1、微微 藻藻 能能 源源 技技 術術 內容概要內容概要微藻生物質能源綜述 (徐駿宇)微藻采收技術 （王旗）微藻生物質柴油 （何彥康）微藻制氫 （陳欣寧）總結與展望 （鄧兆方）微藻的定義和分類微藻的定義和分類定義：藻類是能夠進行放氧光合作用的自養無胚植物定義：藻類是能夠進行放氧光合作用的自養無胚植物 藻類藻類按按細胞大小細胞大小 大藻大藻 (如海帶、紫菜、裙帶等如海帶、紫菜、裙帶等) 微藻微藻 (如小球藻、螺旋藻、鹽藻、柵藻、如小球藻、螺旋藻、鹽藻、柵藻、 紫球藻、雨生紅球藻、魚腥藻等紫球藻、雨生紅球藻、魚腥藻等)按按生長的環境生長的環境水生微藻水生微藻 陸生微藻陸生微藻 氣生微藻氣生微藻 按按生

2、活方式生活方式 浮游微藻浮游微藻 底棲微藻底棲微藻 微藻的四種培養方式微藻的四種培養方式1.光自養培養光自養培養2.異養培養異養培養3.異養異養-光自養串聯培養光自養串聯培養4.混合營養培養混合營養培養微藻的四種培養方式微藻的四種培養方式光自養培養：光自養培養： 微藻大多數是專性光合自養生物，以微藻大多數是專性光合自養生物，以光作為能量還原光作為能量還原CO2同化為碳水化合物，而同化為碳水化合物，而獲得生物量。獲得生物量。微藻的異養培養：微藻的異養培養： 微藻在無光照的條件下，利用外源有微藻在無光照的條件下，利用外源有機物包括糖類、蛋白水解物、有機酸等進機物包括糖類、蛋白水解物、有機酸等進行生

3、長。行生長。微藻的四種培養方式微藻的四種培養方式混合營養培養：混合營養培養： 微藻在有光照的條件下，既利用微藻在有光照的條件下，既利用COCO2 2進行光合作用又利用外源有機物生長。進行光合作用又利用外源有機物生長。 異養異養- -光自養串聯培養：光自養串聯培養： 微藻先進行異養培養，然后進行光自微藻先進行異養培養，然后進行光自養培養以提高藻細胞品質。養培養以提高藻細胞品質。微藻的應用價值微藻的應用價值 微藻的特性微藻的特性,決定了微藻在醫藥、決定了微藻在醫藥、食品、水產養殖、化工、食品、水產養殖、化工、能源能源、環、環保、農業、基因工程等領域有著重保、農業、基因工程等領域有著重要的開發價值要

4、的開發價值 能源方向的應用能源方向的應用微藻微藻制氫制氫 微藻微藻煉油煉油微藻采收技術微藻采收技術 從微藻培養液的特性出發，可以明顯看出微藻采收存在較大的困難 有資料表明，微藻采收的成本占其養殖成本(包括培養和采收)的20-30微藻采收目前存在的困難 微藻個體微小（330 m ） 微藻細胞表面多帶負電荷培養液中均勻地分散懸浮，形成穩定的分散體系 微藻在培養液中的濃度一般很低，在開放培養體系中，其密度一般低于1gL，即使在封閉的生物反應器中，在強化光照、通氣等條件下，其干固物的含量也僅能達到每升幾十克 微藻培養液的這些性質都不利于微藻的采收微藻培養液的預處理 藻液預處理是利用物理或化學方法使微藻

5、表面性質或懸浮液的溶液化學環境發生變化的過程。 總的來說分為物理預處理和化學預處理兩種基本類型。 物理預處理物理預處理： 1.電場絮凝法電場絮凝法：通過外加電場作用打破微藻顆粒間電場平衡，使得藻細胞在載體表而聚集并形成大的絮塊 2.超聲波法超聲波法：超聲波可以通過破壞微藻細胞中的微囊泡來促進微藻的絮凝沉降 化學預處理化學預處理： 1.微藻的預氧化微藻的預氧化：通過向藻液中添加氧化劑使微藻細胞表面發生改性 2.化學絮凝法化學絮凝法：加入陽離子凝聚劑（金屬鹽類和高分子聚合物類）微藻的富集與分離 在對藻液進行預處理后，即可進行富集與分離處理； 常用的分離方法有沉淀、氣浮、離心和過濾但這些傳統的方法用

