微藻是重要的能源原料

　　微藻是一類古老的低等植物，在陸地、淡水湖泊、海洋分布廣泛。微藻種類繁多，截至21世紀(jì)初已發(fā)現(xiàn)的藻類有三萬余種，其中微小類群就占了70%，即兩萬余種。

　　中科院水生生物研究所（以下簡稱水生所）研究員、國家開發(fā)投資公司微藻生物科技中心主任、“千人計(jì)劃”專家胡強(qiáng)主要從事藻類生物學(xué)、生物技術(shù)與生物能源的研究。他告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者：“微藻經(jīng)過加工處理，可以生產(chǎn)出食品、保健品、飼料等很多產(chǎn)品，提取的藻油就像煤和石油一樣，是重要的能源原料。”

　　產(chǎn)學(xué)研的合作之路

　　上世紀(jì)，美國曾有個(gè)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”；本世紀(jì)，美國又出了個(gè)“微型曼哈頓計(jì)劃”，該計(jì)劃的宗旨不是研制原子彈，而是期望通過研發(fā)藻類產(chǎn)油尋求新的可再生能源。

　　胡強(qiáng)指出：“我國在這方面的研究并不晚于美國。”2013年5月，國家開發(fā)投資公司（以下簡稱國投）微藻生物科技中心在北京成立，中心希望利用微藻生物質(zhì)技術(shù)解決能源與資源短缺、氣候環(huán)境惡化等重大問題，為國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供新途徑。

　　同年7月，水生所藻類生物技術(shù)和生物能源研發(fā)中心在武漢成立。中心由水生所和國投合作共建，致力于通過產(chǎn)、學(xué)、研一體化技術(shù)創(chuàng)新模式，探索和解決微藻生物質(zhì)領(lǐng)域重大科學(xué)和工程技術(shù)問題。上述兩個(gè)中心的主任都是胡強(qiáng)。

　　回看胡強(qiáng)的求學(xué)和工作經(jīng)歷，從武漢到以色列，到日本和美國，再到如今回國，他跟微藻結(jié)下了不解之緣。

　　在以色列，胡強(qiáng)獲得本·古里安大學(xué)獲藻類生物技術(shù)專業(yè)博士學(xué)位，隨后他來到日本做博士后研究工作，主要開發(fā)一種利用微藻固定電廠廢氣中二氧化碳的技術(shù)，為溫室氣體的減排提供新思路。不久，美國亞利桑那州立大學(xué)給胡強(qiáng)發(fā)出邀請，希望他能去參與微藻處理廢水項(xiàng)目。

　　在美國，胡強(qiáng)及其團(tuán)隊(duì)開始了藻油的研究，并建立了利用微藻生產(chǎn)能源的中試生產(chǎn)線，胡強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室也成為美國能源部國家級(jí)微藻能源研發(fā)基地。“當(dāng)時(shí)，美國國防部出錢找到我們，風(fēng)險(xiǎn)投資也找到我們，相關(guān)研究經(jīng)費(fèi)超過2000萬美元。”

　　回國前，胡強(qiáng)任美國亞利桑那州立大學(xué)終身教授，藻類生物技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室共同主任、亞利桑那州藻類創(chuàng)新技術(shù)中心共同主任。盡管如此，他最終還是選擇了由國投與水生所共建的微藻生物能源項(xiàng)目。

　　“因?yàn)槲⒃迥茉聪胍〉猛黄乒饪科髽I(yè)的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”胡強(qiáng)希望微藻生物能源項(xiàng)目能整合企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)的力量，走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的開發(fā)模式。

　　燕郊的實(shí)驗(yàn)工廠

　　回國后，胡強(qiáng)每天都很忙碌，北京和武漢兩頭跑已經(jīng)成為常態(tài)?！吨袊茖W(xué)報(bào)》記者參觀了位于燕郊的國投微藻生物科技中心研發(fā)基地，目睹了一排排玻璃管道搭建的光生物反應(yīng)器。胡強(qiáng)告訴記者：“微藻生物質(zhì)生產(chǎn)是整個(gè)微藻生物能源產(chǎn)業(yè)的瓶頸，成本占全流程的60%以上，而光生物反應(yīng)器是制約微藻生物質(zhì)生產(chǎn)的核心因素。”

