在 眾多的非糧食生物質中，藻類具有分布廣泛、油脂含量高、環境適應能力強、生長周期短、產量高等特點，用藻類製備生物燃料的研究開發方興未艾。美國能源部已 進行了20 多年的研究，取得了很大進展，日本、德國、印度等國也都進行了研發。眾多的科研機構、生物燃料公司、投資公司在該領域投入大量資金，比爾·蓋茨和洛克菲勒 家族是其中最著名的投資商，殼牌（Shell）、雪佛龍（Chevron）、埃克森美孚公司（Exxon Mobil）等大型石油公司也正在與有關機構或公司進行合作研究。相關研究人員認為，利用藻類生產生物燃料具有廣闊的發展前景。藻類生物燃料很可能成為未 來最重要的可再生能源之一。

1．藻類生物燃料的基本生產方法及其經濟效益

藻類是最原始的生物之一，通常呈單細胞、絲狀體或片狀體，結構簡單，整個生物體都能進行光合作用，具有光合效率高、生長周期短、速度快的特點。 藻類按大小通常分為大藻（海帶、紫菜、裙帶菜等）和微藻（單細胞或絲狀體，直徑小於1mm）。其中用於製備生物燃料（乙醇、生物柴油、燃料油或者氫等）的 是微藻。微藻種類繁多，分布極其廣泛，其生長几乎不需要特別養分，只要有陽光、水和二氧化碳，無論在海洋、淡水湖泊等水域，或在潮濕的土壤、樹乾等處都能 生存，也可在不適合種植莊稼的土地上種植，甚至可生長在鹹水裡。

目前用於生產藻類生物燃料的方法主要有光合反應器法、封閉環路系統法和開放池法。這三種方法要麼是近似純粹的自然放養（開放池塘法），要麼是由 人工控制某些因素的封閉式培養（固化反應器法和封閉環路法），三者各有利弊（見下表1）。目前，養殖微藻的研究主要集中在封閉式光生物反應器。大規模養殖 的微藻種類主要有螺旋藻、小球藻、鹽藻、柵藻等。

表1 藻類生物燃料的主要生產方法

資料來源：根據相關資料整理、編制（上海科學技術情報研究所）

從燃料的生產效率來看，藻類較之於糧食類生物質具有明顯的優勢（表2）。海藻的高產率在於海藻有高的生長率，其生長率常常以小時計而不是以天 計，它僅需土地、陽光、水、二氧化碳（成為潛在的碳捕集物）和營養成分。海藻生長循環實際上可看作是一種碳封存機制，因為二氧化碳是海藻生長需要的主要供 入物。據稱，如果從海藻生產美國所有需用的柴油（600億加侖/年），則海藻生長可望吸收美國電廠排放二氧化碳總量的56%。

表2 各種原料及其產油潛力

註：g/m²/d 為海藻的收穫率，TAG%為三甘油酯百分數

資料來源：松文，“海藻生產生物柴油的潛力和前景”，精細化工原料及中間體，2008，（12）20-23

在經濟效益方面，相關學者[1]根 據以前開放型池塘微藻生產的研究，預測微藻生物燃油生產成本為39～127美元/桶，按照2006年美元計價則相當於50～265美元/桶。他們分別運行 商業規模的2公頃面積的生物反應器和開放型池塘微藻生產系統，評估生物燃油生產成本分別為84美元/桶和93美元/桶（2006年）。另外，根據美國能源 部可再生能源國家實驗室（NREL）的數據，每公頃海藻的生物柴油生產系統的營運成本為12000美元，其中包括了固定資產折舊、人工、電力、化工原料、 維護保養及投資回報等所有經營成本。據此可測算出，從工程海藻中提取生物柴油在美國的成本為134.4美元/桶。這在30～40美元/桶的低油價時代是沒 有競爭力的。如果美國政府現在對所有生物燃油補貼42美元/桶，微藻生物燃油在國際原油價格高企的今天，已經比礦物燃油具有價格競爭力。10～20年後， 當世界能提供的石油快要耗盡時，微藻生物燃油作為高價石油的替代燃料（如頁岩油和瀝青砂油）具有更大的價格競爭力。如果考慮到全球變暖加劇，微藻生物燃油 的價格競爭力更強。

