面对能源短缺和环境污染两大严峻问题，寻找可再生且对环境友好的新型能源迫在眉睫。而作为生物质能一员的生物柴油，不仅可以消纳各种有机废弃物，减轻环境压力，还可替代化石燃料，缓解能源危机，并且由于生物质资源分布广泛，生物柴油的开发几乎不受地理和气候的影响。诸多优势使得生物柴油在可再生能源中备受青睐。

生物柴油是指生物油脂与醇通过酯交换反应生成的一种生物燃料。相比石化柴油，生物柴油具有优良的环保性能和再生性能，较好的燃烧性能，良好的低温发动机启动性能和润滑性能，较高的经济性、可降解性和安全性能。

自20世纪70年代以来，生物柴油的发展已经经过三代更迭。第一代生物柴油的原材料主要来自油菜、大豆、向日葵等可食用性的油类作物;第二代生物柴油的原材料主要来自麻疯树、烟草种子等非粮油类植物，以及地沟油、动物脂肪等;第三代生物柴油以微藻作为生产原料，因光合效率高、生长速率快、占地面积小、油脂含量高等优点，当之无愧成为第三代生物柴油原料的首选。

微藻，即微体藻类，大小从几微米到几百微米不等，光合效率较高，能高效生产脂类、蛋白质、多糖等有机物，其中脂质可通过酯交换反应转化为生物柴油。

在20世纪70年代，美国能源部以发展可持续能源为目的，对微藻开展了大规模搜集、筛选和鉴定工作，最终获得了300多种产油微藻，即脂质占细胞干重比例超过20%的微藻，其中微拟球藻的脂质比例更是高达68%。

微拟球藻为什么能具有这么高的脂质比例?答案在于它独特的固碳能力。

光合作用是自然界生物固碳的基础。地球上每分钟通过光合作用大约可以将300万吨CO2和110万吨H2O转化为200万吨有机物质，同时放出210万吨O2。

与陆生高等植物不同，微拟球藻生长在海水中。水体中溶解性无机碳的主要存在形式有HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。为了应对复杂的水体碳环境，微拟球藻具备了独特的CO2浓缩机制。

CO2是造成温室效应的罪魁祸首之一。微拟球藻强大的固碳能力不但可以生产更多的生物柴油，还可能用于减少大气中的CO2。

目前微藻生物柴油的生产成本依然较高，这是限制其商业化生产的瓶颈。除继续开发产油性能优良的藻种以外，需要实现微藻生产的综合利用，可有效解决这一问题。例如从微藻中获得DHA、类胡萝卜素、活性多糖等高附加值产品，将废弃的藻渣作为水产业的饵料等。(作者单位：中国科学院青岛生物能源与过程研究所)

微藻生物柴油如何造

首先在开放塘中大规模培养微藻。在微藻细胞内，光合作用合成的糖类物质经过一系列的代谢反应转化为油脂。

当藻细胞密度达到最大时，根据微藻的特性，可选用离心法、超滤法、气浮法、絮凝法等方法进行收集。收集后的微藻需要进一步提取其中的油脂。藻类油脂的提取过程繁琐，目前最常用的油脂提取方法有机械压榨法、有机溶剂法、加速溶剂提取法、超临界流体萃取法和酶提取法等。

提取出来的藻油成分复杂，主要由游离脂肪酸、三酰甘油酯、磷脂、糖脂和硫脂组成。其中游离脂肪酸容易和碱性催化剂发生皂化反应，通过对原料干燥和预酯化可减少脂肪酸对酯交换反应带来的不利影响。

酯交换反应是酯与醇在酸或碱的催化下生成一个新酯和一个新醇的反应。在微藻生物柴油生产中，利用短链醇和藻类油脂在催化剂、高温环境下进行酯交换反应，最终合成脂肪酸单脂，即生物柴油。

据估计，每公顷养殖面积藻类年产油量可达1.5万至8万升，相比之下，玉米、大豆的年产油量分别只有120升和440升。

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