能源新契機，微藻大商機

能源新契機，微藻大商機

編譯　楊卓勲／編輯　柴幗馨

微藻(microalgae)是植物界最低等的生物，但小小的微藻卻是當今生技產業的新寵兒。微藻含有豐富的多醣體，是很好的生物材料（註1）；其中還富含有益健康的Omega-3脂肪酸，可以提煉成健康食品，亦可以作為生質能源的材料。此外，萃取完的殘體還有豐富的蛋白質，非常適合加工成為飼料。

然而，科學家始終無法建立一套有效的微藻生產系統。今年以色列的UniVerve公司，終於突破養殖微藻的瓶頸，改善藻類的培養、濃縮、萃取和分離等生產流程的新技術，成功擴大微藻農場(microalgae farm)的生產規模，不但具有經濟效益，更能永續經營。


隨著食品、飼料和生質燃料的原物料價格不斷攀升，相關產業無法負擔不斷上漲的成本，因而被迫尋找替代品以應對目前的窘境，而微藻就是個好選擇。如何在低耗能的前提下達到更高的生產水準？是微藻生產技術的改革目標。

圖說：微藻的生產流程由菌種的篩選開始(a)，再將菌株放到培養系統中(b)，培養完成的藻類濃縮到土工袋(geotextile bags)(c)，最後從中萃取並分離出富有TGs（三酸甘油酯）或EPA（Omega-3脂肪酸）的油脂(d)。這些分離出的油脂在生質燃料及食品工業皆有廣泛的商業用途(e)，而其餘的蛋白質生物質則可被飼料產業加以利用。此新系統未來可降低生產成本至每公斤1塊美元。

目前常用的微藻培養系統有2種，分別是光生物反應器(phot-bioreactors)和開放的跑道式 (race-way open ponds)系統，但前者成本高昂，後者效率又很差。而為了增加產量，往往需要大面積的土地來建置培養系統，這同時也導致系統的水分蒸發速度加快和高汙染的風險。


如何減少能源消耗、延長產季、以及優化生長條件（例如控制溫度、光線照射角度等以提高光合作用），讓培養系統模組化是目前最大的難題與挑戰。


公司創辦人Zuckerman表示，這套新的HAVP培養系統 （Hanging Adjustable V-shaped Pond），能夠突破產能的關鍵有三點：懸掛式、模組化、以及規模化的倒三角型培養技術之透明外觀可讓陽光從每個角度透射，進而提升光合作用的能力，讓每平方公尺能產生最大的生物量。而新系統底部的管線可加熱空氣，讓培養槽內能均勻攪動混合。特殊的池塘設計則達到低耗水、低耗能、低營運和維護成本的目標。透過模組化，讓系統可以輕易延伸到100公尺長，此一新系統已經成功培養出五種品系。


UniVerve在收到來自以色列、歐洲、美國和中國的客戶購買TGs（三酸甘油酯）和EPA（Omega-3脂肪酸）產品的訂單後，便開始在以色列建造第一座微藻農場，未來將在以色列和中國建造更多的農場。由於每座農場的所在地不同，其投資報酬率(ROI)和內部投資報酬率(IRR)等獲利指標也將因為微藻生物質的組成和價格而有所不同。公司會根據當地的經濟環境、水源品質、氣候條件以及人工、土地等成本，替每座農場提出個別的財務計劃。


Zuckerman也提到：未來微藻必定是生質燃料的首選。生產微藻燃料的關鍵因素有二，其一是高產量、低能源、規模化的生產模式；其二則是篩選富有油脂和具有高價值材料的品種，以確保高獲利的生物量。高獲利的生物量是促成微藻燃料能與原油價格競爭的關鍵，因為唯有將生物質分離過程的每個產物，在不同的產業發揮商業價值，才能讓微藻培養系統變得有利可圖。


註1：微藻含有豐富的多醣體，可以加工成為分子生物學實驗最常用的耗材─洋菜瓊膠凝酯，如跑電泳的洋菜膠。

資料來源： 每日科學 Oct 02, 2015   Novel technology to produce microalgae biomass as feedstock for biofuel, food, feed and more