6、于微藻的采收都存在效率低、成本高的限制。 而泡載法和氣浮法適用于低濃度懸浮體系的富集分離，是微藻采收可行的技術途徑小型噴霧干燥機小型噴霧干燥機管式離心機管式離心機 泡載法：或稱泡沫分離技術，是礦物分選和水處理中應用非常廣泛的技術(浮游分選)它利用顆粒或與顆粒相結合的表面活性劑的疏水性，使之吸附在人工產生的氣泡上，并隨氣泡上升至液面以上，形成泡沫層，再將泡沫層與液體分離，從而實現目標物質的富集或回收 氣浮分離法：分離前先向懸浮液中加入絮凝劑，使懸浮的微生物或細胞產生絮凝，然后從氣浮裝置底部放出大量微細氣泡，這些小氣泡在上浮過程中碰到絮凝體則吸附其上，使絮凝體上浮到液體表面，然后通過收集上浮的絮凝

7、體而達到懸浮物分離或微藻采收目的 氣浮法不同于泡載法之處在于，氣浮法是利用大量極其微小(1 mm)上上浮，氣浮法的上浮速率低于泡載法。前景 在能源高度緊張、環境問題日趨嚴峻的今天，開發產油微藻具有重要的研究價值和經濟、社會效益，但目前存在的關鍵問題是生產成本，特別是培養和采收的成本過高，使之無法與傳統能源競爭，因此，降低成本是微藻能源市場化必須解決的問題。- 生生 物物 柴柴 油油 微微 藻藻 生生 物物 質質 能能 源源內容概要內容概要隨著日益嚴重的環境惡化, 控制汽車尾氣排放和溫室效應, 保護人類賴以生存的自然環境成為人類急需解決的問題。同時全球能源需求不斷擴大, 尋求可以替代石油在能源結

8、構中占主導地位的可再生清潔能源是目前普遍關注的熱點。化石能源不可持續！化石能源不可持續！生物柴油開發背景生物柴油開發背景目前, 生物柴油主要是以植物和動物脂肪酸為原料來生產的, 而不是微藻。在美國, 生物柴油主要以大豆為原料, 其他來源包括棕櫚油、菜籽油、動物脂肪酸、玉米油、廢食用油和麻瘋樹油。一些東南亞國家則以一些熱帶植物的種子為原料, 如棕櫚等, 廢棄食用油是日本的主要生物柴油制取原料。但是, 由油料作物、廢食用油和動物脂肪酸生產的生物柴油尚不能滿足當前車用燃料需求量的一小部分。同時使用植物原料在所有的國家都存在共同的問題。一是是否適合當地氣候, 實現高產穩產; 二是種植過程中產生的土地資

9、源緊缺的問題以及由此引起的其他農作物價格上漲的問題。特別在我國人多地少的情況下, 這些問題尤為突出。微藻生物柴油的優勢微藻生物柴油的優勢面對植物原料生產生物柴油的諸多問題, 利用微藻產油具有不與農業爭地的明顯優勢, 而且可用海水作為天然培養基進行大量繁殖。跟植物一樣, 微藻也是利用光照產油, 但卻比植物作物的效率高很多。大多數微藻的產油量遠遠超過了最好的油料作物。不像其他油料作物, 微藻生長極為迅速, 而且含有極其豐富的油脂。藻類光合作用轉化效率可達10%以上, 含油量達30% 。微藻的生物柴油產量是最好的油料作物的8 24倍。表7 主要微藻種類含油量表8 微藻生物質柴油占有的優勢表4 各種植

