生物燃料：水藻

水藻由简单的水生有机体组成，通过光合作用储存光能，生产植物油，而植物油可被转化成“生物柴油”，为任何柴油发动机提供动力。另外，水藻可以种植在任何地方，并迅速繁殖，只需要阳光、水和二氧化碳。由于水藻可分解为糖、蛋白质与油脂等，海藻油可提炼为生物燃料﹔糖可提炼乙醇。

根据Eysenck Mobil的估计，藻类的产油量高于其他植物。 每英亩藻类的年生产能力可达到2000加仑燃料、650加仑棕榈树、450加仑甘蔗和250加仑玉米。

在能够产油的藻类中，微绿藻和葡萄藤藻类是主流。 微藻可以产生相当于轻油的油，而葡萄藤藻类可以产生相当于重油的油。 作为生态系统中的初级生产者，它在能量转换和碳回圈中发挥著重要作用。 相比之下，微藻生物燃料的优势在于它不需要与粮食竞争土地和生产生物燃料。 它还具有吸收二氧化碳和提供高纯度氧气的优点。 缺点是微藻的外壳很硬，很难选取油脂，而葡萄藤藻类的培养需要时间。 此外，它还会对生态环境造成破坏，而且成本很高。

首先，通过萃取、热裂解和其他方法从这些微藻中选取油，然后通过酯交换将其转化为脂肪酸甲酯，即生物柴油。 微藻通过细胞分裂繁殖。 通常，高含油量的微藻生长相对缓慢，因为微藻在营养不足的情况下往往会产生更多的油，但营养不足会阻碍微藻的生长速度。 一般来说，含油量为80%的微藻每十天分裂一次，含油量为30%的微藻每天分裂三次。

1978年，美国能源部的国家可再生能源实验室（NREL）首次启动了水生物种计画，以利用微藻生产生物柴油。 2010年6月，美国能源部向三个研究财团提供了2400万美元的资金，以加速藻类生物燃料的商业规模生产。

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水藻的培养

培养水藻以生产生物燃料的方法既简单又复杂。 作为自养生物，它们仅需水和阳光即可存活。 然而，为了培育出高密度的微藻类以获取生物燃料，还需要营养物质。 尽管空气中含有二氧化碳，高浓度的二氧化碳能促进更高的生产率。

促进水藻生长的培养基是整个培养过程中的一个重要的组成部分。 缺乏一个各种营养物质配比正好的培养基，水藻无法高密度生长。 除了常量营养素氮（N）和磷（P），其他藻类生长所需的元素还包括钾（K）、钙（Ca）、硫（S）、镁（Mg）、铜（Cu）、锰（Mn）和锌（Zn）。 氮对蛋白质和碳水化合物代谢非常重要，如果缺乏，细胞停止分裂，产物从蛋白质转化成脂类。 铁对正常的光合作用而言是必须的。 如果缺乏镁，细胞将丢失叶绿素。

水藻生物柴油的挑战与未来

水藻生物柴油拥有巨大的潜力，但依然有许多可以改进的地方。 这可能会影响水藻的生命周期和整个生产生物柴油的方法。 既然这是一种能源产品，那么降低生产生物柴油所需的能耗将是最大的挑战。 每个步骤都需要更多的数据以说明它如何影响整个过程的生命周期。 生命周期分析有助于测定脂类生产过程的能量需求。 这一分析对于终产品的经济和能量可行是至关重要的。

因此需要开发一套系统，或遗传工程改造过的藻类，使其既有高生物量又有高脂含量 。 了解藻类使用特定营养物质的方式和产生脂类所表达的基因能改进所培养的藻类。 旨在创造出拥有所需性质的转基因水藻株系的研究正在进行之中 。 这些所需的性质包括光合效率、最优的脂类概况和积聚脂类的同时依然高产。

更有效更廉价的提取方法也是必须的。 因为甘油这种副产物的产量如此之高，它必须得安全储存或使用，才能使得酯交换反应生产生物柴油切实可行。 甘油是肥皂的一种成分，但如果巨量生产生物柴油，那么伴随而来的甘油将很快使市场难以消化。

q提取脂类后留下的水藻粉可以转化为糖类或者发酵成乙醇。 这可以代替玉米生产乙醇，也将会更廉价和易于制备。 提取碳水化合物后，剩下的水藻粉就主要是蛋白质了。 馀下的生物质还可作为肥料。

依靠碳排放为藻类提供二氧化碳能够解决水藻培养所需的一个条件，还能降低成本。 以及螯合排放出的温室气体。 使用生长在废水中的水藻作为燃料给料可以有效处理污水，达到净化的目的 。 成本占比最大的专案之一是营养物质，大量的营养物质，尤其是N和P，对水藻的生长至关重要。 如果废水能提供这些营养同时水藻又将N固定，那么还能防止水华。 在一些地方，这可以变成一种服务，从废水中除去含氮物质，成为卫生系统的一部分。

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