　　因此，如何提高光生物反應(yīng)器的生產(chǎn)效率、降低它們的制造和運(yùn)行成本，在很大程度上決定了微藻生物能源和生物資源的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。這也是胡強(qiáng)團(tuán)隊(duì)努力攻關(guān)的一個(gè)方向。

　　在光生物反應(yīng)器研發(fā)方面，胡強(qiáng)團(tuán)隊(duì)一方面對(duì)傳統(tǒng)光生物反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備更加高效、穩(wěn)定、可靠；另一方面致力于高效、低成本的新型光生物反應(yīng)器開發(fā)，研究發(fā)電廠煙氣二氧化碳固定與綜合利用技術(shù)，形成下一代微藻生物能源與發(fā)電廠煙氣二氧化碳綜合利用技術(shù)與裝備體系。

　　此外，這座位于燕郊的實(shí)驗(yàn)工廠利用系統(tǒng)代謝工程的策略，對(duì)現(xiàn)有工程藻株進(jìn)一步遺傳改良，以提高藻類細(xì)胞工廠對(duì)光化學(xué)能的轉(zhuǎn)化及利用效率。在研發(fā)基地，記者看到了從無色到黃色再到綠色和紅色的藻株變化。

　　胡強(qiáng)告訴記者：“你看到的只是顏色變化，而我們在遴選藻種方面，要求皮實(shí)，能夠在不同環(huán)境中很好地自我調(diào)整。”胡強(qiáng)團(tuán)隊(duì)正通過基因改造的方法，結(jié)合自然篩選，改良適宜工業(yè)化應(yīng)用的藻種。

　　“目前備受關(guān)注的微藻產(chǎn)油還有很長的路要走。把微藻從水里采收出來后，還要打破細(xì)胞，把油取出來。”胡強(qiáng)說，“雖然是單細(xì)胞的簡單植物，但每一步工作都不簡單，甚至大有學(xué)問。”

　　胡強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)室一待就是一整天。當(dāng)記者問及周邊的交通擁堵是否影響上下班的時(shí)候，胡強(qiáng)的回答有點(diǎn)讓人意外：“我早上6點(diǎn)從機(jī)場附近的公寓開車過來，晚上11點(diǎn)以后離開辦公室，基本一路暢通。”

　　微藻的應(yīng)用前景

　　當(dāng)前，微藻資源的開發(fā)與應(yīng)用為人類解決能源、健康、環(huán)境和糧食四大問題提供一種新模式。

　　胡強(qiáng)介紹，在能源領(lǐng)域，微藻有望成為繼糧食作物生物乙醇、纖維素生物乙醇和陸生作物生物柴油之后第三代生物質(zhì)能源的原材料；在環(huán)境領(lǐng)域，微藻有大幅減排溫室氣體二氧化碳的潛力，并在處理生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)污水等方面有廣闊的應(yīng)用前景；在食品領(lǐng)域，微藻可為人類提供大量單細(xì)胞蛋白質(zhì)、植物油脂、類胡蘿卜素等食品或食品添加劑；在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域，微藻生物資源中存在新的抗生素、抗氧化劑、抗癌和抗病毒藥物成分。

　　胡強(qiáng)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在國投微藻生物科技中心獲得高產(chǎn)量、高油脂的國投1號(hào)和國投2號(hào)藻株。胡強(qiáng)指著手里的一瓶藻說：“同樣是原油，藻油的成本要高十倍，如何降低成本是我們未來需要努力的方向。”

　　在另一些領(lǐng)域，微藻已經(jīng)開始發(fā)揮作用。比如，微藻可以看做一種新型農(nóng)業(yè)。“種藻和種糧食、種蔬菜是一樣的。”胡強(qiáng)指出，“生產(chǎn)微藻本身需要很多的勞動(dòng)力，可以為食品、飼料、保健品、精細(xì)化工等下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。”

　　微藻產(chǎn)業(yè)也可以改善人們的生活水平，除了高端的保健品之外，用微藻作為飼料養(yǎng)雞養(yǎng)魚，品質(zhì)都會(huì)提高很多，利于改善人們的身體狀況。“所以說微藻生產(chǎn)是一種可持續(xù)的綠色農(nóng)業(yè)。”胡強(qiáng)希望通過團(tuán)隊(duì)的努力，使微藻能夠?qū)ξ磥懋a(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生重要影響。