10、物含油量橫向對比微藻生物柴油的獨特優勢微藻生物柴油的獨特優勢生產工藝總路線圖生產工藝總路線圖甘油三酯轉化生物柴油微藻采收技術光自養培養分離純化技術微藻生物柴油生產工藝流程微藻生物柴油生產工藝流程微藻經培養，采收，提取得到的油脂為甘油三酯。甘油三酯黏度較大，不能直接用作柴油，須將其轉化為較低粘度的燃料，目前生產生物柴油的最主要的方法為酯交換法。采用酯交換法可以使油脂的分子量降至原來的三分之一，粘度降至八分之一，該方法生產出來的生物柴油的黏度與石化柴油非常接近，十六烷值達到50，可以直接用來作為燃料。 以光作為能量還原CO2同化為碳水化合物，而獲得生物量。光合成反應如下： CO2 + NO3- +

11、 PO43- + H2O + 太陽能 CH2ONP + O2 目前國內外微藻的大規模培養均屬光自養培養。 微藻光自養培養微藻光自養培養 微藻微藻采收技術采收技術利用物質特性通過離心、過濾、沉降等分離方法。Isochrysis sp.及Spirulina sp.皆可採高速離心方式回收，另Spirulina sp. 具凝聚特性可使用篩網回收。2L光合反應器高速離心機篩網酯交換反應酯交換反應酯交換反應酯交換反應根據催化劑的不同，酯交換法可分為： 液體堿催化法 液體酸催化法 非均相催化法 酶催化法 超臨界法時間單位名稱主要工作立立項項機機構構2009中石化 近期擬對中石化和中科院的相關機構予以立項支持

12、2008國家海洋局 對下屬相關科研機構予以立項支持2008上海市科委 對上海市相關科研機構予以立項支持2009科技部 主要對相關企業予以立項支持：863計劃重點項目“CO2-油藻-生物柴油關鍵技術研究”、國家科技支撐計劃課題“微藻二氧化碳減排技術研發及示范” 針對微藻生物質柴油的國家級項目針對微藻生物質柴油的國家級項目時間單位名稱主要工作科科研研單單位位清華大學吳慶余教授課題組 利用異養生長的產油小球藻進行了密閉培養、提油和生物柴油加工研究。國家海洋局第一研究所鄭力研究員課題組 從事油藻藻種篩選等 中科院海洋所、南海所、武漢植物所、武漢水生所、青島生物能源所、遺傳與發育所 從事油藻藻種篩選與分

13、子生物學改造等中科院過程工程研究所叢威研究員課題組 從事光生物反應器與微藻培養技術研究中科院大連化物所張衛研究員課題組 從事微藻光自養培養北京化工大學譚天偉教授課題組近年開始從事微藻及其和微生物聯合培養等研究 南京工業大學黃河教授課題組 近年開始從事微藻培養研究華東理工大學李元廣教授課題組 自1995年以來，在科技部863、科技攻關、科技支撐等項目支持下，一直開展微藻高密度高產率培養技術、新型光生物反應器開發與產業化研究。生物柴油的應用生物柴油的應用世界上首架使用微藻類生物燃料的“綠色”飛機。這架飛機是歐洲航空防務和航天公司用奧地利鉆石公司的DA42型飛機改造而成，就在去年六月柏林航展上進行了

14、首航。歐洲宇航防務集團發言人庫爾塞利格雷戈爾稱，據廢氣排放檢測數據顯示，海藻燃料排放的氮氧化物，比傳統航空煤油少40，碳氫化合物少87.5，生成的硫化物則更低，其濃度僅為傳統燃料的六十分之一。40微藻制氫 傳統的制氫方法需要消耗大量的能量或化石原料，生傳統的制氫方法需要消耗大量的能量或化石原料，生產成本普遍較高，尋找產成本普遍較高，尋找低成本、可再生、大規模低成本、可再生、大規模的清潔制的清潔制氫技術成為人們研究的熱點。因此，越來越多的發達國家氫技術成為人們研究的熱點。因此，越來越多的發達國家把生物產氫現象用于能源生產，并投入大量的人力物力研把生物產氫現象用于能源生產，并投入大量的人力物力研究

