作為傳統(tǒng)的化石能源，石油和煤炭是地球通過漫長的地質(zhì)運動才攢下的“家底”，正在日漸短缺。生物質(zhì)能因為可利用生物體吸收今天的碳（空氣中的二氧化碳）直接合成含碳能源，相關(guān)技術(shù)廣受關(guān)注。
而微藻，目前被認(rèn)為是最具潛力的油脂生物質(zhì)資源。
三位一體的新興產(chǎn)業(yè)
人們希望利用太陽能和二氧化碳，通過光合作用獲得大量的含油微藻細(xì)胞，將油脂從微藻細(xì)胞中提取分離出來，再通過催化轉(zhuǎn)化過程將藻油制備成生物柴油或航空煤油。
微藻制油優(yōu)點多多。首先它不與人爭糧，不與糧爭地，光合效率高，可充分利用灘涂、鹽堿地、沙漠、山地丘陵進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，也可利用海水、苦咸水、廢水等非農(nóng)用水進(jìn)行培養(yǎng)。其產(chǎn)出率高出傳統(tǒng)作物數(shù)十倍，可有效解決非糧食可再生生物質(zhì)能源的資源瓶頸。
微藻油脂含量高。在一定的誘導(dǎo)脅迫條件下，某些單細(xì)胞微藻可積累相當(dāng)于細(xì)胞干重50%～70%的油脂，這是其他任何油料作物都無法比擬的。
在利用微藻生產(chǎn)生物柴油的同時，還可副產(chǎn)大量的藻渣生物質(zhì)，作為進(jìn)一步生產(chǎn)蛋白質(zhì)、多糖、色素、碳水化合物等的原料，廣泛用作高值化學(xué)品、保健品、食品、飼料、水產(chǎn)餌料等。
而且特別重要的是，微藻制油具有二氧化碳減排效應(yīng)。理論上計算，每生產(chǎn)培養(yǎng)1噸微藻，可以捕獲1.83噸二氧化碳。
一些學(xué)者甚至認(rèn)為微藻是解決能源與環(huán)境問題的終極出路，微藻能源產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是集能源生產(chǎn)、固碳減排與農(nóng)業(yè)發(fā)展三位一體的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
復(fù)雜的系統(tǒng)工程
不過，“前途光明，道路曲折”。雖然微藻用于生產(chǎn)生物燃料的優(yōu)勢明顯，但微藻生物燃料技術(shù)鏈?zhǔn)且粋€復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多個科學(xué)與工程技術(shù)問題。
大規(guī)模微藻生物質(zhì)資源獲得困難和微藻生物能源產(chǎn)品成本過高是目前微藻生物能源技術(shù)面臨的兩大瓶頸。以目前的技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，存在大規(guī)模培養(yǎng)占地面積過大、基礎(chǔ)建設(shè)投資過高、加工過程能耗物耗過大的問題。
這兩大瓶頸的解決需要從微藻生物能源產(chǎn)業(yè)鏈涉及的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)與突破。
首先要強(qiáng)化優(yōu)質(zhì)藻種選育技術(shù)的研究，通過現(xiàn)代生物技術(shù)，獲得和構(gòu)建能夠適應(yīng)工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用、高光效、高油脂產(chǎn)率和高抗逆的工程微藻株系。
其次要特別加強(qiáng)微藻規(guī)模培養(yǎng)工藝與裝備技術(shù)開發(fā)。目前，微藻的規(guī)模培養(yǎng)遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮其速生高產(chǎn)的優(yōu)勢。因此需要發(fā)展高效低成本可規(guī)模化的微藻培養(yǎng)創(chuàng)新技術(shù)體系，建立和發(fā)展廢水和燃廠廢氣CO2利用的微藻生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)，大幅度提高單位面積微藻生物產(chǎn)率、降低物能消耗，從根本上解決培養(yǎng)占地和成本瓶頸。
第三要研究開發(fā)高效低能耗的微藻加工轉(zhuǎn)化的工藝、關(guān)鍵技術(shù)與裝備，形成和建立以微藻生物柴油、航空煤油等為核心能源產(chǎn)品，以微藻生物質(zhì)全組分多元化利用為特色的微藻生物煉制技術(shù)體系。
國外的研發(fā)競賽
國外的微藻制油技術(shù)研發(fā)曾經(jīng)歷起伏。受第一次石油危機(jī)的影響，美國于1978年啟動了耗資2500萬美元的水生物種項目，旨在利用微藻生產(chǎn)生物柴油?？蒲腥藛T篩選出300余株產(chǎn)油藻種，重點開發(fā)適于微藻生物柴油生產(chǎn)的培養(yǎng)系統(tǒng)和制備工藝。
