复杂的系统工程
不过,“前途光明,道路曲折”。虽然微藻用于生产生物燃料的优势明显,但微藻生物燃料技术链是一个复杂的系统工程,涉及多个科学与工程技术问题。
大规模微藻生物质资源获得困难和微藻生物能源产品成本过高是目前微藻生物能源技术面临的两大瓶颈。以目前的技术进行产业化,存在大规模培养占地面积过大、基础建设投资过高、加工过程能耗物耗过大的问题。
这两大瓶颈的解决需要从微藻生物能源产业链涉及的各个环节进行技术攻关与突破。
首先要强化优质藻种选育技术的研究,通过现代生物技术,获得和构建能够适应工业化大规模应用、高光效、高油脂产率和高抗逆的工程微藻株系。
其次要特别加强微藻规模培养工艺与装备技术开发。目前,微藻的规模培养远未能充分发挥其速生高产的优势。因此需要发展高效低成本可规模化的微藻培养创新技术体系,建立和发展废水和燃厂废气CO2利用的微藻生态养殖技术,大幅度提高单位面积微藻生物产率、降低物能消耗,从根本上解决培养占地和成本瓶颈。
第三要研究开发高效低能耗的微藻加工转化的工艺、关键技术与装备,形成和建立以微藻生物柴油、航空煤油等为核心能源产品,以微藻生物质全组分多元化利用为特色的微藻生物炼制技术体系。
国外的研发竞赛
国外的微藻制油技术研发曾经历起伏。受第一次石油危机的影响,美国于1978年启动了耗资2500万美元的水生物种项目,旨在利用微藻生产生物柴油。科研人员筛选出300余株产油藻种,重点开发适于微藻生物柴油生产的培养系统和制备工艺。
上世纪90年代,日本国际贸易和工业部也曾资助一项“地球研究更新技术计划”。该项目着力开发密闭光合生物反应器技术,利用微藻吸收火力发电厂烟气中的二氧化碳来生产生物质能源,10年间共投资约25亿美元。筛选出多株耐受高二氧化碳浓度、生长速度快、能形成高细胞密度的藻种,建立了光合生物反应器的技术平台以及微藻生物质能源开发的技术方案。但由于90年代后期油价大幅降低,而微藻制油的关键技术未获突破,成本过高,相关技术研究处于停滞状态。
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,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和实现技术垄断。
2007年10月,国际能源公司宣布开发微藻生物燃料技术。同年12月,Shell公司宣布与HR Biopetroleum公司组建Cellena公司,投资70亿美元在夏威夷开展微藻生物柴油技术研究。美国第二大石油公司Chevron则于当年底宣布,与美国能源部可再生能源实验室协作研究微藻生物柴油技术。荷兰AlgaeLink公司也于当年宣布开发成功新型微藻光生物反应器系统,开始向全球销售其反应器,并提供技术支持。2008年,英国碳基金公司启动项目,计划耗资2600万英镑于2020年前实现利用藻类生产运输燃料。