15、生物制氫技術。究生物制氫技術。20 世紀世紀90年代以來，全球氣候變化和年代以來，全球氣候變化和環境污染使西方工業化國家更加重視生物制氫技術的研究，環境污染使西方工業化國家更加重視生物制氫技術的研究，國際能源局（國際能源局（IEA）和美國能源部（）和美國能源部（DOE）投入巨額資金支）投入巨額資金支持生物制氫技術開發，已經積累了大量的研究成果，為此持生物制氫技術開發，已經積累了大量的研究成果，為此項技術的可行性分析奠定了一定的基礎。項技術的可行性分析奠定了一定的基礎。 生物制氫主要包括生物制氫主要包括細菌制氫細菌制氫和和微藻制氫微藻制氫。雖然部分光。雖然部分光合細菌具有利用有機物或還原硫化合物

16、產生氫氣的能力，合細菌具有利用有機物或還原硫化合物產生氫氣的能力，但是光合產氫細菌沒有光合系統！不能利用太陽光和水產但是光合產氫細菌沒有光合系統！不能利用太陽光和水產氫，同時由于可用于產氫的有機物的產地和數量等因素也氫，同時由于可用于產氫的有機物的產地和數量等因素也決定了其應用范圍有限，難以為人類大規模提供氫源。微決定了其應用范圍有限，難以為人類大規模提供氫源。微藻太陽能光水解制氫是通過微藻光合作用系統及其特有的藻太陽能光水解制氫是通過微藻光合作用系統及其特有的產氫酶系把水分解為氫氣和氧氣。根據所利用的酶系的不產氫酶系把水分解為氫氣和氧氣。根據所利用的酶系的不同，可分為同，可分為固氮酶制氫固氮

17、酶制氫、可逆產氫酶可逆產氫酶制氫。制氫。綠藻藍藻兩種用于制氫的藻類藍藻固氮酶產氫 1974 年，年，Benemann等人發現藍藻在氬氣中保等人發現藍藻在氬氣中保存幾小時后，同時產生氫氣和氧氣。進一步研究存幾小時后，同時產生氫氣和氧氣。進一步研究發現，藍藻具有光合系統發現，藍藻具有光合系統I和和II，水是最終電子供，水是最終電子供體。體。 藍藻里特有的固氮酶在固定氮氣產生氨的同時接藍藻里特有的固氮酶在固定氮氣產生氨的同時接收從收從Fd（鐵氧化還原蛋白）傳過來的電子還原（鐵氧化還原蛋白）傳過來的電子還原H+產生氫氣。當有氬氣存在時，就不存在固氮酶的產生氫氣。當有氬氣存在時，就不存在固氮酶的底物底物

18、N2，因此固氮酶就將所有的電子用來產氫了，因此固氮酶就將所有的電子用來產氫了。其產氫速度是固氮速度的。其產氫速度是固氮速度的25%30%。 固氮酶產氫過程會浪費掉大量的能量，所以藍藻固氮酶產氫過程會浪費掉大量的能量，所以藍藻進化出了其特有的進化出了其特有的吸氫酶吸氫酶， 可以通過重新吸收固可以通過重新吸收固氮酶產生的氮酶產生的H2回收部分能量回收部分能量，維持藻細胞生長。維持藻細胞生長。藍藻固氮酶產氫的限制因素 由于吸氫酶的存在，盡管避免了細胞本身的能量由于吸氫酶的存在，盡管避免了細胞本身的能量損失，但卻導致藍藻的凈產氫量不高。損失，但卻導致藍藻的凈產氫量不高。 固氮酶對固氮酶對氧氣氧氣十分敏

19、感，光合作用放出的氧極大十分敏感，光合作用放出的氧極大限制了固氮酶活性，產氫受到抑制。限制了固氮酶活性，產氫受到抑制。 在全日照下，光系統吸收的太陽能能有約在全日照下，光系統吸收的太陽能能有約90以以熱或熒光的形式散發掉了，導致太陽能的轉化效熱或熒光的形式散發掉了，導致太陽能的轉化效率很低。目前能量利用率最高的僅僅達到率很低。目前能量利用率最高的僅僅達到3.5%，遠遠低于生物制氫實用化最低遠遠低于生物制氫實用化最低10%的要求的要求。 光生物反應器的研制仍未成熟。光生物反應器的研制仍未成熟。綠藻制氫技術 最先發現發現綠藻中氫的光合代謝是最先發現發現綠藻中氫的光合代謝是Hans Gaffron教

