂含量高，提取出的油和原油一樣可用作燃料及化學(xué)產(chǎn)品的原材料；還可以減少二氧化碳及改善食品供求平衡等。

目前在日本，小小的微藻正在試圖成為生物噴氣燃料的“寵兒”——利用從微藻類中提取的油脂制造生物燃料的研究進(jìn)行得熱火朝天。2015年5月起，日本IHI公司與神戶大學(xué)、生物風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Chitose研究所、日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）合作，在鹿兒島啟動(dòng)了大規(guī)模藻類培養(yǎng)設(shè)施。從2012年度開(kāi)始，受日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)委托，這幾家公司負(fù)責(zé)戰(zhàn)略性新一代生物能源利用技術(shù)開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)。2013年，IHI NeoG Algae開(kāi)發(fā)出繁殖能力出色、產(chǎn)油量高的“布朗葡萄藻”，并將其命名為“榎本藻”。同期，電裝公司選擇培養(yǎng)一種名為“微綠球藻”的藻類。這種藻類具有喜歡酸性的特點(diǎn)，培養(yǎng)液的pH值幾乎與酸奶相同。

用微藻類制造生物燃料大致上需要經(jīng)過(guò)5道工序，分別為：①大量培養(yǎng)藻類；②從水中采收；③烘干；④榨油；⑤提煉。其中，榨油過(guò)程中產(chǎn)生的油渣還可以用作家畜的飼料或者固態(tài)燃料等。

航空燃料偏愛(ài)藻類的原因是：國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)提出了2050年之前使航空業(yè)總體的CO2排放量比2005年減少一半的目標(biāo)，并且為此還制定了為2020年飛機(jī)排放的CO2量設(shè)定上限的行動(dòng)計(jì)劃。不同于汽車等交通工具，飛機(jī)很有可能繼續(xù)依賴于燃料效率較高的液體燃料。為了大幅減少CO2排放量，必須利用生物航空燃料。

來(lái)自各種植物油和微藻的可再生噴氣燃料已得到美國(guó)測(cè)試和材料協(xié)會(huì)供航空使用的認(rèn)證，并已在有限的商業(yè)服務(wù)中使用。這為未來(lái)的航空業(yè)主購(gòu)買商業(yè)化生產(chǎn)的可再生噴氣燃料提供依據(jù)。

日本各大微藻研究公司也希望微藻生物燃料能在2020年在國(guó)內(nèi)的飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)商業(yè)飛行，但當(dāng)前的微藻類作為生物燃料原料的最大問(wèn)題是：如何穩(wěn)定、大量地培養(yǎng)。于是，便在鹿兒島啟動(dòng)了大規(guī)模藻類培養(yǎng)設(shè)施。

無(wú)所不能的微藻

東京大學(xué)生物風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Euglena一直對(duì)微藻生物燃料比較鐘情。2013年6月3，日本近畿大學(xué)農(nóng)學(xué)部生物科學(xué)科教授重岡成、副教授田茂井政宏以及Euglena宣布，已就使用眼蟲(chóng)藻（Euglena）的生物燃料生產(chǎn)基礎(chǔ)技術(shù)提出了兩項(xiàng)專利申請(qǐng)。兩項(xiàng)專利申請(qǐng)是根據(jù)研究項(xiàng)目“基于眼蟲(chóng)藻轉(zhuǎn)化生物燃料的生產(chǎn)基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)”的部分成果提出的：①向眼蟲(chóng)藻導(dǎo)入外來(lái)基因的方法；②眼蟲(chóng)藻的轉(zhuǎn)化體。

在今年2月，Euglena公司宣布，將與美國(guó)雪佛龍魯姆斯公司（Chevron Lummus Global）聯(lián)手，建設(shè)了生物燃料提煉實(shí)證設(shè)備。為了有效利用藻類的油渣，電裝公司也已開(kāi)始與飼料公司共同探索將油渣用作魚(yú)飼料等。

關(guān)于藻類的市場(chǎng)應(yīng)用潛力，許多科學(xué)家仍在不斷的發(fā)掘：

萊斯大學(xué)一組由科學(xué)家Meenakshi Bhattacharjee和 Evan Siemann帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)就利用廢水培養(yǎng)藻類，藻類在生長(zhǎng)后則能夠作為生物燃料，在生長(zhǎng)時(shí)能夠吸收廢水中的氮和磷等元素，進(jìn)行水質(zhì)過(guò)濾。堪薩斯州科學(xué)家之前也進(jìn)行過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)，不過(guò)結(jié)果顯示，這種藻類消耗的磷比較少，這有可能是因?yàn)楫?dāng)?shù)靥鞖廨^冷的原因。

