藻类燃料是一种基于从微藻中提取的脂质的燃料。 algofuels是“第三代”生物燃料，有可能取代从陆地植物的植物油中获得的有争议的“第一代”生物柴油。 藻类燃料，藻类生物燃料或海藻油是液体化石燃料的替代品，其使用藻类作为高能油的来源。 与化石燃料一样，藻类燃料在燃烧时会释放出二氧化碳，但与化石燃料不同，基于藻类和其他生物燃料的燃料最近只释放出藻类或植物生长后通过光合作用从大气中去除的二氧化碳。

能源危机和全球粮食危机引发了对不适合传统农业生产生物柴油和其他生物燃料的藻类生长的兴趣。 基于藻类的燃料的一些吸引人的特征是它们可以在对淡水资源的影响最小的情况下生长，可以使用盐水和废水生产，并且是可生物降解的并且相对无害。 如果在自然环境中溢出。

完全由藻类生产的生物燃料被认为是第3代的能量，但其生产尚未到位。

主要特点
藻类是干酪根的第一个成分，从中衍生出油。

微藻的光合作用
硅藻和绿藻门的光合作用过程类似于高等植物。 由于Rubisco酶（二磷酸核酮糖羧化酶），它们能够像陆生植物那样固定二氧化碳。 卡尔文循环的产物作为糖或脂质生物合成的起点。 酶乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）在甘油三酯或三酰基甘油（TAG）的合成途径中起着关键作用，特别是在硅藻中，这是寻求获得燃料的分子。 在硅藻中诱导的二氧化硅缺乏增加了脂质合成，这与ACCase基因的活性有关。 已经分离并克隆了该基因，以寻求增加其表达并因此增加油的产生。 绿藻中的氮胁迫伴随着相同的效果。

替代
有不同类型的替代效用。

生物质的产量是生物物质生产的特征，该产量是生物燃料（谷物，藻类，树木等）来源的比较基础。 该产量特别用于通过等效可再生能源（液体，对发动机等现有系统进行少量修改）的油替代品的分析。
能源效率表征能源的最终输出，无论其形式如何（燃料或电力）。 这是一个全球比较指标。

生物量产量
根据由INRIA协调的Shamash研究计划，一些微藻“可累积高达脂肪酸干重的50％”。 测试的微藻是硅藻和叶绿素。

根据IFREMER的说法，“据估计，世界上有20万到100万种藻类物种。这种生物多样性能够应对特殊的适应性，可以预先判断原始分子和脂质（藻类燃料）的比例丰富程度。与陆地石油物种相比，微藻具有许多有利于生产脂肪酸的特性，可用于生产藻类燃料。主要资产是生物质产量的10倍左右，与淡水和农田没有冲突。每公顷油每年20000至60000升，棕榈油6000升，是最佳陆地产量之一。»

根据新西兰梅西大学的Yusuf Chisti（技术与工程研究所），硅藻和叶绿素的产量远远高于油菜等陆生植物，因为它们是单细胞生物; 它们在水性介质中的悬浮生长使它们能够更好地获得资源：水，二氧化碳或矿物质。 据国家可再生能源实验室（NREL）的科学家称，微观藻类能够“每公顷合成10倍至100倍的油，而不是用于制造农业燃料的陆地油料。”

在美国公路运输所需的燃料可以通过在90 000平方公里的面积上生产algofuels来弥补，这大约是匈牙利的总面积。 与棕榈油相比较的表现，对于同样的用途，需要一个像巴基斯坦这样的国家的总面积。 一位为美国能源部进行研究的研究人员同时认为，今天在美国使用的燃料可以在相当于马里兰州27 091平方公里或平方的较小表面积上生产。一边165公里。 相比之下，撒哈拉沙漠代表9,400,000平方公里。

