能源微藻的應(yīng)用

宋瑞雪

（河南師范大學(xué)，河南新鄉(xiāng) 453007）

微藻是一類古老的低等生物，在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)豐富、光合利用度高，其細(xì)胞代謝產(chǎn)物在很多領(lǐng)域都具有很好的開發(fā)前景。藻類個體大小懸殊，其中，只有在顯微鏡下才能分辨其形態(tài)的微小藻類類群被人們稱為微藻。

1 能源微藻的主要優(yōu)勢

隨著全球一體化及經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)達(dá)，能源危機(jī)越來越突出[1]。一方面表現(xiàn)在傳統(tǒng)的化石燃料等資源的過度開發(fā)造成的資源短缺，另一方面，不合理的能源消耗所造成的環(huán)境惡化[2]。相對于其他生物燃料資源，利用藻類作為生物燃料資源是一個相對較新的技術(shù)。和普通的陸生植物相比，能源微藻的主要優(yōu)勢是可以利用各種類型的水資源來大規(guī)模進(jìn)行種植，同時，能源微藻的生物量特別大，生長周期比較短，而且其脂質(zhì)含量也很高，更重要的是能源微藻具有不占耕地、單位面積產(chǎn)出量高等特點(diǎn)，已成為生物柴油燃料的首選。利用能源微藻提供能量、同時消耗CO2，可以在解決環(huán)境問題的同時，產(chǎn)生巨大的能量，而這種能量又相當(dāng)保守，因此微藻能源被認(rèn)為是當(dāng)今最有開發(fā)前途的能源。當(dāng)下，要認(rèn)識到能源微藻在今后各項發(fā)展中的重要性，努力開發(fā)更清潔更綠色的能源物質(zhì)。

藻類是世界上光能利用最成功、光能利用率最高的有機(jī)體，其能較少的反射太陽光，并通過網(wǎng)格毛孔捕獲太陽能[3]，微藻固定CO2的能力是其他微生物的3倍以上。通過光合作用將太陽能固定為可利用的化學(xué)能，并產(chǎn)生少量的氫氣，這部分氫氣可被收集作為生物產(chǎn)能的一部分，其他大部分被固定的能量經(jīng)過卡爾文循環(huán)被以糖類和脂類的形式儲存起來[4]。當(dāng)經(jīng)過篩選和培育的能源藻可獲得性狀優(yōu)良的高含油量藻種，然后在適合的環(huán)境內(nèi)吸收陽光、CO2等[5]，生成能源藻生物質(zhì)即富集油脂[6]，然后經(jīng)過分離采收集、濃縮等加工過程[7]，最后轉(zhuǎn)化為能源微藻生物柴油[8-9]。

2 能源微藻的發(fā)展?jié)摿?/h2>

能源微藻在未來有很廣闊的發(fā)展?jié)摿?。如今，能源微藻的研究和發(fā)展給人類生活的許多方面都帶來了不可估量的便利和價值。比如，在能源利用方面，利用微藻制成的能源微藻生物柴油，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料；在環(huán)境保護(hù)方面，微藻在提供能量的同時，消耗了大量的CO2，能有效減緩溫室效應(yīng)，同時微藻可以吸收各種污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，起到凈化水體的作用；在食品方面，微藻可以作為食物素材來供人類和各種家畜食用，其含豐富的蛋白質(zhì)和油脂，微藻還可以被用于制成各種食品添加劑；在醫(yī)療衛(wèi)生方面，微藻中存在新的抗生素、抗氧化劑、抗癌和抗病毒等各種藥物成分，為醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)?？梢?，微藻資源是一種可持續(xù)利用的優(yōu)質(zhì)資源，具有很廣闊的應(yīng)用前景，希望微藻能夠?qū)ξ磥懋a(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生重要影響。

3 能源微藻的主要用途

大多數(shù)的能源微藻可以利用各種污水中含量很豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是能夠利用有機(jī)碳和無機(jī)氮、磷,從而可以良好地生長。同時，微藻加強(qiáng)了廢水中的營養(yǎng)、重金屬和病原菌的去除[10]，為異養(yǎng)細(xì)菌提供氧氣用于礦化有機(jī)污染物[11]。早在1957年，Oswald提出了將藻應(yīng)用于廢水治理[12]，但并沒有引起很大的反響，因?yàn)榇蠹叶家呀?jīng)習(xí)慣了利用一些比較常規(guī)的方法，比如化學(xué)處理法和活性污泥法。污水中含有非常豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是氮和磷，這些營養(yǎng)物質(zhì)對水體生態(tài)環(huán)境來說是非常有害的，它們可以造成水體富營養(yǎng)化，如產(chǎn)生很常見的“水華”。對于大多數(shù)商業(yè)廢水，磷從廢水中析出形成一種固體不溶性組分[13]，依靠那些常規(guī)方法很難完全降解、回收這些不溶性固體。而微藻能夠有效地去除廢水中的氮、磷和有毒金屬[14]，起到強(qiáng)大的恢復(fù)作用，和普通的凈化污水的方法相比，通過微藻能夠更環(huán)保、更有效地發(fā)揮作用。利用微藻來治理污水盡管還存在一些困難和問題，而且還沒有大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)施，但這一項目的研究前景還是非?？捎^的。

微藻生物柴油是可滿足全球需求的可再生的重要生物柴油之一，其具有非常大的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展前景。從技術(shù)方面而言，微藻微生物柴油的研發(fā)和實(shí)施非?？尚校雽?shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，還需要加大對其經(jīng)濟(jì)投資和支持。要想使微藻生物柴油成為傳統(tǒng)的化石燃料等資源的有效替代能源，一定需要提高這一項目的技術(shù)水平和生產(chǎn)效率，盡可能降低其生產(chǎn)成本?？梢耘囵B(yǎng)易于大規(guī)模養(yǎng)殖的富脂藻類，加強(qiáng)微藻生物柴油精煉技術(shù)開發(fā)、充分利用，同時建立高效的商業(yè)化培養(yǎng)模式。

4 結(jié)語

能源微藻作為一種重要的可再生能源物質(zhì)，利用其來生產(chǎn)微藻生物柴油這一研究項目具有非常重要和深遠(yuǎn)的意義。目前的研究中還存在一些問題，這些研究還只是停留在理論階段，只是在進(jìn)行基礎(chǔ)研究，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)手段還不夠完善，還不能達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)的要求，因此，利用能源微藻來生產(chǎn)可再生能源物質(zhì)，還有一些實(shí)質(zhì)性的問題噬待解決。盡管這一研究的進(jìn)展還不夠成熟，但在今后的研究中，相信在不斷的努力下，我們一定可以完善出更可行的理論方法，同時建立健全各項技術(shù)手段和所需要的各種實(shí)驗(yàn)室條件，我們堅信能源微藻將會有更廣闊的開發(fā)應(yīng)用。