2．國內外藻類生物燃料的研發進展

（1）國外藻類生物燃料的研發進展

國外對微藻的研究起步較早。早在20世紀50年代，美國麻省理工學院就在校園內建築物的屋頂開始進行養殖藻類生產生物燃料的試驗，並在研究報告 中第一次提到了藻類生物燃料。1978年，美國能源部可再生能源國家實驗室開始養殖微藻生產生物燃料項目（Aquatic Spices Program，簡稱ASP 項目）的研究，研究內容從微藻篩選、微藻生化機理分析、工程微藻製備到中試。該項目持續到1996年，在實驗室研究的基礎上，研究人員在美國加利福尼亞 州、夏威夷州、新墨西哥州等地進行了中試放大。中試裝置運行了一年，可獲得高達0.05kg/(m²*d) 的工程微藻，微藻含油量達到40%～60%。1978~1996年累計投入科研經費2505萬美元。該研究室是迄今對微藻研究最全面和權威的機構。由於油價上漲，2007年底美國能源部又將這個中斷了11年之久的項目重新啟動。

美、日等國的其他一些研究機構也開展了相關的工作，如1978 年美國科羅拉多州戈爾登太陽能研究所在一個直徑20m的池塘中培植微藻，一年收穫海藻4噸，從中提煉出300L以上的燃油。1988年日本一家公司發現綠 藻能吸收大量二氧化碳生成油脂，提出了利用綠藻將二氧化碳轉化為石油的設想。1993年，以色列耶魯撒冷希伯里大學Ben-Zion Ginzberg教授成功地用高蛋白質含量的鹽藻獲得了低硫、低氮的優質石油。

進入21世紀後，研究工作出現了新的進展，逐步從實驗室走向中型規模驗證和生產放大階段。2002年，美國聖地亞國家實驗室在 LiveFuels公司資助下，利用分子生物學反應工程技術進行增加微藻細胞含油量和產量方面的研究，經過5年的工作，製取出了性能類似大豆油的海藻油， 油脂含量豐富，可生產生物燃料。其研究表明，僅需美國土地面積的0.3%就可生產出滿足全美國需要的運輸燃料。該項目的目標是到2010年研究獲得經濟可 行的生物柴油。2005年12月，第一輛採用海藻燃料和大豆油（調合比例為1∶9）的示範轎車在印度進行了1500km的實車實驗。

除了科研機構外，眾多的生物燃料公司、投資公司也湧入了該研究領域。美國Sapphire 公司2008年9月宣布投資1 億美元開展養殖海藻生產生物燃料的研究，Sapphire公司有兩個引人注目的投資商：比爾·蓋茨私人名下的一家投資公司（Cascade investments）和為洛克菲勒家族服務的投資合作商（Venrock Partner）。Sapphire公司宣稱通過一種用太陽光、二氧化碳和光合海藻的工藝研製出了辛烷值達91的“綠色”汽油，而且生產的“綠色”燃料與 現有的從煉油廠到加油站的銷售網絡設施完全兼容，顯示了微藻汽油與第一代生物乙醇相比的優勢所在。美國生物技術公司Solazyme於2008年7月9日 生產出第一批海藻基可再生生物柴油，並已通過美國材料試驗協會（ASTM）D-975 規格的認證。美國國際能源公司（International Energy）於2007年11月初宣布啟動“海藻變油”研發計劃，將從基於海藻的光合成來生產可再生柴油和噴氣燃料。美國GreenFuel技術公司開 發的海藻技術於2005年在Arizona的APS電廠完成了中試。選用高生長率的海藻，置於裝有水的大型試管內，並曝置於直接的陽光照射下。這項技術計 劃2008 年開始商業化生產。美國Algenol公司2008年7月宣布在美國Maryland投運了世界上最大的海藻庫場，目標是在美國沿海地區建設海藻制乙醇工 廠。該公司估算可從1英畝（約為4046.9m²）土地生產6000gal（1gal=3.785L）乙醇。按照估計，如果美國所需乙醇全部從海藻製取，則僅需使用穀物製取乙醇需用土地的3%。

