微藻：“吃”下二氧化碳，“吐”出生物油
微藻可通過(guò)光合作用將廢氣中的二氧化碳和廢水中的氮、磷等轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。研究人員將微藻細(xì)胞破壞，提取細(xì)胞內(nèi)的油脂、糖類(lèi)等有機(jī)成分，可進(jìn)一步制備出生物油、生物氣等清潔燃料。
二氧化碳過(guò)度排放是全球氣候變暖的罪魁禍?zhǔn)字�，如何能減少二氧化碳？比如，能不能把它“吃掉”？還別說(shuō)，小小的微藻就有這樣的“好胃口”，而且它不僅能把二氧化碳“吃掉”，還能變“碳”為“油”。
重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院的低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的黃云副教授指出，如何實(shí)現(xiàn)二氧化碳的有效利用已成為各國(guó)科學(xué)家重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，而微藻這一小小的古老生物憑借變“碳”為“油”的本領(lǐng)，已經(jīng)成為我們固碳減排的好幫手。
小小微藻能變“碳”為“油”
小小的微藻能做到變“碳”為“油”，與微藻體內(nèi)的成分有關(guān)�！拔⒃逯懈缓孽ヮ�(lèi)和糖類(lèi)是制備液體燃料的良好原料�！敝貞c大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院院長(zhǎng)、低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任廖強(qiáng)介紹，在太陽(yáng)光能的驅(qū)動(dòng)下，微藻能夠?qū)⒍趸己铣蔀楦吣芰棵芏鹊母视腿ィ@些油脂分子不但能夠制備生物柴油，也是提取高營(yíng)養(yǎng)品EPA、DHA等不飽和脂肪酸的重要原料。
“微藻的光合作用效率是目前地球生物中最高的，是陸生植物的10到50倍�！绷螐�(qiáng)說(shuō)，據(jù)估計(jì)，地球上微藻每年通過(guò)光合作用固定的碳約達(dá)900億噸，能量達(dá)1380萬(wàn)億兆千焦，可開(kāi)發(fā)的能源約相當(dāng)于全世界每年能耗的4—5倍，資源量巨大。
據(jù)了解，我國(guó)每年排放二氧化碳110億噸左右，其中一半以上是燃煤煙氣二氧化碳。在燃煤工業(yè)企業(yè)中利用微藻進(jìn)行光合固碳，可以大大減少二氧化碳的排放，而且相比于傳統(tǒng)燃煤電廠煙氣減排技術(shù)，微藻固碳減排技術(shù)具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。此外，微藻還具有群體眾多、易培養(yǎng)且海洋、湖泊、鹽堿地、沼澤等地方都可以生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
廖強(qiáng)表示，由于微藻兼具減少二氧化碳排放和可生產(chǎn)清潔能源的本領(lǐng)，因此它在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注。
不過(guò)想讓在自然界自由生長(zhǎng)的微藻成為工業(yè)線(xiàn)上的固碳“好員工”，并非易事。如何人工養(yǎng)藻？哪種微藻固碳的效果更好？如何提高微藻固碳效率？這些都是科學(xué)家們需要解決的難題。
讓固碳不再是“賠本買(mǎi)賣(mài)”
去年12月，在深汕特別合作區(qū)的華潤(rùn)集團(tuán)海豐電廠里，國(guó)內(nèi)首個(gè)立柱式微藻光合反應(yīng)器減排轉(zhuǎn)化利用燃煤電廠煙氣二氧化碳的工程竣工。該項(xiàng)目攻克了微藻減排燃煤電廠煙氣二氧化碳的前沿核心技術(shù)，突破了傳統(tǒng)跑道池占地面積大和利用二氧化碳效率低等技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化高效低成本的微藻固碳工藝路線(xiàn)。據(jù)測(cè)算，與傳統(tǒng)跑道池微藻反應(yīng)器相比，立柱式微藻光合反應(yīng)器使每畝微藻產(chǎn)量和固定二氧化碳量提高了5倍，且立柱式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，光照條件優(yōu)越，大大減少了微藻固碳設(shè)備的占地面積。
“這個(gè)項(xiàng)目為我國(guó)煙氣二氧化碳減排的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供了經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)路線(xiàn)選擇�！弊鳛閲�(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)”項(xiàng)目“二氧化碳煙氣微藻減排技術(shù)”負(fù)責(zé)人，重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授程軍算了一筆賬，煤化工廠煙氣99%濃度二氧化碳捕集液化成本低于100元/噸，燃煤電廠煙氣15%濃度二氧化碳提純捕集壓縮成本約為250元/噸，如果不能利用，進(jìn)行封存還需要投入費(fèi)用，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，這是一筆賠錢(qián)的“買(mǎi)賣(mài)”，但是通過(guò)微藻固碳則能實(shí)現(xiàn)碳利用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前市場(chǎng)上，1噸食品級(jí)的藻粉可以賣(mài)到4萬(wàn)元，飼料級(jí)的價(jià)格為1噸1萬(wàn)—2萬(wàn)元，通過(guò)我們的技術(shù)，如果在煤化企業(yè)旁建起了微藻生產(chǎn)加工廠，吃飽了二氧化碳的微藻將變?yōu)橹靛X(qián)的藻粉，成為保健品、化妝品、動(dòng)物飼料。
