2022-07-20 17:53:40 信息编号：K222710 浏览次数：302
藻类是地球上的初级生产者，约有60%的二氧化碳是由藻类固定的，每1吨微藻生物质能固定约1.8吨的二氧化碳，而微藻具有光合效率高、生长速率快、占地面积小、油脂含量高等优点，被誉为第三代生物能源的优质原料，微藻产业的发展势必将在国家“双碳”战略中扮演重要角色。
同时，微藻富含丰富的生物活性物质，能赋予水产动物丰富的体色、提高水产动物的长链多不饱和脂肪酸含量、提高动物的免疫力等，能广泛用于水产养殖中，对拓宽饲料蛋白来源、减少养殖中抗生素的使用、提升水产品营养价值，具有重要的作用。
1、启动微藻生物柴油计划
“微藻是未来能源的一大重要发展方向，只有得到今天的重视才会拥有美好的‘后天’。”石油化工科学研究院副主任荣俊峰指着微藻光反应器说。
荣俊峰是石科院长远性课题研究室副主任，也是微藻课题组的主要科研人员之一。自2011年石家庄炼化与石科院开展“炼厂二氧化碳减排技术与产油微藻养殖示范装置开发”课题研究以来，荣俊峰就经常在北京与石家庄之间往返。
微藻是一种古老的浮游光自养单细胞微生物类群，无根、无茎、无叶，广泛存在于海洋、湖泊、河流等水体环境中。据估计，地球上有20万~80万微藻种类，其中很多藻种在特定环境条件下可以积累大量的油脂产物，可用于生物柴油生产。
中国催化剂之父、两院院士闵恩泽是中国石化微藻制生物柴油的最早倡导者。他认为，微藻是地球上最简单的一种生物，却可能成为世界上最复杂问题的解决方案。
2012年7月，中国首个以炼厂二氧化碳废气为碳源的“微藻养殖示范装置”在石家庄炼化建成并投入运行。微藻养殖示范基地占地500平方米，可以很好满足微藻养殖的环境条件，保证二氧化碳减排与微藻养殖试验的开展。
目前，示范基地有小球藻、栅藻、雨生红球藻等3类国内品种，养殖总体积超过40000升。示范基地微藻养殖必需的二氧化碳来自炼厂烟气，经过冷却、加压直接引入微藻养殖光生物反应器。
微藻具有油脂高、生长快、可固碳以及净化水质等绝对优势，相比起玉米、大豆和油菜，微藻培育占地少、生长周期短，从出生到可以制油只需两周，而油料作物一般要几个月。此外，微藻的含油量大概是大豆的10倍，是油菜子、花生的7~8倍。
虽然“微藻制油”看起来很美，但还有很多具体的问题要面对。目前，微藻制油的成本是普通生物柴油的4倍。尽管美国和欧洲都已经启动了微藻生物柴油计划，但距离产业化仍然有一段路要走。
闵恩泽说，要在微藻收集、浓缩、破壁、提油等方面取得重大突破，就要简化流程、降低设备投资和生产成本。在微藻的培育方面，要利用基因工程来加以改造，在含油量和生成速度上要有重大突破，这是微藻生物柴油发展的基础。
2、让固碳不再是“赔本买卖”
去年12月，在深汕特别合作区的华润集团海丰电厂里，国内首个立柱式微藻光合反应器减排转化利用燃煤电厂烟气二氧化碳的工程竣工。该项目攻克了微藻减排燃煤电厂烟气二氧化碳的前沿核心技术，突破了传统跑道池占地面积大和利用二氧化碳效率低等技术瓶颈，实现了规模化高效低成本的微藻固碳工艺路线。
据测算，与传统跑道池微藻反应器相比，立柱式微藻光合反应器使每亩微藻产量和固定二氧化碳量提高了5倍，且立柱式反应器结构紧凑，光照条件优越，大大减少了微藻固碳设备的占地面积。
“这个项目为我国烟气二氧化碳减排的大规模产业化提供了经济可行的技术路线选择。”重庆大学能源与动力工程学院教授程军算了一笔账，煤化工厂烟气99%浓度二氧化碳捕集液化成本低于100元/吨，燃煤电厂烟气15%浓度二氧化碳提纯捕集压缩成本约为250元/吨。
如果不能利用，进行封存还需要投入费用，对于企业来说，这是一笔赔钱的“买卖”，但是通过微藻固碳则能实现碳利用，创造经济价值。目前市场上，1吨食品级的藻粉可以卖到4万元，饲料级的价格为1吨1万—2万元，通过我们的技术，如果在煤化企业旁建起了微藻生产加工厂，吃饱了二氧化碳的微藻将变为值钱的藻粉，成为**品、化妆品、动物饲料。
在内蒙古鄂尔多斯市鄂托克旗产业园，建设有全国最大的微藻固定二氧化碳产业示范工程，每年可以固定1万吨烟气提纯的食品级二氧化碳（指用于食品工业的二氧化碳产品），每年固碳微藻的经济产值达2亿元以上。鄂托克旗螺旋藻已经申请为国家地理标志农产品，目前该微藻固碳成果已向山东、江苏、广西、海南等地产业化推广。
3、微藻产“油”还需加快技术攻关
“虽然微藻固碳已经产业化，不过要微藻产油还有很长的路要走。”廖强表示，利用微藻制取生物燃料的方法主要有直接酯交换法、微生物发酵法、热解法、气化法、水热液化法等。
采用热解或者气化等方法时需要对其进行充分干燥，能耗高；而直接以湿藻为原料的酯交换法，由于大量水的存在，为了萃取出油脂，需加入大量甲醇、乙醇等有机溶剂，容易造成环境的二次污染，同时还需要后期分离和油脂提质，技术和系统复杂，成本高，安全性差，难以工业化。
不过，我国对于微藻生物质能源的研究却从未止步。目前，我国在微藻生物质能源的基础研究方面拥有很强的研发力量，从微藻的高密度培养、脱水浓缩到能源转化技术等方面做了很多创新研究工作。
在重庆大学能源与动力工程学院的低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室建成的微藻光合生物固碳及多能互补生物燃料制取实验平台中，微藻可通过光合作用将废气中的二氧化碳和废水中的氮、磷等转化为生物质。研究人员将微藻细胞破坏，提取细胞内的油脂、糖类等有机成分，可进一步制备出生物油、生物气等清洁燃料。
微藻产业还有一些独特优势，大型藻必须在海里养,但微藻在哪里都可以养，只需将海水装在玻璃缸、反应器里,只要有阳光、二氧化碳、氮磷钾,它就能不停生长；将成熟的微藻通过离心机捞出后,水可以循环再用。沙漠有充足的阳光,这是一个非常好的条件。
“如果可以用我国海洋面积的5%或者我国全部沙漠、半沙漠及盐碱地来养殖微藻，理论上能固定我国燃煤排放的70多亿吨二氧化碳，生产38亿吨生物质。”廖强说，微藻是很有潜力的生物能源，但规模和成本是制约微藻产“油”产业化的两大难题。
要让微藻真正地成为生物能源，一方面还需要在研发上加大投入，以实现生物燃料制取关键技术上的突破。另一方面要把微藻能源开发及其资源化利用技术作为一项长远事业，既要高度重视前沿基础研究，又要狠抓关键技术瓶颈的突破。
要充分利用微藻中的高附加值成分，如DHA、EPA和叶黄素等，即先提取其中高值的成分，用于生产**品、化妆品、饲料，再进行能源化利用，提高产品价值。