本刊记者  姜晓宏     

 　　藻类是所有植物中最古老的。它们大多生活在水中，可以是淡水、海水、半盐水、工农业及生活废水。在地球上几乎所有的环境都能见到藻类。其中，微藻作为藻类中结构最为简单的单细胞生物，在陆地和海洋中分布广泛，它们在细胞中进行光合作用，在光催化作用下，将二氧化碳和水转化为糖、蛋白质、脂肪等，这些有机化合物在食品、饲料、精细化工、液体燃料中均有广泛应用。
 　　目前世界上很多国家都看好微藻的开发前景，中国也不例外。2013年5月，国投微藻生物科技中心成立，承担微藻生物能源研发及微藻生物制品产业化应用的相关工作。国家开发投资公司（以下简称“国投”）引进的专家、世界藻类能源研究专家胡强博士，归国担任微藻生物科技中心主任。
 　　“这个项目并不是某个单一科学技术问题的研究，而是集成基础研究、应用研究、工程技术的系统性研发，然后是产业化。它不是线条出来的，不只生产出某一种产品。产物中我们国家最关注的是能源，但其它领域，像是食品、保健品、饲料、精细化工等，都可以利用微藻做很多东西。藻油就像煤和石油一样是原料，可以做很多产品。”谈到微藻生物能源项目，已经与微藻打了近三十年交道的胡强如数家珍。
 　　归国前，胡强任美国亚利桑那州立大学终身教授，藻类生物技术研究实验室共同主任、亚利桑那州藻类创新技术中心共同主任，研究内容涵盖藻类光合作用生理生化、细胞分子生物学、光生物反应器系统设计、大规模微藻培养、微藻生物柴油、航空汽油及高附加值生物化学品研发、利用微藻固定工业排放二氧化碳和废水处理等领域，发表各类论文、专著80多篇。
 　　胡强非常看重此次微藻生物能源项目，是因为此项目是以国投与中国科学院水生生物研究所（以下简称“中科院水生所”）建立战略合作联盟为基础的。他深刻体会到微藻能源想要取得突破光靠企业的力量是远远不够的。中科院水生所是我国淡水藻类最大的研究机构，在水生生物学、微藻生物技术、微藻环境治理等方面均有深入研究，在微藻领域具有权威性地位。整合企业与研究机构的力量，走“产研”结合的开发模式，是本项目有效实施的特有优势和必要保障。并且，胡强被中科院水生所聘为研究员，并担任中科院水生所藻类生物技术与生物能源研发中心主任。“国投投入资金，中科院合作研发，加上我们团队的先进技术，这种结合实属难得。”

结缘微藻，负笈归来

 　　胡强很早就钟情于藻类。从湖北大学生物学专业毕业后，对微生物十分感兴趣的胡强选择了微藻作为自己的研究对象，在中科院水生所攻读水生生物学专业硕士。“那时候用微藻做动物蛋白质来源，有一个项目，当时我就做一些藻种筛选、大量培养的研究。”胡强回忆说自己当时偶然间看到了一本英文微藻专著，本来理所当然地以为是美国科学家写作的他后来惊讶地发现，这本专著的作者竟然是一名以色列科学家！
 　　“以色列那么小并且缺水的国家，竟然是做微藻研究最权威的地方。”研究生毕业之后，1991年，胡强给专著作者写信，表达了自己希望去以色列做微藻研究的愿望。对方很快回复说欢迎你来，我们给你提供奖学金。
 　　在以色列一晃就是5年，在本·古里安大学获藻类生物技术专业博士学位后，胡强接到日本海洋生物技术研究所的邀请，前往日本做微藻研究。主要课题是开发一种利用微藻固定电厂废气中二氧化碳的技术，为温室气体的减排提供新思路。
 　　“那个时候就像海绵一样，拼命吸收新的东西。每次合作都是这样，中国硕士毕业，想学新的东西，到了以色列；日本做项目刚好用我的技术，又到了日本，用微藻除掉二氧化碳；后来在日本做两年半的博士后，美国亚利桑那州立大学，希望能用微藻处理废水，把我从日本招过去。”就这样，胡强与地球上最古老的植物结下了不解之缘。
 　　微藻废水处理的项目之后，胡强开始着手藻油的研究。“原来做博士论文，接触到用微藻生产富含不饱和脂肪酸的藻油研究。”此时，胡强开始考虑是否可以用藻油作为能源，当时很少有人把这种想法付诸行动。“那个时候比别人先行一步。大约2005年，微藻作为能源原材料的可行性探索日益受到重视。美国国防部出钱找到我们、风险投资也找到我们。”在随后几年，胡强及其团队在美国建立了利用微藻生产能源的中试生产线，在此基础上，胡强领导的实验室成为了美国能源部国家级微藻能源研发基地。作为“美国藻类生物燃料技术蓝图”的主要规划者之一，胡强多次获得美国国防部、能源部、农业部以及工业界的研发资助，相关研究经费超过2000万美元，近年来专注于开发利用富油微藻生产生物柴油和航空燃料的研发工作。
 　　由于在微藻生物能源研究方面做出的杰出成绩，2008年，胡强领导的微藻生物能源研究被美国时代杂志评为当年最有影响的50个发明之一。