20、授，他發現在無氧環境下，綠藻既能利教授，他發現在無氧環境下，綠藻既能利用氫氣作為暗反應中二氧化碳固定過程的電子供體，用氫氣作為暗反應中二氧化碳固定過程的電子供體，又能在光反應中產生氫氣。又能在光反應中產生氫氣。 綠藻光水解制氫是利用綠藻體內的綠藻光水解制氫是利用綠藻體內的可逆產氫酶系可逆產氫酶系，以太陽能為能源、以水為原料，催化效高，能量以太陽能為能源、以水為原料，催化效高，能量消耗小，生產過程清潔，可以實現光能收集系統消耗小，生產過程清潔，可以實現光能收集系統的自組織、能量的自發積累、定向快速轉化。的自組織、能量的自發積累、定向快速轉化。1998 年，國際能源局（年，國際能源局（ IEA）的

21、評估報告認為可）的評估報告認為可逆產氫酶間接光生物水解制氫路線為逆產氫酶間接光生物水解制氫路線為最有應用前最有應用前景景的方向，使該項技術受到世界各國生物制氫研的方向，使該項技術受到世界各國生物制氫研究機構的特別關注。究機構的特別關注。 制備氫氣的關鍵因素是制備氫氣的關鍵因素是氫化酶氫化酶（氫化酶的單體形（氫化酶的單體形式是式是鐵氫化酶鐵氫化酶） ，但是和固氮酶一樣綠藻氫化酶，但是和固氮酶一樣綠藻氫化酶在有氧環境下其活性幾乎完全喪失。由于光合作在有氧環境下其活性幾乎完全喪失。由于光合作用和水的氧化所引起的氧分子的釋放，綠藻氫化用和水的氧化所引起的氧分子的釋放，綠藻氫化酶的光合活性只持續幾秒鐘到

22、幾分鐘。酶的光合活性只持續幾秒鐘到幾分鐘。氧氣氧氣不僅不僅對氫化酶基因的表達起明顯的抑制作用，也是鐵對氫化酶基因的表達起明顯的抑制作用，也是鐵氫化酶的強力抑制劑。氫化酶的強力抑制劑。葉綠體葉綠體光分解光分解水產生氫氣，水產生氫氣，為光合作用；為光合作用；線粒體線粒體消耗氧消耗氧氣產生水，為氣產生水，為呼吸作用。呼吸作用。除S是其中的關鍵步驟葉綠體基質葉綠體基質類囊體膜類囊體膜類囊體腔類囊體腔線粒體線粒體 這張圖是這張圖是去除去除硫的環境下硫的環境下的氫的氫代謝機制圖。代謝機制圖。 黃色箭頭表示黃色箭頭表示氫產生過程中主氫產生過程中主要的電子傳遞。要的電子傳遞。 黑色箭頭表示黑色箭頭表示呼吸時的

23、氧化作呼吸時的氧化作用。用。 PS光合作光合作用放氧用虛線描用放氧用虛線描繪，因為在去硫繪，因為在去硫環境下，它幾乎環境下，它幾乎全部被抑制。全部被抑制。 研究發現，當綠藻缺少研究發現，當綠藻缺少硫硫這種關鍵性的營養成分，它的這種關鍵性的營養成分，它的PSII的光化學的光化學活性降低，光合放氧速率就會下降到比呼吸作用耗氧速率還低。這樣，活性降低，光合放氧速率就會下降到比呼吸作用耗氧速率還低。這樣，在封閉環境下綠藻就能在封閉環境下綠藻就能處于無氧環境處于無氧環境，從而誘導線粒體中電子傳遞的，從而誘導線粒體中電子傳遞的“氫化酶途徑氫化酶途徑”產生氫。產生氫。綠藻制氫方法（“間接生物光解”） “間接

