《Next Research》：Macroalgae-Based Biofuel Production: Advances in Cultivation, Conversion Pathways and Techno-Economic Perspectives
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宏观藻类因生长快、成分丰富和资源需求低成为可持续生物燃料的理想原料，综述了其栽培策略、预处理技术（如热水解和厌氧消化）、多种生物燃料转化路径（乙醇、柴油、沼气等）及技术经济分析，指出湿处理路线较传统干燥方法产率提升40%，虽当前成本高于玉米乙醇，但通过碳封存和温室气体减排（60-85%）及与水产养殖、废水处理整合，有望提升商业可行性。
阿南特普里特·考尔（Anantpreet Kaur）
印度旁遮普邦贾兰达尔（Jalandhar）DAV大学植物学与环境研究系，邮编144012
摘要
气候变化的紧迫性和全球能源安全问题加速了人们对可持续燃料替代品的探索。大型藻类（海藻）因其快速生长、丰富的生化成分以及对土地和淡水需求较低而成为有前景的生物质原料。本综述综合了关于基于大型藻类的生物燃料生产的现有文献，涵盖了栽培策略、生化特性、预处理方法、转化途径和技术经济评估。离岸养殖和综合多营养级水产养殖系统因其可扩展性和环境效益而受到重视。对比分析表明，如热液液化和无氧消化等湿法处理途径比依赖干燥的方法能实现更高的能量回收率，预处理可使可发酵产量提高多达40%。技术经济分析显示，尽管目前大型藻类生物燃料的生产成本高于甘蔗或玉米乙醇，但它们具有显著的碳封存潜力，可实现60-85%的温室气体减排，这与最近的生命周期评估结果一致。将大型藻类与水产养殖和废水处理相结合，并利用生物精炼副产品的价值化以及微生物工程的进步，为提高其商业可行性提供了可行的路径。
部分摘录
缩写列表
| 缩写 | 全称 |
|---|
| ASTM | 美国材料与试验协会标准 |
| CAPEX | 资本支出 |
| C/N | 碳氮比 |
| EN | 欧洲标准 |
| EROI | 投资回报率 |
| FAO | 粮食及农业组织 |
| GHG | 温室气体 |
| HTL | 热液液化 |
| IMTA | 综合多营养级水产养殖 |
| MSP | 最低销售价格 |
| OPEX | 运营支出 |
| SEC | 特定能量消耗 |
| TEA | 技术经济分析 |
| VS | 挥发性固体 |
| WHO | 世界卫生组织 |
大型藻类作为有前景的原料
大型藻类，或称海藻，是多细胞、肉眼可见的光合真核生物，在沿海生态系统中发挥着关键作用。尽管它们属于多系群，但大致可分为三类：红藻（Rhodophyta）、褐藻/绿藻（Phaeophyta/Ochrophyta）和绿藻（Chlorophyta），其色素和细胞壁组成对其作为生物燃料的适用性有显著影响。例如，褐藻富含层藻多糖和甘露醇，红藻富含半乳聚糖，而绿藻则富含其他化合物。
栽培方法
大型藻类可以在离岸、近岸或陆地上进行栽培，具体取决于物种、水动力条件和生产规模。离岸栽培通常使用浮动系统或水下框架在开阔海域种植海藻，这些系统利用水中的天然营养物质，待生物质成熟后进行收获。相比之下，陆地栽培则利用潮间带或沿海池塘，通常需要添加硝酸盐等营养物质。大型藻类生物质的预处理策略
预处理是将大型藻类生物质转化为生物燃料的关键步骤。它破坏了细胞结构，增加了可利用的表面积，提高了结构碳水化合物、蛋白质和脂质的回收率，从而便于后续转化。虽然海藻中的木质素含量远低于陆地木质纤维素生物质，因此预处理要求相对较低，但它们含有较高的灰分和盐分以及化学结构复杂的多糖，因此需要针对特定物种进行定制化的预处理。
生物燃料生产
从大型藻类生产生物燃料涉及一系列协调的操作——收获、脱水、预处理和转化——这些步骤需根据每种藻类的生化特性进行调整。根据其碳水化合物、脂质和蛋白质含量，大型藻类可以生产多种燃料，包括生物柴油、生物乙醇、生物甲烷、生物油和生物氢。因此，技术选择需针对特定物种，并受水分和灰分水平以及生化特性的影响。
技术经济分析
评估基于大型藻类的生物燃料的技术经济可行性需要全面考虑资本支出（CAPEX）、运营支出（OPEX）、最低销售价格（MSP）等技术和环境指标。主要成本因素包括原料供应、水分处理、工艺规模和产品升级要求，这些因素在不同转化途径间存在显著差异。
挑战与未来前景
大型藻类作为可再生生物燃料原料具有巨大潜力，但其商业化受到技术、经济、环境和政策等多方面因素的限制。图4展示了这些挑战，强调了实现规模化生产所需解决的科学和操作障碍。这些障碍会影响工艺效率、成本竞争力和整体可持续性。
结论
基于大型藻类的生物燃料生产为实现可持续和低碳能源系统提供了有前景的途径，相比许多陆地原料具有明显的环境优势。其多样的生化组成使其可以通过多种转化途径（包括生物乙醇、生物柴油、沼气和生物氢）融入循环经济框架。本综述总结了近期在栽培策略、预处理方法、转化技术等方面的进展。
资助
不适用。
CRediT作者贡献声明
阿南特普里特·考尔（Anantpreet Kaur）：概念构思、方法论设计、数据收集与整理、正式分析、初稿撰写、修订与编辑、可视化呈现、项目监督及行政管理。作者已审阅并批准了最终稿件。
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阿南特普里特·考尔（Anantpreet Kaur）：修订与编辑、初稿撰写、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