在藻類研究方面業(yè)績(jī)顯赫的筑波大學(xué)正在進(jìn)行利用藻類Aurantiochytrium在污水處理廠生產(chǎn)燃料的研究。Aurantiochytrium不進(jìn)行光合作用，而是一邊蠶食周圍的有機(jī)物一邊高速繁殖，能夠分解污水中的有機(jī)物，在體內(nèi)蓄積油脂，因此可同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水處理和燃料生產(chǎn)。利用Aurantiochytrium制造的碳化氫——角鯊烯油還能用于化妝品、藥品和營(yíng)養(yǎng)食品等領(lǐng)域。自2013年開(kāi)始，日本也對(duì)Aurantiochytrium進(jìn)行過(guò)類似的研究。

對(duì)于微藻的利用，人們最感興趣的還是能源的代替品。同時(shí)因?yàn)槭秃蜕锶剂献鳛槟茉粗饕糜诮煌I(lǐng)域，所以在眾多石油的替代品中，生物燃料的替代作用最明顯，兩者的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系更直接。

2012年8月，澳大利亞Algae.Tec公司在澳大利亞新南威爾士州（NSW）Shoalhaven One的生物燃料設(shè)施中實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)工程化藻類生物燃料生產(chǎn)。幾家主要的跨國(guó)石油公司和化學(xué)公司，?？松梨诠九cSynthetic Genomics公司、英國(guó)石油公司等，紛紛宣布與藻類技術(shù)開(kāi)發(fā)商組建合作伙伴。在藻類開(kāi)發(fā)方面的主要投資者還包括美國(guó)軍方和航空方面的利益相關(guān)者。

2014年7月，美國(guó)海軍宣布將進(jìn)一步研發(fā)第三代生物燃料，并計(jì)劃在2016年舉行的“環(huán)太平洋-2016”軍事演習(xí)中為50%的艦艇和飛機(jī)配備使用。該項(xiàng)目中第三代生物燃料的原料將以藻類為主，第三代生物燃料的氧含量將遠(yuǎn)低于乙醇和生物柴油，并且與石油類燃料有相近的能量密度，日后將替代飛機(jī)上的柴油和噴氣燃料。目前，先進(jìn)的替代生物燃料的采購(gòu)工作已經(jīng)開(kāi)始準(zhǔn)備。

價(jià)格優(yōu)勢(shì)難現(xiàn)

利用微藻類制造生物燃料的基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)確立，日本Euglena制造的生物燃料已被用在神奈川縣藤澤市的五十鈴汽車工廠的接送巴士上。但對(duì)于它的應(yīng)用前景，很多人感覺(jué)并不樂(lè)觀。

首先是成本問(wèn)題。在專用容器等穩(wěn)定的環(huán)境中培養(yǎng)微藻并不困難，只不過(guò)這樣產(chǎn)生的藻類產(chǎn)量有限。如果要商業(yè)化應(yīng)用，必須在大規(guī)模設(shè)施中培養(yǎng)，并且還要防止其他藻類及生物會(huì)混入培養(yǎng)池，以免影響微藻的繁殖和生長(zhǎng)。

其次是收集問(wèn)題。單個(gè)藻體非常小，從水中采收藻類也是一大難題。即便能夠用網(wǎng)眼很小的過(guò)濾網(wǎng)來(lái)過(guò)濾，烘干時(shí)也很辛苦。離心分離機(jī)的方法是不予考慮的，因?yàn)槟菢訒?huì)耗費(fèi)大量能源，得不償失。

說(shuō)到底，生物燃料的市場(chǎng)空間有多大？那還得看消費(fèi)者的“臉色”。

以美國(guó)為例，促進(jìn)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景是油價(jià)高漲、供應(yīng)不穩(wěn)定、需要維護(hù)國(guó)家能源安全等。盡管生物燃料的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，特別是受國(guó)家政策支持力度最大的生物燃料，比如藻類生物燃料的成本在3年多的時(shí)間里已經(jīng)從每加侖240美元銳降到了7.5美元（相當(dāng)于315美元/桶）。而當(dāng)前的情況是：需求不振、國(guó)際油價(jià)一直低位徘徊（很多分析師將2015年國(guó)際原油價(jià)格預(yù)測(cè)為不超過(guò)60美元/桶，而在過(guò)去的5年中，美國(guó)幾乎所有新建生物燃料項(xiàng)目都是建立在油價(jià)超過(guò)80美元/桶的預(yù)估之上），這讓生物燃料商業(yè)化的境界十分尷尬：除了美國(guó)政府，誰(shuí)還愿意為生物燃料買單？