能源效率
生态部于2008年底在法国发表的“农业和环境”报告指出，微藻的太阳能转换效率约为W m2，比风能低2到10倍。 （5至20平方米之间）或山区水电（10至50平方米）。 该报告得出的结论是“农杆菌处于产量最低的区域，它们实际上受到光合作用产量的限制，而光合作用的产量非常低（<1％）。第三代，使用藻类，将大部分保留效率低于任何“电气”解决方案，包括使用太阳能，“因此，农业燃料没有其他理由可以为化石燃料的替代品提供可用的燃料”。 成本 工业生产成本的估计有所不同。 法国科学团队Shamash在2009年1月评估了每升10欧元的algocarburant工业生产成本。 一家加拿大公司Seed Science Ltd估计发达国家的工业生产成本为每升3.5至6.9欧元（介于4.5美元至9美元之间）。 根据2008年11月的已知数据，美国能源部生物质计划估计工业生产成本将超过每加仑8美元，即每升1.80欧元。 Algenol宣布2015年每加仑1.30美元的低成本分销，即每升0.30欧元。 对环境造成的影响 与基于陆地的生物燃料作物（如玉米或大豆）相比，由于微藻的石油产量高于所有其他油料作物，微藻生产导致土地占地面积显着减少。 藻类也可以生长在普通作物无用的边缘土地上，具有低保护价值，并且可以使用对农业或饮用无用的盐含水层中的水。 藻类也可以在袋子或浮动屏幕的海洋表面生长。 因此，微藻可以提供清洁能源，对提供充足的食物和水或保护生物多样性几乎没有影响。 藻类种植也不需要对杀虫剂或除草剂进行外部补贴，从而消除产生相关农药废物流的任何风险。 此外，藻类生物燃料的毒性要小得多，并且比石油基燃料更容易降解。 但是，由于任何可燃燃料的易燃性，如果在火车脱轨或管道泄漏时可能发生点燃或溢出，则可能存在一些环境危害。 与化石燃料相比，这种危害降低了，因为藻类生物燃料能够以更加局部的方式生产，并且由于整体毒性较低，但仍然存在危险。 因此，藻类生物燃料应在运输和使用中以类似于石油燃料的方式进行处理，并始终采取足够的安全措施。 研究已经确定，用生物燃料等可再生能源替代化石燃料，可以减少高达80％的二氧化碳排放量。 当有阳光时，基于藻类的系统可以捕获发电厂排放的大约80％的二氧化碳。 虽然这种二氧化碳随后会在燃料燃烧时释放到大气中，但这种二氧化碳无论如何都会进入大气层。 因此，减少二氧化碳总排放量的可能性在于防止化石燃料中的二氧化碳释放。 此外，与柴油和石油等燃料相比，甚至与其他生物燃料来源相比，藻类生物燃料的生产和燃烧不会产生任何硫氧化物或氮氧化物，并产生减少量的一氧化碳，未燃烧的碳氢化合物，并减少排放其他有害污染物。 由于生物燃料生产的陆地植物来源根本不具备满足当前能源需求的生产能力，因此微藻可能是接近完全替代化石燃料的唯一选择之一。 微藻生产还包括使用盐水废物或废二氧化碳流作为能源的能力。 这开辟了与废水处理相结合生产生物燃料的新战略，同时能够生产清洁水作为副产品。 当用于微藻生物反应器时，收获的微藻将捕获大量有机化合物以及从废水流中吸收的重金属污染物，否则这些污染物将直接排放到地表水和地下水中。 此外，这一过程还允许从废物中回收磷，这是自然界中必不可少的稀缺元素 - 估计其储量在过去50年中已经耗尽。 另一种可能性是在称为藻类草皮洗涤器（ATS）的系统中使用藻类生产系统来清除非点源污染。 这已被证明可以降低受富营养化影响的河流和其他大型水体中的氮和磷含量，并且正在建造能够每天处理高达1.1亿升水的系统。 ATS还可用于处理点源污染，例如上述废水，或处理牲畜污水。 多种栽培 几乎所有关于藻类生物燃料的研究都集中在培养单一物种或单一种类的微藻。 