远古能源，再生替代

 　　玉米乙醇是目前唯一达到商业化生产规模的液体生物燃料。但其在价格上仍然无法与汽油媲美，在美国达到商业化生产规模主要依靠美国政府的财政补贴。尽管科学家、企业界和政府决策者们都抱有美好的愿望，但就目前情况来看，在没有财政补贴的情况下，玉米乙醇在价格上尚无法与汽油相抗衡。
 　　与玉米大豆等生物能源相比，微藻生物能源生产率更高。“大豆的含油量是种子的百分之十到二十，占整个生物体的比例更小。微藻含油量能达到干重的百分之三十到四十。”
 　　微藻具有光合作用效率高、含油量高、生长周期短、单位面积产率高等特点。与其他油料作物相比，利用微藻大规模培养生产生物柴油所需占地面积最少，同时微藻培养可以利用滩涂地、荒废地等非耕地，因此通过微藻大规模培养生产生物柴油不会导致世界粮食供应问题。
 　　更重要的是，微藻生物能源顺应我国新能源及低碳经济发展的大趋势，符合“不与人争粮、不与粮争地”的国家生物能源发展战略。从所需用地面积占全球陆地可耕种面积角度看，利用微藻油脂作为原料生产的生物柴油是目前最有可能满足世界运输所需燃料的可再生能源。随着人类社会资源短缺的压力和环境问题日益突出，通过微藻转化生产生物柴油、汽油与航空燃料等，部分替代化石能源，将是可持续发展的必然要求。作为“第三代生物能源”的微藻生物能源，为解决能源短缺及环境恶化问题、寻求清洁的可再生能源提供了可实现的新途径。

微藻虽小，能量巨大

 　　“把煤从地下挖上来并燃烧，也就是把二氧化碳释放出来了。而生产和应用藻油是先把二氧化碳吸收转化成油，之后再燃烧产生二氧化碳。然后再进行生长、产油和燃烧的循环。这和把地下的煤挖上来是不一样的。微藻生物能源是很好的循环经济示范。”胡强这样向记者解释微藻生物能源和化石能源在生产和利用过程中的不同。
 　　工业生产排放的二氧化碳被微藻吸收，转化成生物燃料、生物制品或养殖饲料等。和高等植物相比，微藻利用阳光的效率更高，单位面积产量是高等植物的10倍以上。大规模微藻培养，每生产1吨微藻，可以利用二氧化碳大约1.8吨。燃油或燃煤电厂每年排放大量的二氧化碳，大规模微藻培养能够吸收利用这些二氧化碳，通过它们的光合作用，将二氧化碳在一个细胞体内转化成油脂、碳水化合物和蛋白质等。一个年产100万吨微藻燃油的生产线，每年可利用近500万吨二氧化碳。可以说，微藻生物能源的大规模工业化生产，不仅可以有效缓解能源短缺问题，还有助于工业二氧化碳减排。
 　　“藻类的生命力很强，给它一点营养，就可以拼命生长。它需要的太简单了，水、阳光、二氧化碳和一些无机肥料。”胡强博士谈到，几年前青岛海边出现浒苔过度生长的例子，足以证明其生长速度之快。“像太湖的藻类污染也是一样，这并不是藻类的过错，而是提醒我们水质受到污染，需要进行废水处理。” 传统污水处理方法主要分为物理处理法、化学处理法、物化处理法，均存在一定程度的缺陷。与传统方法相比，利用微藻净化污水，不仅能将工业生产排放的N、P等元素转化为微藻生长的养料，还可以将微藻生物质用于生物柴油以及饲料、化肥等加工生产，为生产、生活污水综合利用提供了新的思路。