24、生物光解間接生物光解”法制氫：法制氫：首先正常培養綠藻細胞，使首先正常培養綠藻細胞，使之靠光合作用累積自身所需的碳水化合物；然后將收獲的之靠光合作用累積自身所需的碳水化合物；然后將收獲的綠藻細胞培養在缺硫的培養基中，此后綠藻細胞培養在缺硫的培養基中，此后PS活性很快喪活性很快喪失，而線粒體的呼吸作用幾乎不受影響，導致培養基中的失，而線粒體的呼吸作用幾乎不受影響，導致培養基中的氧氣逐斷被呼吸作用消耗掉，氫酶活性達到最大，從而得氧氣逐斷被呼吸作用消耗掉，氫酶活性達到最大，從而得到了較高的產氫量。一段時間后再將第二階段的細胞轉移到了較高的產氫量。一段時間后再將第二階段的細胞轉移到正常培養基中，重新進

25、入第一階段，如此周而復始。到正常培養基中，重新進入第一階段，如此周而復始。 它的一個重要優點是可以在開放式的培養池中固定二氧它的一個重要優點是可以在開放式的培養池中固定二氧化碳和釋放氧氣，在體積較小的密閉光生物反應器中產氫，化碳和釋放氧氣，在體積較小的密閉光生物反應器中產氫，以降低設備造價和操作費用。因此無論從制氫原理還是工以降低設備造價和操作費用。因此無論從制氫原理還是工程實用化看，綠藻的間接光解制氫是微藻制氫研究最有發程實用化看，綠藻的間接光解制氫是微藻制氫研究最有發展前景的方向之一。展前景的方向之一。綠藻制氫的意義 綠藻制氫具有重要的意義，因為它揭示了綠藻代謝途綠藻制氫具有重要的意義，因

26、為它揭示了綠藻代謝途徑、調控途徑和電子轉移途徑的發生。而且綠藻是依賴徑、調控途徑和電子轉移途徑的發生。而且綠藻是依賴可持續的光而生產和積累大量的氫氣。綠藻制氫的長期可持續的光而生產和積累大量的氫氣。綠藻制氫的長期優勢是它無毒無污染，大量養殖綠藻還能得到具有附加優勢是它無毒無污染，大量養殖綠藻還能得到具有附加價值的產品。價值的產品。 利用綠藻的利用綠藻的“光合光合呼吸作用兩步法產氫呼吸作用兩步法產氫”原理，通原理，通過過“間接生物光解間接生物光解”法制備的氫氣無毒且無污染，是非法制備的氫氣無毒且無污染，是非常環保的制備氫氣方法。目前無論是利用基因工程對藻常環保的制備氫氣方法。目前無論是利用基因工

27、程對藻株的改造，外部因子對產氫過程的控制，還是反應器的株的改造，外部因子對產氫過程的控制，還是反應器的優化多集中在這種方法上。優化多集中在這種方法上。綠藻制氫面臨的挑戰 主要問題：主要問題： 產氫產氫速率不高速率不高，只有理論最大值的，只有理論最大值的15%；需要優化大規模養殖綠藻環境的太陽能轉化效需要優化大規模養殖綠藻環境的太陽能轉化效率；還要不斷提高產氫的率；還要不斷提高產氫的連續性連續性；氫氣產量在；氫氣產量在去硫環境下去硫環境下60小時后開始下降，去硫小時后開始下降，去硫100小時小時后，綠藻又會回到正常的光合作用狀態通過補后，綠藻又會回到正常的光合作用狀態通過補充內源性底物來恢復活力

28、；光生物反應器的充內源性底物來恢復活力；光生物反應器的循循環利用環利用，減少藻類生長營養素方面技術還不夠，減少藻類生長營養素方面技術還不夠，因而綠藻制氫價格昂貴，成本太高。因而綠藻制氫價格昂貴，成本太高。參數（因素）參數（因素）挑戰挑戰克服挑戰的方法克服挑戰的方法 技術發展水平技術發展水平未來展望未來展望光合器官的太光合器官的太陽能轉化效率陽能轉化效率在很強的太陽光在很強的太陽光照射下綠藻的太照射下綠藻的太陽能轉化效率低陽能轉化效率低基因水平上截短基因水平上截短起光合作用的天起光合作用的天線葉綠素的長度線葉綠素的長度以限制光吸收的以限制光吸收的速度速度能調控天線葉綠能調控天線葉綠素長度并成功截

