面對能源短缺和環境污染兩大嚴峻問題，尋找可再生且對環境友好的新型能源迫在眉睫。而作為生物質能一員的生物柴油，不僅可以消納各種有機廢棄物，減輕環境壓力，還可替代化石燃料，緩解能源危機，并且由于生物質資源分布廣泛，生物柴油的開發幾乎不受地理和氣候的影響。諸多優勢使得生物柴油在可再生能源中備受青睞。

生物柴油是指生物油脂與醇通過酯交換反應生成的一種生物燃料。相比石化柴油，生物柴油具有優良的環保性能和再生性能，較好的燃燒性能，良好的低溫發動機啟動性能和潤滑性能，較高的經濟性、可降解性和安全性能。

自20世紀70年代以來，生物柴油的發展已經經過三代更迭。第一代生物柴油的原材料主要來自油菜、大豆、向日葵等可食用性的油類作物;第二代生物柴油的原材料主要來自麻瘋樹、煙草種子等非糧油類植物，以及地溝油、動物脂肪等;第三代生物柴油以微藻作為生產原料，因光合效率高、生長速率快、占地面積小、油脂含量高等優點，當之無愧成為第三代生物柴油原料的首選。

微藻，即微體藻類，大小從幾微米到幾百微米不等，光合效率較高，能高效生產脂類、蛋白質、多糖等有機物，其中脂質可通過酯交換反應轉化為生物柴油。

在20世紀70年代，美國能源部以發展可持續能源為目的，對微藻開展了大規模搜集、篩選和鑒定工作，最終獲得了300多種產油微藻，即脂質占細胞干重比例超過20%的微藻，其中微擬球藻的脂質比例更是高達68%。

微擬球藻為什么能具有這么高的脂質比例?答案在于它獨特的固碳能力。

光合作用是自然界生物固碳的基礎。地球上每分鐘通過光合作用大約可以將300萬噸CO2和110萬噸H2O轉化為200萬噸有機物質，同時放出210萬噸O2。

與陸生高等植物不同，微擬球藻生長在海水中。水體中溶解性無機碳的主要存在形式有HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。為了應對復雜的水體碳環境，微擬球藻具備了獨特的CO2濃縮機制。

CO2是造成溫室效應的罪魁禍首之一。微擬球藻強大的固碳能力不但可以生產更多的生物柴油，還可能用于減少大氣中的CO2。

目前微藻生物柴油的生產成本依然較高，這是限制其商業化生產的瓶頸。除繼續開發產油性能優良的藻種以外，需要實現微藻生產的綜合利用，可有效解決這一問題。例如從微藻中獲得DHA、類胡蘿卜素、活性多糖等高附加值產品，將廢棄的藻渣作為水產業的餌料等。(作者單位：中國科學院青島生物能源與過程研究所)

微藻生物柴油如何造

首先在開放塘中大規模培養微藻。在微藻細胞內，光合作用合成的糖類物質經過一系列的代謝反應轉化為油脂。

當藻細胞密度達到最大時，根據微藻的特性，可選用離心法、超濾法、氣浮法、絮凝法等方法進行收集。收集后的微藻需要進一步提取其中的油脂。藻類油脂的提取過程繁瑣，目前最常用的油脂提取方法有機械壓榨法、有機溶劑法、加速溶劑提取法、超臨界流體萃取法和酶提取法等。

提取出來的藻油成分復雜，主要由游離脂肪酸、三酰甘油酯、磷脂、糖脂和硫脂組成。其中游離脂肪酸容易和堿性催化劑發生皂化反應，通過對原料干燥和預酯化可減少脂肪酸對酯交換反應帶來的不利影響。

酯交換反應是酯與醇在酸或堿的催化下生成一個新酯和一個新醇的反應。在微藻生物柴油生產中，利用短鏈醇和藻類油脂在催化劑、高溫環境下進行酯交換反應，最終合成脂肪酸單脂，即生物柴油。

據估計，每公頃養殖面積藻類年產油量可達1.5萬至8萬升，相比之下，玉米、大豆的年產油量分別只有120升和440升。

標簽： 微擬球藻