然而，生态学理论和实证研究表明，植物和藻类多种文化，即多种群体，往往比单一栽培产生更大的产量。 实验还表明，与不太多样化的社区相比，更多样化的水生微生物群落往往更加稳定。 最近的研究发现，微藻的多聚体培养产生的脂质产量显着高于单一培养物。 多种文化也往往更能抵抗病虫害爆发，以及其他植物或藻类的入侵。 因此，在混养中培养微藻不仅可以提高生物燃料产量和稳定性，还可以减少藻类生物燃料工业对环境的影响。 经济可行性 显然需要可持续的生物燃料生产，但是否将使用特定的生物燃料最终不取决于可持续性而是成本效率。 因此，研究的重点是将藻类生物燃料生产的成本降低到能够与传统石油竞争的程度。 已经提到从藻类生产几种产品[鼬术语]是使藻类生产在经济上可行的最重要因素。 其他因素是太阳能提高到生物质转化效率（目前为3％，但理论上可达到5％至7％），并使从藻类中提取油更容易。 在2007年的一份报告中，推算出一种计算藻油成本的公式，以使其成为石油柴油的可行替代品： 利用现有技术，估计生产微藻生物质的成本为光生物反应器2.95美元/千克，开放池生产成本3.80美元/千克。 这些估计假设二氧化碳可免费获得。 如果每年生物质生产能力增加到10,000吨，则每公斤生产成本分别降至约0.47美元和0.60美元。 假设生物质含有30％重量的油，用于提供1升油的生物质的成本分别为光生物反应器和滚道的约1.40美元（5.30美元/加仑）和1.81美元（6.85美元/加仑）。 假设回收过程对最终回收油的成本贡献50％，那么从光生物反应器中生产的较低成本生物质回收的油估计为2.80美元/升。 如果现有的藻类项目可以实现每加仑不到1美元的生物柴油生产价格目标，美国可能会实现其目标，即通过使用来自藻类生产的环境和经济可持续燃料，到2020年替代高达20％的运输燃料。 尽管行业正在成功解决诸如收获等技术问题，但藻类对生物燃料设施的高额前期投资被许多人视为该技术成功的主要障碍。 只有少数关于经济可行性的研究是公开的，并且通常必须依赖于公共领域中可用的小数据（通常只有工程估算）。 Dmitrov检查了GreenFuel的光生物反应器，估计藻油只能以每桶800美元的油价竞争。 Alabi等人的一项研究。 检查了水道，光生物反应器和厌氧发酵罐从藻类生产生物燃料，发现光生物反应器太昂贵，无法生产生物燃料。 在温暖的气候条件下，跑道可能具有成本效益，且劳动力成本非常低，并且在显着的工艺改进之后，发酵罐可能具有成本效益。 该小组发现，资本成本，劳动力成本和运营成本（肥料，电力等）本身对于藻类生物燃料来说太高，以至于与传统燃料相比具有成本竞争力。 其他人也发现了类似的结果，这表明除非采用新的，更便宜的方法来利用藻类进行生物燃料生产，否则它们的巨大技术潜力可能永远无法在经济上获得。 最近，Rodrigo E. Teixeira展示了一种新的反应，并提出了一种收集和提取生物燃料和化学生产原料的方法，该方法需要现有方法的一小部分能量，同时提取所有细胞成分。 使用副产品 在微藻加工中产生的许多副产物可用于各种应用，其中许多具有比藻类生物燃料更长的生产历史。 一些未用于生物燃料生产的产品包括天然染料和颜料，抗氧化剂和其他高价值的生物活性化合物。 这些化学品和过量的生物质在其他行业中得到了广泛的应用 例如，染料和油在化妆品中占有一席之地，通常作为增稠剂和水结合剂。 制药行业的发现包括来自微藻的抗生素和抗真菌药，以及天然保健品，这些产品在过去几十年中越来越受欢迎。 例如，螺旋藻含有多种多不饱和脂肪（Omega 3和6），氨基酸和维生素，以及可能有益的色素，如β-胡萝卜素和叶绿素。 好处 易于增长 与更传统的作物相比，使用微藻作为原料的主要优点之一是它可以更容易地生长。 