美國可再生能源集團（REG）於2008年8月21日宣布，該公司已擁有規模化的商業化技術，可煉製和生產大量高質量的海藻生物柴油，柴油質量 超過ASTM D6751 和EN 14214M 標準。REG 公司計劃採用專有預處理技術對粗海藻油進行淨化和精製。然後採用與目前商業規模生物柴油生產過程相似的系統，使之轉化為生物柴油。美國Valencent 產品公司和全球綠色解決方案公司合作開發的Vertigro工藝正處於工業應用準備階段，包括海藻生長、海藻收集和萃取海藻油用於生物柴油3個步驟。工藝 的核心是連續閉環生物反應器。在25～30天之後就可收集海藻，海藻的含油量約為50%。Vertigro工藝的生物柴油產量要比用常規農作物生產的生物 柴油增加20倍，用水量只有5%。

石油公司也加入了養殖海藻生產生物柴油的研究開發。殼牌公司（Shell）與美國從事海藻生物燃料業務的HR 生物石油公司（HR Biopetroleum）於2007年12月組建合資企業Cellena公司，在夏威夷用面積2.5hm² 的 實驗基地作為海藻養殖場，建設利用海藻生產植物油再轉化為生物燃料的中試裝置，進行為期2 年的生物柴油生產實驗。雪佛龍公司（Chevron）也與美國可再生能源國家實驗室、Solazyme公司簽署了協議，共同開展研究工作。2009年7月 14日，石油巨頭埃克森美孚公司（Exxon Mobil）宣布將與Synthetic Genomics Incorporated（合成基因公司）合作進行一項6億美元的項目，開發下一代藻類生物燃料。

（2）我國藻類生物燃料的研發進展

雖然我國微藻養殖的歷史不長，技術上與先進國家存在一定差距，但近10 多年來發展很快。尤其是螺旋藻的養殖發展十分迅速，1996 年產量曾達到世界總產量的40%以上。除螺旋藻外，鹽藻、小球藻等微藻的養殖也開始受到重視。微藻生產生物燃料的研究取得了很大進展。

清華大學生物技術研究所繆曉玲教授等通過異養轉化細胞工程技術獲得高脂含量的異養小球藻細胞，其脂含量高達細胞乾重的55%（質量分數），是自 養藻細胞的4倍。將製備的微藻離心分離獲得微藻細胞，經蒸餾水洗和冷凍乾燥成為粉狀物後，用正己烷萃取細胞中的油脂，分離除去萃取劑後得到皂化值和酸值分 別為189.3mgKOH/g和8.97mgKOH/g的油脂，其相對分子質量為933，相當於菜籽油的相對分子質量。鑑於獲得的油脂酸值較高，研究人員 利用酸催化酯交換技術一步得到生物柴油和副產甘油，得到的生物柴油符合ASTM 相關標準。繆曉玲教授等還開發了微藻異養發酵生產生物柴油技術。通過細胞控制技術獲得異養小球藻。異養小球藻細胞中油脂類化合物大量增加，蛋白質含量下 降。利用獨創的澱粉酶解和兩步法半無菌培養基技術，以澱粉為原料發酵生產富油脂，實驗室研究結果表明與常規製備技術相比，成本下降5～8倍，油脂質量分數 達99%以上。

山東海洋工程研究院與有關機構合作開展了海藻的能源化利用研究，目前已在實驗室取得了初步成果，培育出了富油微藻，最高含油量已達到68%，並在此基礎上製取生物柴油。

中國水產科學研究院、中科院海洋研究所等單位也正在開展以海洋藻類為原料生產生物柴油的研究。目前已建立了化學法和脂肪酶法生產生物柴油的關鍵 技術與工藝路線，生物柴油的收率達到98%以上，收集獲得了含油量超過28%的藻類，並對海藻油脂的提取進行了研究。該項目技術已完成了小試、中試，並已 向北京、上海、湖北武漢、湖南長沙、河北廊坊和山東幾家公司轉讓。