上世紀(jì)90年代，日本國際貿(mào)易和工業(yè)部也曾資助一項“地球研究更新技術(shù)計劃”。該項目著力開發(fā)密閉光合生物反應(yīng)器技術(shù)，利用微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的二氧化碳來生產(chǎn)生物質(zhì)能源，10年間共投資約25億美元。篩選出多株耐受高二氧化碳濃度、生長速度快、能形成高細(xì)胞密度的藻種，建立了光合生物反應(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。但由于90年代后期油價大幅降低，而微藻制油的關(guān)鍵技術(shù)未獲突破，成本過高，相關(guān)技術(shù)研究處于停滯狀態(tài)。
進(jìn)入21世紀(jì)，石油價格一度大幅上揚，人們對未來化石能源供應(yīng)短缺普遍感到擔(dān)憂，再加上“使用化石能源導(dǎo)致全球氣候變暖”的普遍認(rèn)知，微藻能源技術(shù)重新受到高度關(guān)注，多國政府、研究機(jī)構(gòu)、高校與大公司等都紛紛投入巨資，以期占領(lǐng)戰(zhàn)略制高點和實現(xiàn)技術(shù)壟斷。
2007年10月，國際能源公司宣布開發(fā)微藻生物燃料技術(shù)。同年12月，Shell公司宣布與HR?Biopetroleum公司組建Cellena公司，投資70億美元在夏威夷開展微藻生物柴油技術(shù)研究。美國第二大石油公司Chevron則于當(dāng)年底宣布，與美國能源部可再生能源實驗室協(xié)作研究微藻生物柴油技術(shù)。荷蘭AlgaeLink公司也于當(dāng)年宣布開發(fā)成功新型微藻光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，開始向全球銷售其反應(yīng)器，并提供技術(shù)支持。2008年，英國碳基金公司啟動項目，計劃耗資2600萬英鎊于2020年前實現(xiàn)利用藻類生產(chǎn)運輸燃料。
奧巴馬政府上臺后，美國啟動了綠色能源拉動經(jīng)濟(jì)增長的新計劃，20億美元的投入中有12億美元用于微藻生物能源技術(shù)研發(fā)。此外，美國Exxon?Mobil公司宣布投資給Synthetic?Genomics公司6億美元發(fā)展相關(guān)技術(shù)。
值得關(guān)注的是，繼波音公司在美國西雅圖完成微藻生物燃油的飛機(jī)首航，造成巨大的轟動效應(yīng)以后；2009年11月23日，法航和荷航的一架747客機(jī)搭載約40名特殊乘客從阿姆斯特丹起飛，這是歐洲第一架使用微藻生物燃料驅(qū)動升空的民航客機(jī)。
中國的技術(shù)現(xiàn)狀
我國在藻種篩選、生理生態(tài)學(xué)等上游工作方面已有較多積累，如中科院水生生物所、中國海洋大學(xué)都建立了相當(dāng)規(guī)模的海水、淡水藻種資源庫，擁有一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)油藻株。但對工業(yè)化藻株的篩選改造和評價還不夠深入。
我國的經(jīng)濟(jì)微藻商業(yè)化生產(chǎn)處于世界前列。在以保健品和餌料應(yīng)用為目的的小球藻、螺旋藻生產(chǎn)方面，我國的產(chǎn)量占全球的50%以上。通過小球藻、螺旋藻等的規(guī)模培養(yǎng)，我國建立起了良好的微藻規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)基礎(chǔ)。
我國自“十一五”開始布局以生物能源生產(chǎn)為目標(biāo)的微藻能源研究。以中科院海洋所、過程工程所、青島生物能源與過程所，清華大學(xué)、華東理工大學(xué)等為代表的眾多科研單位相繼開展了高產(chǎn)油藻種的選育與改造、高效微藻光反應(yīng)器、高密度培養(yǎng)、高效加工等技術(shù)研究工作，形成了如微藻光合—發(fā)酵誘導(dǎo)耦合培養(yǎng)技術(shù)、高效低成本雜交式反應(yīng)器技術(shù)、高效薄層開放池培養(yǎng)技術(shù)、高效CO2補碳技術(shù)、高效低成本濕藻油脂直接提取技術(shù)、高效生物柴油催化轉(zhuǎn)化技術(shù)等一批特色創(chuàng)新技術(shù)。
此外，中石油、中石化、新奧燃?xì)饧瘓F(tuán)等企業(yè)也進(jìn)入微藻生物能源技術(shù)領(lǐng)域。如新奧集團(tuán)建成了國內(nèi)規(guī)模最大的11000升多層管道式立體培養(yǎng)反應(yīng)器。
目前，我國相關(guān)技術(shù)總體水平與國外同步，部分領(lǐng)域研究思路和進(jìn)展甚至領(lǐng)先，但大規(guī)模的系統(tǒng)建設(shè)、過程優(yōu)化、工藝評價與國外仍有一定差距；須進(jìn)一步推動自主知識產(chǎn)權(quán)的藻種選育與改造、規(guī)?；囵B(yǎng)與加工關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，建立全流程集成的中試示范體系，為2020年左右形成萬噸級產(chǎn)業(yè)化示范奠定基礎(chǔ)。
筆者相信，隨著技術(shù)的成熟與完善，碳匯和化石能源資源的短缺，微藻生物能源終將實現(xiàn)與傳統(tǒng)能源的競爭，成為全社會重要的能源解決方案和供應(yīng)體系。