29、素長度并成功截短其短其50%長的長的TLA1基因已被基因已被克隆克隆要鑒定出更多要鑒定出更多能截短天線葉能截短天線葉綠素長度的基綠素長度的基因因氫氣的產生氫氣的產生產氫過程中對產氫過程中對氧的敏感性對于氧的敏感性對于產氫飽和要低光產氫飽和要低光強強短暫的分離氧短暫的分離氧氣和氫氣的產生氣和氫氣的產生這兩過程，通過這兩過程，通過過度表達來增加過度表達來增加綠藻中鐵氫化酶綠藻中鐵氫化酶產量產量“兩步法兩步法”制氫制氫無氧無硫環境的無氧無硫環境的發展發展發展生產氫氣的發展生產氫氣的可持續性可持續性光生物反應器光生物反應器材料價格每平米材料價格每平米0.75美元營養素美元營養素價格每平米價格每平米0.

30、65美元，成本太高美元，成本太高回收利用材料盡回收利用材料盡量少的使用或回量少的使用或回收利用營養素收利用營養素正在測試一個規正在測試一個規模達模達500L用柔用柔韌、堅固并且透韌、堅固并且透明的材料制成的明的材料制成的光生物反應器光生物反應器更先進的的機械更先進的的機械和化學工程技術和化學工程技術陸地面積陸地面積由于太陽光照射由于太陽光照射的擴散性質需要的擴散性質需要大面積土地大面積土地合理布置設備安合理布置設備安放地點，最大化放地點，最大化的利用到土地每的利用到土地每一處面積一處面積對晴朗、干旱氣對晴朗、干旱氣候，以及淡水、候，以及淡水、半咸水和海水的半咸水和海水的可利用性可利用性選擇合適

31、的國內選擇合適的國內或國際地區作為或國際地區作為建造工廠的廠址建造工廠的廠址 提高產氫速度還面臨很多問題：如何提高藻類細胞內提高產氫速度還面臨很多問題：如何提高藻類細胞內的的氫化酶數量氫化酶數量；如何提高該酶的；如何提高該酶的耐氧性耐氧性；如何使；如何使光合效應光合效應最大化最大化，現在的，現在的“兩步法兩步法”光利用效率太低，不到光利用效率太低，不到1%；綠藻循環利用會出現綠藻循環利用會出現退化現象退化現象，不利于大規模露天培養；，不利于大規模露天培養；光合放氧，光合放氧，內源底物代謝內源底物代謝以及氫化酶催化產氫之間的復雜以及氫化酶催化產氫之間的復雜關系沒有深入研究等等。關系沒有深入研究等

32、等。 綠藻制氫今后需要大規模發展具有優化生長環境的綠藻制氫今后需要大規模發展具有優化生長環境的發酵系統，因此我們還要不斷研究發酵系統，因此我們還要不斷研究氫化酶的發酵原理氫化酶的發酵原理。在。在綠藻制氫技術成熟可用之前，這些問題必須要去解決。綠藻制氫技術成熟可用之前，這些問題必須要去解決。三種解決方案 培養條件對產氫效率的提高有一定作培養條件對產氫效率的提高有一定作用，但效果不明顯。要提高綠藻細胞中氫用，但效果不明顯。要提高綠藻細胞中氫酶的活性和產量，則要求酶的活性和產量，則要求有產氫效率高有產氫效率高，能耐受高濃度氧能耐受高濃度氧的的高效產氫的藻株高效產氫的藻株。對產。對產氫藻種的篩選和改造是研究的氫藻種的篩選和改造是研究的基礎和核心基礎和核心。一一.篩選高效的藻株篩選高效的藻株二.有效的制氫途徑 闡明光合作用高效吸能、傳能和轉能的分子機理和調控機制以及光損傷和光保護機理，是提高微藻光合作用制氫效率的有效途徑。三.合理的光反應器 微藻光水解制氫的反應器系統應該包括微藻的高密度培養、產氫酶的暗誘導和光照產氫3個部分。目前實驗室研究微藻間接光水解制氫可以用一個反應器，暗誘導和光照產氫在不同的時間內完成，為下一步的連續制氫研究提供工藝參數。要使微藻光水解制氫技術投入實際應用，必須發展大規模的發酵系統，優化生長條件，才能實現連續