全球生物固碳技术：解决能源与环保问题

生物能源包括种植能源作物作为原料生产生物能源和利用微生物（主要是微藻）吸收固定将无机物转化为高级不饱和烷烃和油脂等有用的物质能源。

种植能源作物在两个不同但相关的方面涉及固碳：①土壤中的碳转化为能源作物；②大气中CO2循环转化为以生物质为基础的生物燃料。选择适当的品种进行管理，专门作物（如杨树、柳树、柳枝稷、芒草等）生产的生物燃料能源可以将碳封存在土里，并抵消化石燃料排放量，减少大气中的CO2和其他温室气体的含量。

微生物固碳制造新物质能源实际上是自养微生物通过光合作用或化能合成作用吸收和转化CO2，从而生成可以为我们所利用的新的物质能源。而藻类（主要是微藻）因具有光合效率高、生长周期短、生长速度快等特点，其固碳与生物能源技术被认为具有广阔的发展前景。

微藻固碳与生物能源技术是利用微藻吸收工、农业生产过程中排放的CO2和其他废气，并通过其自身光合作用机制将CO2转化为脂类、糖类、蛋白质等细胞组分。细胞中饱和脂类经一系列物理和化学过程将进一步转化为生物液体燃料（如生物柴油和生物航煤等），而多不饱和脂类、多糖和蛋白质等可作为营养素补充剂或饲料添加剂应用于食品、保健品及饲料行业。该技术实现了CO2资源化利用，不仅可与沙荒地综合利用及工、农业废水治理相结合，实现工业化生态减排，而且可与农、牧、渔业相辅相成，形成区域性绿色循环经济，还兼顾了国家利益（CO2减排、能源安全和粮食安全）和地区效益。(www.xing528.com)

利用微藻培养减排CO2同时生产生物能源技术在西方国家早就被长期地探索和研究。1976—1998年，美国能源部支持了一个历时19年、耗资2505万美元、旨在培养藻类减排CO2并生产生物燃料的水生生物计划项目。该研究项目的最终结论是利用微藻生产生物柴油在技术上并没有障碍，但在经济上不可行，因此该技术被终止[56]。进入21世纪，石油价格一度大幅上扬，人们对未来化石能源供应短缺普遍感到担忧，再加上“使用化石能源导致全球气候变暖”的普遍认知渐入人心，微藻能源技术重新受到高度关注，多国政府、研究机构、高校与大公司等都纷纷投入巨资，以期占领战略制高点并实现技术垄断。2006年，美国GreenFuel Technology Corp和Arizona Public Service两家公司在亚利桑那州建立了可与1040MW电厂烟气相连接的商业化系统，采用GreenFuel 3D Matrix微藻培养系统，成功地利用烟气中的CO2，大规模培养自养微藻，并将微藻转化为生物燃料[57]。奥巴马政府上台后，美国启动了绿色能源拉动经济增长的新计划，20亿美元的投入中有12亿美元用于微藻生物能源技术研发。此外，美国ExxonMobil公司宣布给Synthetic Genomics公司投资6亿美元，发展微藻相关技术。

我国微藻固碳与生物能源技术研究起步较晚，但近几年随着国际趋势的推动和专家学者对该领域的关注，我国在这方面也取得了快速进展。我国自“十一五”开始布局以生物能源生产为目标的微藻能源研究，众多科研单位相继开展了高产油藻种的选育与改造、高效微藻光反应器、高密度培养、高效加工等技术研究工作，形成了如微藻光合-发酵诱导耦合培养技术、高效低成本杂交式反应器技术、高效薄层开放池培养技术、高效CO2补碳技术、高效低成本湿藻油脂直接提取技术、高效生物柴油催化转化技术等一批特色创新技术。此外，中国石油、中国石化、新奥集团等企业也进入微藻生物能源技术领域，如新奥集团建成了国内规模最大的11000L多层管道式立体培养反应器。

因此，利用微藻光合效度高、生长速度快、抗逆性强等特点进行微藻固碳，是解决大气温室效应导致的一系列环境问题非常有前景的一项技术。微藻固碳研究不仅对探索微藻在大气生态系统中的调控作用具有重要的理论意义，而且在工业废气回收、生物能源及空气中CO2浓度控制等方面具有非常广阔的应用前景。