生物燃料：水藻

水藻由簡單的水生有機體組成，通過光合作用儲存光能，生產植物油，而植物油可被轉化成「生物柴油」，為任何柴油發動機提供動力。另外，水藻可以種植在任何地方，並迅速繁殖，只需要陽光、水和二氧化碳。由於水藻可分解為醣、蛋白質與油脂等，海藻油可提煉為生物燃料﹔醣可提煉乙醇。

根據Eysenck Mobil的估計，藻類的產油量高於其他植物。 每英畝藻類的年生產能力可達到2000加侖燃料、650加侖棕櫚樹、450加侖甘蔗和250加侖玉米。

在能夠產油的藻類中，微綠藻和葡萄藤藻類是主流。 微藻可以產生相當於輕油的油，而葡萄藤藻類可以產生相當於重油的油。 作為生態系統中的初級生產者，它在能量轉換和碳迴圈中發揮著重要作用。 相比之下，微藻生物燃料的優勢在於它不需要與糧食競爭土地和生產生物燃料。 它還具有吸收二氧化碳和提供高純度氧氣的優點。 缺點是微藻的外殼很硬，很難選取油脂，而葡萄藤藻類的培養需要時間。 此外，它還會對生態環境造成破壞，而且成本很高。

首先，通過萃取、熱裂解和其他方法從這些微藻中選取油，然後通過酯交換將其轉化為脂肪酸甲酯，即生物柴油。 微藻通過細胞分裂繁殖。 通常，高含油量的微藻生長相對緩慢，因為微藻在營養不足的情況下往往會產生更多的油，但營養不足會阻礙微藻的生長速度。 一般來說，含油量為80%的微藻每十天分裂一次，含油量為30%的微藻每天分裂三次。

1978年，美國能源部的國家可再生能源實驗室（NREL）首次啟動了水生物種計畫，以利用微藻生產生物柴油。 2010年6月，美國能源部向三個研究財團提供了2400萬美元的資金，以加速藻類生物燃料的商業規模生產。

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水藻的培養

培養水藻以生產生物燃料的方法既簡單又複雜。 作為自養生物，它們僅需水和陽光即可存活。 然而，為了培育出高密度的微藻類以獲取生物燃料，還需要營養物質。 儘管空氣中含有二氧化碳，高濃度的二氧化碳能促進更高的生產率。

促進水藻生長的培養基是整個培養過程中的一個重要的組成部分。 缺乏一個各種營養物質配比正好的培養基，水藻無法高密度生長。 除了常量營養素氮（N）和磷（P），其他藻類生長所需的元素還包括鉀（K）、鈣（Ca）、硫（S）、鎂（Mg）、銅（Cu）、錳（Mn）和鋅（Zn）。 氮對蛋白質和碳水化合物代謝非常重要，如果缺乏，細胞停止分裂，產物從蛋白質轉化成脂類。 鐵對正常的光合作用而言是必須的。 如果缺乏鎂，細胞將丟失葉綠素。

水藻生物柴油的挑戰與未來

水藻生物柴油擁有巨大的潛力，但依然有許多可以改進的地方。 這可能會影響水藻的生命週期和整個生產生物柴油的方法。 既然這是一種能源產品，那麼降低生產生物柴油所需的能耗將是最大的挑戰。 每個步驟都需要更多的數據以說明它如何影響整個過程的生命週期。 生命週期分析有助於測定脂類生產過程的能量需求。 這一分析對於終產品的經濟和能量可行是至關重要的。

因此需要開發一套系統，或遺傳工程改造過的藻類，使其既有高生物量又有高脂含量 。 瞭解藻類使用特定營養物質的方式和產生脂類所表達的基因能改進所培養的藻類。 旨在創造出擁有所需性質的轉基因水藻株系的研究正在進行之中 。 這些所需的性質包括光合效率、最優的脂類概況和積聚脂類的同時依然高產。

更有效更廉價的提取方法也是必須的。 因為甘油這種副產物的產量如此之高，它必須得安全儲存或使用，才能使得酯交換反應生產生物柴油切實可行。 甘油是肥皂的一種成分，但如果巨量生產生物柴油，那麼伴隨而來的甘油將很快使市場難以消化。

q提取脂類後留下的水藻粉可以轉化為糖類或者發酵成乙醇。 這可以代替玉米生產乙醇，也將會更廉價和易於製備。 提取碳水化合物後，剩下的水藻粉就主要是蛋白質了。 餘下的生物質還可作為肥料。

依靠碳排放為藻類提供二氧化碳能夠解決水藻培養所需的一個條件，還能降低成本。 以及螯合排放出的溫室氣體。 使用生長在廢水中的水藻作為燃料給料可以有效處理污水，達到淨化的目的 。 成本佔比最大的專案之一是營養物質，大量的營養物質，尤其是N和P，對水藻的生長至關重要。 如果廢水能提供這些營養同時水藻又將N固定，那麼還能防止水華。 在一些地方，這可以變成一種服務，從廢水中除去含氮物質，成為衛生系統的一部分。

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