（一）微藻生物柴油

        微藻是光合效率最高的原始植物，与农作物相比，单位面积的产率高出数十倍。微藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物，通常在24小时内，微藻所含生物质可以翻倍。微藻产油率高，它的干细胞含油量可高达70％，产油率远高于玉米、大豆等粮食作物，也高于油菜籽、麻风树、可可豆及油棕等油料作物，达到同样产油量所需的种植面积大大低于油料作物。微藻可以生长在高盐、高碱环境的水体中，可不与农作物争地、争水，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养，也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养。微藻的培养需要利用工业废气中的CO2，也可以吸收工业废气中的NOx。因此开发微藻生物柴油，被誉为“一石三鸟”的技术，可以替代石油资源、减少CO2排放和净化废气和污水。

        另外微藻的综合利用价值高，生产微藻生物柴油的同时，还可以生产相当数量的藻饼，可进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品，有效降低微藻生物柴油的成本。

（二）金融危机推动了微藻生物柴油的崛起

        2008年奥巴马在竞选美国总统时宣称：生物燃料—特别是生物柴油是一个关键的资源，再使美国富强，由于使用在本土生长的可再生原料，它将创造新的“绿色就业机会”(Green Jobs), 同时减少对国外石油的依赖。2009年6月报导(ICIs Chemical Business)：美国将投资和贷款保证来支持生物炼油厂和生物化工。

        美国还制订了微藻生物燃料技术路线图。在2008年12月9-10日的会议上提出了实现商业规模微藻生物燃料工业的难关和战略，指导在微藻的科学与工程领域里微藻的培育、生产、加工和转化；并制订了技术经济模型，用于指导研发、政策、商业发展的决策。

        跨国石油集团也纷纷投入巨资进入微藻生物柴油的研发。2009年7月13日EXXON-Mobil宣布投入6亿美元与Synthetic Genomics Inc. 合作开发微藻生物柴油。要求这项研究从试管到百万加仑以上生产规模。他们预计5-10年后开始工业生产。

        英国石油(BP)与Martek Biosciences合作研发从糖生产微藻生物柴油。B.P. 初期投入一千万美元。Martek进行有关生物技术的研发，B.P.从事有关的燃料销售与使用。

        美国Chevron公司的分部，Chevron新技术部，与Solazyme生物技术公司合作开发微藻生物柴油。使用优化Solazyme独有的微藻生物柴油生产技术，同时利用以生产生物喷气燃料。

        从上述报导可见：国际跨国石化集团纷纷投入巨资，与著名生物技术公司合作，优势互补，开发微藻生物柴油。

（三）微藻生物柴油生产中的科学和工程问题

        微藻生物柴油的生产包括多项工艺，涉及到多项科学与工程问题。

        首先是微藻，它是微藻生物柴油生产的起点。其中需要对富油微藻资源进行普查、收集、筛选、表征，并对取得的资料进行整理和保存。对富油微藻的生理特征，如生存环境的温度、PH值、盐碱度、光照等因素的影响，及营养因素的影响，如N、Si、P、S、微量元素的影响要进行深入系统的研究，同时对其生化机理，主要是油脂生成机理有要有清楚的认识。富油微藻还涉及到分子生物学与基因工程研究。通过分子生物学与基因工程研究，可以提高微藻的光合效率、微藻生长速率、微藻油脂含量、微藻温度耐受力，另外还可以消除微藻光饱和现象、降低微藻光抑止效应并提高微藻对光氧化作用的耐受力。

        光生物反应器技术是发展工程微藻的核心。对于微藻的培养与生产使用的有开放池系统，包括潜水池、循环池、池塘、跑道池；封闭光生物反应器系统包括平板式、柱状气升式、搅拌釜式、浮式薄膜袋、密闭管式等多种形式的反应器都要在深入研究的基础上进行合理的设计。同时光生物反应器的研究课题还涉及传光，即光生物反应器中“光暗周期效应”；传质，即光生物反应器中“光反应物质混和效率与手段”，传动，即光生物反应器中对细胞的“剪切力敏感性”，传热，即光生物反应器中温度控制过程，清洁，即光生物反应器生物污垢的清洗工艺，这些方面都要进行深入的研究。具有代表性的光生物反应器包括高生长速度开放池和平铺管式反应系统，见图1和2。高生长速度开放池的优点是适于大规模工业化应用，较易于放大、投资低、能耗低，但它的缺点是选择性低、光合作用效率只有约5%，且生物密度低。