在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市鄂托克旗產(chǎn)業(yè)園，建設(shè)有全國(guó)最大的微藻固定二氧化碳產(chǎn)業(yè)示范工程，每年可以固定1萬(wàn)噸煙氣提純的食品級(jí)二氧化碳（指用于食品工業(yè)的二氧化碳產(chǎn)品），每年固碳微藻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值達(dá)2億元以上。鄂托克旗螺旋藻已經(jīng)申請(qǐng)為國(guó)家地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品，目前該微藻固碳成果已向山東、江蘇、廣西、海南等地產(chǎn)業(yè)化推廣。
微藻產(chǎn)“油”還需加快技術(shù)攻關(guān)
“雖然微藻固碳已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，不過(guò)要微藻產(chǎn)油還有很長(zhǎng)的路要走。”廖強(qiáng)表示，利用微藻制取生物燃料的方法主要有直接酯交換法、微生物發(fā)酵法、熱解法、氣化法、水熱液化法等。采用熱解或者氣化等方法時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行充分干燥，能耗高；而直接以濕藻為原料的酯交換法，由于大量水的存在，為了萃取出油脂，需加入大量甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑，容易造成環(huán)境的二次污染，同時(shí)還需要后期分離和油脂提質(zhì)，技術(shù)和系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，安全性差，難以工業(yè)化。
不過(guò)，我國(guó)對(duì)于微藻生物質(zhì)能源的研究卻從未止步。目前，我國(guó)在微藻生物質(zhì)能源的基礎(chǔ)研究方面擁有很強(qiáng)的研發(fā)力量，從微藻的高密度培養(yǎng)、脫水濃縮到能源轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面做了很多創(chuàng)新研究工作。
在重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院的低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建成的微藻光合生物固碳及多能互補(bǔ)生物燃料制取實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，微藻可通過(guò)光合作用將廢氣中的二氧化碳和廢水中的氮、磷等轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。研究人員將微藻細(xì)胞破壞，提取細(xì)胞內(nèi)的油脂、糖類(lèi)等有機(jī)成分，可進(jìn)一步制備出生物油、生物氣等清潔燃料。
微藻產(chǎn)業(yè)還有一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，大型藻必須在海里養(yǎng),但微藻在哪里都可以養(yǎng)，只需將海水裝在玻璃缸、反應(yīng)器里,只要有陽(yáng)光、二氧化碳、氮磷鉀,它就能不停生長(zhǎng)；將成熟的微藻通過(guò)離心機(jī)撈出后,水可以循環(huán)再用。沙漠有充足的陽(yáng)光,這是一個(gè)非常好的條件。
“如果可以用我國(guó)海洋面積的5%或者我國(guó)全部沙漠、半沙漠及鹽堿地來(lái)養(yǎng)殖微藻，理論上能固定我國(guó)燃煤排放的70多億噸二氧化碳，生產(chǎn)38億噸生物質(zhì)�！绷螐�(qiáng)說(shuō)，微藻是很有潛力的生物能源，但規(guī)模和成本是制約微藻產(chǎn)“油”產(chǎn)業(yè)化的兩大難題。要讓微藻真正地成為生物能源，一方面還需要在研發(fā)上加大投入，以實(shí)現(xiàn)生物燃料制取關(guān)鍵技術(shù)上的突破。另一方面要把微藻能源開(kāi)發(fā)及其資源化利用技術(shù)作為一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)事業(yè)，既要高度重視前沿基礎(chǔ)研究，又要狠抓關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的突破。要充分利用微藻中的高附加值成分，如DHA、EPA和葉黃素等，即先提取其中高值的成分，用于生產(chǎn)保健品、化妝品、飼料，再進(jìn)行能源化利用，提高產(chǎn)品價(jià)值。記者 雍 黎 實(shí)習(xí)生 單倩瀾
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