藻类可以在不适合常规作物生长的土地上种植。 除此之外，通常会阻碍植物生长的废水已被证明在种植藻类方面非常有效。 因此，藻类可以在不占用可用于生产粮食作物的耕地的情况下种植，并且可以为正常的作物生产保留更好的资源。 微藻也需要较少的资源来生长并且很少需要注意，使得藻类的生长和培养成为非常被动的过程。 对食物的影响 许多用于生物柴油的传统原料，如玉米和棕榈，也被用作农场牲畜的饲料，以及人类的宝贵食物来源。 因此，将它们用作生物燃料减少了可用于两者的食物量，导致食物和所产生的燃料的成本增加。 使用藻类作为生物柴油的来源可以通过多种方式缓解这一问题。 首先，藻类不被用作人类的主要食物来源，这意味着它可以仅用于燃料，并且对食品工业的影响很小。 其次，在用于生物燃料的藻类加工过程中产生的许多废产物提取物可用作足够的动物饲料。 这是减少浪费的有效方法，也是更传统的玉米或谷物饲料的更便宜的替代品。 废物最小化 生长的藻类作为生物燃料的来源也已被证明具有许多环境效益，并且已经成为当前生物燃料的一种更环保的替代品。 首先，它可以利用径流，受化肥污染的水和其他作为农业副产品的营养素作为水和营养物质的主要来源。 因此，它可以防止这些受污染的水与目前供应饮用水的湖泊和河流混合。 除此之外，通常使水不安全的氨，硝酸盐和磷酸盐实际上是藻类的优良营养素，这意味着需要更少的资源来生长藻类。 生物柴油生产中使用的许多藻类物种都是优秀的生物固定剂，这意味着它们能够从大气中去除二氧化碳，作为自身的能量形式。 因此，它们已在工业中用作处理烟气和减少温室气体排放的方法。 缺点 商业可行性 藻类生物柴油仍然是一项相当新的技术。 尽管研究开始于30多年前，但它在20世纪90年代中期被搁置，主要是由于缺乏资金和相对较低的石油成本。 在接下来的几年里，藻类生物燃料很少受到关注; 直到21世纪初的天然气高峰期，它才最终在寻找替代燃料资源方面重新焕发活力。 虽然该技术的存在是为了将藻类收获并转化为可用的生物柴油来源，但它仍然没有被实施到足够大的规模来支持当前的能源需求。 需要进一步的研究才能使藻类生物燃料的生产更加有效，目前，游说者一直在支持替代生物燃料，如玉米和谷物生产的生物燃料。 2013年，埃克森美孚董事长兼首席执行官雷克斯蒂勒森表示，在最初承诺与J. Craig Venter的合成基因组学合资开发上花费高达6亿美元后，藻类“可能更远”而不是“25年之后”的商业可行性尽管Solazyme和Sapphire Energy已分别于2012年和2013年开始小规模商业销售。 到2017年，大部分工作已被放弃或改为其他应用程序，只剩下少数。 稳定性 由微藻加工产生的生物柴油与多不饱和脂肪的含量不同于其他形式的生物柴油。 已知多不饱和脂肪在较低温度下保持流动性的能力。 虽然这在冬季较冷的温度下似乎是生产中的优势，但是多不饱和脂肪在常规季节性温度下导致较低的稳定性。 研究 当前项目 美国 国家可再生能源实验室（NREL）是美国能源部可再生能源和能源效率研究与开发的主要国家实验室。 该计划涉及可再生能源的生产和能源效率。 其最新的部门之一是生物质计划，该计划涉及生物质特性描述，生物化学和热化学转化技术以及生物质工艺工程和分析。 该计划旨在生产节能，成本效益和环保的技术，支持农村经济，减少国家对石油的依赖，改善空气质量。 在伍兹霍尔海洋研究所和海港分支海洋研究所，来自家庭和工业来源的废水含有丰富的有机化合物，用于加速藻类的生长。 佐治亚大学生物与农业工程系正在利用工业废水探索微藻生物质的生产。 总部位于印第安纳州印第安纳波利斯的Algaewheel提出了一项建议，即在印第安纳州的Cedar Lake建造一座利用藻类处理城市污水的设施，利用污泥副产品生产生物燃料。 