 图1高生长速度开放池                                                              图2管式反应系统

         微藻收集、浓缩和加工是非常关键的技术环节，微藻生物质需要经过滤分离、离心分离等技术收集，再经过干燥、萃取、压榨等技术处理，最后经酯交换等加工技术生产出生物柴油。因此，还要研究高效设备和工艺以降低加工环节的成本。

        开发微藻生物成套技术，藻种是基础，首先选出高油、快长、适应性强、皮实的藻种。微藻生物质采收、加工与转化是生产生物柴油后续环节，约占生产成本一半。但是培养出的微藻液的浓度极其稀薄、藻细胞粒约几十微米，所以收集困难，采用机械压榨、干燥脱水等方法取得微藻生物质能耗巨大。从藻油经酯交换制生物柴油可以利用中国石化已有超临界技术，这是优势。

（四）开发微藻生物柴油成套技术面临的挑战

        中国石化经济技术研究院预期我国2020年柴油需要量为2.28-2.43亿吨，因此2020年微藻生物柴油致少要达到20-50万吨，2050年达到几百万吨，才能起到“一石三鸟”的作用。

        4．1 现有的微藻生物柴油技术还很不经济，投资大、成本高、占地多。以国外一家公司管式光反应器的建厂为例，以100吨/日，按300天/年计，则年产3万吨的工业示范装置的反应器长度达10.6万米，占地面积17万m2；二氧化碳需求量288吨/日，N需求量8.1吨/日，K需求量1.8吨/日，C a需求量1.2吨/日，电能消耗5444KW/日。

       4．2 大型(几万吨/年)的生产，尚未实现，大型成套技术缺乏。多个环节需要改善降低投资和生产成本。同时，微藻的培养与光生物反应器系统是一个可压缩的微藻稀水体系，这种体系的放大科学知识缺乏。因此从实验室成果放大后难以重复，如美国能源部可再生资源实验室即发现大规模养殖时，产油效率较低，提高油脂含量时，总生物质含量降低；采用转基因微藻也未实现油脂提高。而且微藻种群比较脆弱，在强光、温度波动、密度、O2、机械力均容易伤害其生长，造成产率下降。

        4．3 发展微藻生物柴油同时需要CO2、阳光、土地三个资源，要同时具备这三个条件的地区具有局限。要生产几十万吨/年的微藻生物柴油，更要有大量的土地，一般认为沿海的滩涂和沙漠地区较为合适。这里要专门做一个调查。

（五）对策的思考

        中国石化于2008年1月与中国科学院在新能源领域合作研发“微藻生物柴油成套技术”。经过调研考察，优势互补，已编制了“微藻生物柴油成套技术研发方案”，目标是2015年能为建设适合我国国情的、具有自主知识产权的、万吨级微藻生物柴油工业示范装置提供设计基础。因此，应加速这项工作的开展。同时，要进一步策划，以引导上述科研成果。

        特别是今年哥本哈根联合国气候变化会议后，这项科研也是中国石化对国家、社会发展低碳技术将要做出的重要贡献。

        未来的微藻生物柴油工业示范装置将建在中国石化的炼厂、石油化工厂等。因此选择承担企业是有仔细调研的问题。因为目前中国石化企业均承担了近、中期的生产、建设等繁重任务，对象微藻生物柴油这样长远性、基础性、战略性的项目要妥善选择安排到适合的企业来承担是关键。

        为了加速工业示范装置的建设，要优选原料，减少预处理，降低投资和生产费用，减少技术攻关。因此最好选用高浓度的CO2原料，如炼厂制氢装置、化肥厂、甲醇装置、乙醇厂等副产的高浓度CO2；当前暂不去考虑发电厂的CO2，其浓度低、含SOx、NOx、粉尘等的烟道气。

        为了增加微藻生物柴油装置经济效益，减少依靠国家的政策支持，要开展综合利用，降低微藻生产成本。如利用藻油、生产高联合会C22食用油，同时将藻饼做成高蛋白质饲料、营养品等。​