撫順石化研究院也已開展微藻利用的探索性研究，對能夠利用二氧化碳並富集油脂的藻類進行篩選和培養，掌握了葡萄藻、小球藻、小環藻等典型藻種的培養條件和生長特性。正在對藻種改良、光反應器，以及油脂、糖類、纖維素等目標產物分離進行深入研究。

海南綠地微藻生物科技公司利用二氧化碳廢氣養殖微藻生產生物柴油的試驗近日在海南省樂東黎族自治縣獲得成功，微藻含油量達到28%～32%，該公司計劃投資2980萬美元在海南籌建干微藻項目，項目建成投產後可形成年產生物柴油30萬噸的生產能力。

3．國外藻類生物燃料發展的政策簡介

藻類生物燃料作為有別於以糧食為基礎的生物質能源，很多國家對其較為重視，具體體現在生物質能發展的鼓勵政策當中。基於不同國情，各國為促進生物燃料發展和鼓勵消費，政府採取了多種支持政策：

（1）補貼支持

由於當前生物燃料的生產成本普遍高於普通燃油。為了保證該產業有利可圖，各國政府紛紛向生物燃料產業提供大量補貼。發達國家每年在這方面的支持 力度約為130億～150億美元。除了直接對燃料作物的種植和加工等生產環節進行補貼。一些國家還對購買可通用普通和生物燃料的交通工具進行補貼，以期鼓 勵生物燃料的使用。

（2）稅收支持

稅收減免政策也是各國廣泛採用的支持措施之一。例如，雖然巴西的生物燃料產業的競爭力很強。無需直接補貼，但為了推動該產業的進一步發展，巴西政府在稅收上給予了一系列優惠政策，如免徵生物燃料消費稅、降低加工商的收入稅等。2006年這方面免徵稅款共計10多億美元。

（3）金融支持

各國還採取非經常補助金、貸款保證、貼息貸款等金融措施，在政策上向生物燃料產業傾斜。2007年5月，美國國會共批准20億美元，以貸款保證金的形式，指定援建其國內的生物煉油項目。加拿大政府於2007年初劃撥了1.9億美元貸款，支持可再生能源的項目建設。

（4）邊境措施

一些國家對進口的生物燃料實施關稅、進口配額等限制性措施，以保護國內相關產業。例如，歐盟對進口生物乙醇徵收0.192歐元/L的關稅，以保 護國內產業免受國際市場的競爭壓力。另一方面，阿根廷等主要出口國對生物燃料的原料農產品，如大豆、菜籽油的出口徵收出口稅，卻對生物燃料出口免徵出口 稅，以期推動國內產業發展，擴大國際市場份額。

（5）技術標準

為了鼓勵生物燃料的應用，許多國家紛紛引入強制性混合比例，要求出售的燃油中必須摻入一定比例的生物燃料。例如，哥倫比亞2006年初規定，在 城市地區出售的所有汽油中必須添加10%的生物乙醇。歐盟更是在2003年就出台的“生物燃料條例”中規定，生物燃料在燃油總消費量中所占的比例應從 2005年的3%提高到2010年的5.75%。

主要參考文獻

任小波等，“海洋生物質能研究進展及其發展戰略思考”，地球科學進展，2009，24（4）：403～410

松文，“海藻生產生物柴油的潛力和前景”，精細化工原料及中間體，2008，（12）20-23

王蒙等，“以海洋微藻為原料提取生物燃料的研究進展與發展趨勢”，南方水產，2009，5（1）：74～80

HUNTLEYM E, REDAHE D G. CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic microbes: a new appraisal. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 2007, 12 ( 4 ) :573 - 608.

埃克森美孚公司網站：http://www.exxonmobil.com/corporate/

美國能源部可再生能源國家實驗室（NREL）網站：http://www.nrel.gov/

[1] HUNTLEYM E, REDAHE D G. CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic microbes: a new appraisal. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 2007, 12 ( 4 ) :573 - 608.