新型农业，广“种”微藻

 　　总的来看，微藻资源的开发与应用为人类解决能源、健康、环境和粮食四大问题提供了一条全新而有效的模式。在能源领域，微藻有望成为继粮食作物生物乙醇、纤维素生物乙醇和陆生作物生物柴油之后第三代生物质能源的原材料；在环境领域，微藻有大幅减排温室气体二氧化碳的潜力，并在处理生活、工业、农业污水等方面有广阔的应用前景；在食品领域，微藻可为人类提供大量单细胞蛋白质、植物油脂、类胡萝卜素和ω-3长链不饱和脂肪酸等食品或食品添加剂；作为营养饲料可以广泛用于鱼类、畜牧业养殖；在医药卫生领域，微藻生物资源中存在新的抗生素、抗氧化剂、抗癌和抗病毒药物。
 　　除了以上几个方面的作用，胡强还特别强调了微藻生产作为一种新型农业在中国城镇化转型过程中的作用。
 　　“很多农民土地没有了，除种地外又没有其它技能，心里很难受。通过微藻生产，可以提供再就业的机会，可以把它看做一种新型农业，其实和种粮食、种蔬菜是一样的。同时也是传统农业一种新的发展方向，不仅生产微藻本身需要很多的劳动力，还可以为食品、饲料、保健品、精细化工等下游相关产业提供大量的就业机会。其次，微藻产业也可以改善人们的生活水平，除了高端的保健品之外，用微藻作为饲料养鸡养鱼，品质都会提高很多，利于改善人们的身体状况。所以说微藻生产是一种可持续的绿色农业。”　　

微藻产业，待攻难关

 　　“微藻生物能源生产有很多环节，有很多问题都有待解决。处于初步发展的一个产业，在国内现在合力的状态下，相信很快可以赶上先进国家的研究水平。”在美国从事了多年微藻研究的胡强，对于国投微藻生物科技中心的发展前景充满信心。
胡强向记者介绍说，在微藻产油基础研究方面，各国科学家主要集中在以下五个领域：优良藻种的选育以及用基因工程方法改造；富油微藻培养条件的优化以及油脂含量的提高；用于微藻大规模培养的光生物反应器的设计与优化；微藻的收获、干燥和藻油的提取技术；将藻油转化为生物柴油和航空燃料的工艺和设备。
 　　“最后一个环节可以借鉴现有的石化技术，其他方面则需要从头开始。”在遴选藻种方面，重点是产油高、生长能力强。“要皮实，能够在不同环境中很好地自我调整。”在国投微藻生物科技中心，胡强正和同事们通过基因改造的方法，结合自然筛选，改良适宜工业化应用的藻种。
 　　近十年来，国内外已发表了大量的关于藻油制备的研究文章与专著，整个领域的理论水平和技术水平不断提高。但是，现有技术水平仍然不能支持大规模、批量化的富油微藻生产，特别是其中的核心技术——光生物反应器研制还很不成熟，导致微藻产油生产成本过高，商业化微藻产油还难以实现。
 　　“必须要有合理、完整的产业链条，才能将好的藻种产业优势发挥出来。”胡强强调说，光生物反应器设计不合理，微藻的潜力就很难完全转化出来。“光生物反应器的研发是最重要的技术瓶颈，也是藻油生产的最主要成本所在。煤炭和石油就在那个地方，不需要我们自己生产，只要采集就好了。而生物能源是要从无到有，相当于我们在制造煤或者石油本身。”
 　　光生物反应器的研发是国投微藻生物科技中心需要攻克的最大技术难题之一。“接着就是怎样把微藻从水里采收出来，这个难度也是很大的。藻类拿出来之后，怎样把细胞打破，把油拿出来；油拿出来，怎样提取纯化，又是一个课题。”虽然是单细胞的简单植物，但微藻的小细胞里却有大学问。
 　　为此，国投微藻生物科技中心从全球范围引进了高水平研究团队，核心团队成员均具有丰富的藻类生物能源及相关领域的研究经验，在胡强的带领下进行研究工作。研究项目涉及藻类大规模培养生物技术、藻类培养中的污染物控制，以及利用微藻生产高附加值天然产物等方向，研究方向也是覆盖了从上游藻种筛选、遗传改良、基础生物学研究，到大规模藻类培养，以至下游的藻类收获和天然产物的提取等，其综合研发实力居于国际一流水平。可以说，国投有实力、也有能力帮助中国的微藻研究迅速追赶国际先进水平。

