藻类养殖与利用的发展历程

藻类和海草作为原材料的应用并不新颖，尤其是在食品和制药行业。近几十年一直在讨论用于发电的藻类养殖。现在许多国家对养殖藻类用于制取液体燃料非常感兴趣（见http：//www.oilgae.com/）。

藻类分为微藻类（几个微米的大小）和大型藻类或海草。两者的光合作用原理类似，我们的早期历史将由大型海藻开始。但是，两者的养殖和燃烧技术问题是不一样的。这是我们接下来把重点只集中在大型海藻上的原因。

使用开放池养殖大型藻类，将电厂的二氧化碳转化成甲烷燃料的研究著作最先由Golueke和Oswald（Benemann，1993）发表。他们建立了一个小的示范系统，包括大型藻类的生长、分解生成甲烷和养分的再循环等几个部分。他们试图通过将烟气注入水池来捕获CO₂，尽管在烟气中CO₂只占很小的一部分（大约10％）。那时候尤其活跃的是太阳能研究所（SERI，现在是NERL）做的关于水生物种的项目。经过在加利福尼亚、夏威夷和新墨西哥的三个户外藻类养殖场的测试，他们证明了在大型的水池养殖藻类是可以以相对低的成本获得高的产量的。

来自莫斯科大学的Alexejev等（1985）出版了类似的研究结果，他们建立了一个叫做生物太阳能的小型藻类示范系统，干物质产量是每天40g/m²。从产生甲烷的箱体中出来的矿物质元素被藻类再利用。燃烧产生的CO₂被再还原。Alexejev说：“每年每产生100万t标准煤当量的甲烷，需要70km²的面积。”

L.Brown（1993，1996）描述了藻类池的化学（原理），水池采用水沟的形状，装有排水的浆轮。他还说：

我们估计藻类生物质生产模式能使沙漠土地的产量提高160倍（使热带雨林提高6倍）。即使在开放的水池中，大型海藻每固定一磅的二氧化碳也仅需要140～200lb的水，而且这些水可以是低质量的高盐咸水。(www.xing528.com)

如果池水富含养分，比如城市污水或者动物养殖场排放的污水，发表的研究数据表明它们的干物质产量很高：每天120g/m²（Lincoln，1993），或Pulz的研究数据，每天175g/m²（Kuranoetal，1998）。这些数据折合年产量为40～50kg/m²。

在发酵池方法不断发展的同时，一些把养殖海藻产生的生物质直接用作电厂燃料的方案被提出。Yamada（1991）申请的一个专利就包括把干的藻类用作常规燃料的添加物。一部分烟气通过烟囱排入大气。剩下的被引至一个吸收塔，通过水洗收集烟气中的CO₂，然后将CO₂返还至藻类养殖池。这个方案的瓶颈是，CO₂在烟气中只占很小的一部分，烟气的大部分成分是惰性的氮气。从氮气中分离CO₂成了难以克服的问题。

Yantovsky（1991）提出的基本方法是，在燃烧前将氮气分离，而不是在燃烧之后，见28节。SOFT循环的进一步发展将在随后的章节中展示。

生物质在由氧气和蒸汽或二氧化碳组成的人工空气中燃烧，使得烟气中不含氮气。二氧化碳可以轻松返还到水池供给藻类。