主题：【原创】生物柴油之藻类1 前言 -- 圣火

说不定有些河友看了上面这个章节之后对投资藻类制造生物柴油“蠢蠢欲动”。您手头要是有个余钱还有时间，又做好几年不赚钱只做技术积累的准备，到可以试试，毕竟藻类柴油是新能源中技术门槛相对较低的一种。但无论如何还是要看看藻类柴油其不足之处。

1. 成本

目前制约各种新能源的最主要原因可能就是成本问题。美国能源部和NREL在95年左右终止了包括藻类制油在内很多生物能源计划的根本原因就是成本。在当时原油价格低于每桶20美元的情况下，几乎没有生物能源能够在成本上战胜石油。NREL在95年评估藻类生物柴油的成本为1.40到4.40美元每加仑（当时汽油可能还没过一美元，而且是最后的销售价格）。

而另一个独立研究估计藻类柴油的成本估计为每桶100美元左右。比起现在的原油价格当然没太大劣势，但如果石油价格回落的话藻类柴油成本上将很难占到优势。藻类培养的成本主要用于培养容器(光生物反应器，成本在100美元每平方米左右，开放培养这个成本几乎可以不计)添加营养元素，二氧化碳的补充及维持藻类生长过程中流动性的能耗。而藻类的收获成本比起传统植物来说要相对高。

2. 生物因素

目前为止制约藻类大规模培养的因素有生物因素和工程因素，而其中生物因素影响更大一些。其中：

第一， 目前没有一个完美或接近完美的藻种。没有一个藻种能够同时满足对温度水的咸度敏感度低，生长速度快，含油量高在内的所有条件。最要命的是有些条件还是相互抵触的。 前文中所说有的藻种能达到60%的含油量，但这个必须要在氮或硅元素缺乏的情况下。藻类和动物不同，吃饱了的时候不长油，而在环境恶劣的情况下细胞含油量反而上升，这可能是藻类对于环境的一种防御机制。但在实际应用中，如果培养基中某个元素缺乏，藻类的生长速度将受到很大的限制。而在营养充足正常生长的情况下多数藻类含油量一般不超过30%.

第二， 在野外的藻种控制。由于美国的实验最终目的是将藻类投放于天然的开放湖泊中，就必须保证到时最占优势的藻是想要的产油藻。在从天然湖泊中水样加入营养物质后，生长速度最快的最先占优势，而后又被生长速度慢但利用光能最充分的藻种所占领。而且何种藻类占优势更和气候有很大的关系，不同季节会有不同的结果。这就为大规模培养藻类带来了难度。

第三， 温度变化和最适温度。由于藻类最终将是是室外生长，而藻类培养的候选地往往在同一天内气候变化很大（美国的想法是利用其西南地区，熟悉美国地理的河友知道那里一般属于高海拔和荒漠地区，气候不适于种植传统作物）。藻类一般都有个生长的最合适温度，但如何找出在四季和昼夜温度变化大的情况下最适藻种目前还没有很全面的研究。

第四， 油脂质的品质。能用于生物柴油合成的主要细胞成分是三酸基甘油(Triacylglycerol)，但细胞内各种油脂质成分会根据环境不同产生变化。藻类中有些不饱和程度高的脂类不适合用于生物柴油。而陆地植物一般有特定的器官和组织来合成和储备油类，成分相对比较稳定。

3. 工程因素

由于手上资料主要来自美国，而美国走的是室外露天养殖藻类的路线，对工程方面的要求比起在生物反应器中培养要低。但无论何种情况，藻类从生长到最后产出才有这些必须步骤。

第一， 维持藻类生长

维持藻类高速生长一般需要不停补充营养元素和二氧化碳。同时一定程度的搅拌使藻种能充分接触营养物质同时避免在一个区域能氧气浓度过高而抑制光合反应。如何精确控制补充营养元素的速度是个很重要的控制因素。一般来说加入营养元素的方式有半连续和连续两种。半连续方式为每2-3天稀释一次，成本比较低。连续是指营养元素以一个稳定的速度添加，对成本要求较高，但比起半连续方式藻类生长速度能提高20%左右。

第二， 藻的收获

藻类的收获一直是个比较困难的问题，一般来说有沉淀和滤网收集的方式。靠沉淀的方式速度比较慢而且不适合某些游动性比较强的藻种。过滤的方法对相对成本较高。但目前的趋势来看还是使用沉淀的方式更可行一些。一般沉淀下来的藻类含水还是很高，需要进一步离心来去除部分水分。

第三， 油类物质的提取

由于经费的关系，NREL没有对这方面进行的专门的研究，也没有现成其他的资料可以参考。虽然有人对是否能适于水分较高的藻类存有疑问，但通常认为能够利用油类溶于有机相的特性来提取藻中的油类物质。

第四，油类物质转化为柴油

橡树村大大有专门的陈述，而且还有家庭作坊的配方。基本就是一个酯转换(transesterification)反应。但对于油类物质的成分和纯度要求较高。

总体而言，对开放培养而言，工程因素对藻类柴油的限制并不是很大，多数的技术和手段都是比较成熟，藻类生长中生物因素和自身成本才是制约藻类柴油的最主要因素。而利用生物反应器来进行大规模，自动化藻类培养，工程因素也是将决定成本和制约规模的重要因素。由于成本及工艺上的原因，美国和日本在分别投资了2千万和一亿两千万后终止了藻类柴油的研发项目。目前藻类柴油还没有成功大规模的工业化生产和应用的例子，但这个对中国来说是个机遇也是个挑战，下一章就讲讲藻类柴油在中国的可能应用。