微藻之缘，传承之志

 　　作为国际顶尖的藻类生物技术专家，胡强的工作重点是微藻生物能源项目的相关研究。促使他放弃在美国舒适工作和生活环境的原因，除了非常珍惜此次国投进军微藻产业的机会之外，帮助国内微藻科研人才的成长也是胡强决定回国的重要原因。
 　　胡强认为人才培养比科研更重要。他说：“很多教授在国外呆了几十年，带了很多学生，会有独到地培养学生做人、做学问的方法。要教会这些不是说访问一两天，做个报告就能达到了，是要在实验室和学生一起做研究，只有这样才能培养好学生。，使国内的科研思路可以很好地和国外接轨。以前可能差别比较大，现在很多人回来，差距正在逐渐缩小。”
 　　国投微藻生物科技中心集合了一批国内院所进行微生物研究和工程设计的青年学者，胡强希望能够培养他们成为下一代的微藻研究接班人，传承微藻开发利用之志。谈到最注重对于学生哪方面能力的培养时，胡强强调“是创造性，独立分析和思考问题的能力。”起初很多学生不达标，经过半年到一年的培训之后，都很好地适应了工作要求。“这给了我很大信心，不管你是做老师还是高级学者，只要耐心工作个一两年，就可以看到学生的成长，应该能够很快培养一批人起来。”
 　　尽管自己经常工作到凌晨，工作强度非常大，胡强非常不鼓励同事们在非必要的时候加班加点。在今年9月即将完工的中试基地工程建设中，专门为大家设计了乒乓球、羽毛球、健身房等服务设施，胡强对于人才的呵护由此可见一斑。
 　　回望过去走过的科研之路，胡强给自己的关键词是勤奋和执着。不少“海归”科学家适应了国外宽松的工作氛围后，对于国内的高压运转状态非常不适应，需要一段过渡期。胡强则似乎没有这样的时间段。
 　　“因为在美国的时候工作节奏也很快。”很多人看来他似乎很幸运，专注的领域是热门。但所谓的“幸运”与他的坚持密不可分。
 　　“勤奋、执着，不轻言放弃。在微藻这个领域里面，这么多年一路走来，执着也好、勤奋也罢，其实都是对自身兴趣的追求。幸运的是自己的兴趣能够跟国家社会的需求结合起来。现在正好我的志向与国投的发展战略、水生所的研究方向以及国家的需求结合了起来。”
 　　国家战略需求为基石，企业大力发展为平台，科研机构研发为驱动，在未来的几年内，微藻生物能源必将实现研发、技术、设备和工艺的全面创新。在推动微藻生物技术和生物能源产业化的征程上，胡强和他的伙伴们正前进在路上。单细胞微藻究竟会爆发出怎样的巨大能量，让我们拭目以待。