总部位于阿拉巴马州达芙妮的Algae Systems公司采用了类似的方法。 Sapphire Energy（圣地亚哥）从藻类中生产绿色原油。 Solazyme（加利福尼亚州南旧金山）生产了一种适用于从藻类驱动喷气式飞机的燃料。 位于新斯科舍省凯奇港的海洋研究站已经参与了50年的藻类生长。 国家研究委员会（加拿大）（NRC）和国家副产品计划已提供500万美元资助该项目。 该计划的目的是在Ketch港口设施建造一个5万升的种植试验工厂。 该站一直参与评估如何最好地生长藻类用于生物燃料，并参与调查北美地区众多藻类物种的利用。 NRC已与美国能源部，科罗拉多州国家可再生能源实验室和新墨西哥州桑迪亚国家实验室合作。 欧洲 正致力于从藻类生产石油的英国大学包括：曼彻斯特大学，谢菲尔德大学，格拉斯哥大学，布莱顿大学，剑桥大学，伦敦大学学院，伦敦帝国理工学院，克兰菲尔德大学和纽卡斯尔大学。 在西班牙，CSIC的生物技术研究所（微生物生物技术集团，塞维利亚）也开展了相关研究。 欧洲藻类生物质协会（EABA）是欧洲协会，代表藻类技术领域的研究和工业，目前有79名成员。 该协会总部设在意大利佛罗伦萨。 EABA的总体目标是促进生物质生产和使用领域的相互交流与合作，包括生物燃料的使用和所有其他用途。 它旨在创建，发展和维持其成员之间的团结和联系，并在欧洲和国际层面捍卫他们的利益。 其主要目标是促进科学家，工业家和决策者之间的协同作用，促进藻类领域的研究，技术和工业能力的发展。 CMCL的创新和剑桥大学正在对C-FAST（来自藻类和太阳能技术的碳负燃料）工厂进行详细的设计研究。 主要目标是设计一个试验工厂，该工厂可以证明碳氢燃料（包括柴油和汽油）的生产是可持续的碳负能量载体和化学商品工业的原材料。 该项目将于2013年6月报告。 乌克兰计划使用特殊类型的藻类生产生物燃料。 欧盟委员会的藻类集群项目由第七框架计划资助，由三个藻类生物燃料项目组成，每个项目都在设计和建造一个覆盖10公顷土地的不同藻类生物燃料设施。 这些项目是BIOFAT，All-Gas和InteSusAl。 由于可以从藻类生产各种燃料和化学品，因此有人建议研究各种生产方法（常规提取/分离，水热液化，气化和热解）在一体化藻类生物精炼中的应用的可行性。 印度 Reliance行业与美国Algenol公司合作，于2014年委托开展生产藻类生物油的试点项目。螺旋藻是一种富含蛋白质成分的藻类，已在印度进行商业化种植。 藻类在印度用于处理开放/自然氧化池中的污水。这降低了污水的生物需氧量（BOD），并提供了可转化为燃料的藻类生物质。 其他 藻类生物质组织（ABO）是一个非营利组织，其使命是“促进藻类可再生和可持续商品的可行商业市场的发展”。 国家藻类协会（NAA）是藻类研究人员，藻类生产公司和投资界的非营利组织，他们的目标是将藻类商业化作为生物燃料市场的替代原料。 NAA为其成员提供了一个论坛，可以有效地评估各种藻类技术，以获得潜在的早期公司机会。 位于加拿大安大略省的Pond Biofuels Inc.拥有一个正常运行的试验工厂，其中藻类直接从水泥厂的烟囱排放物中生长，并使用废热进行干燥。 2013年5月，Pond Biofuels宣布与加拿大国家研究委员会和加拿大自然资源有限公司建立合作伙伴关系，在阿尔伯塔省Bonnyville附近的油砂地点建造示范规模的藻类生物精炼厂。 加拿大新斯科舍省哈利法克斯的加拿大海洋营养公司发现了一种新的藻类菌株，它能够以比用于生成生物燃料的其他类型藻类高60倍的速度生产石油。 Viral Energy是Viral Genetics Incorporated的子公司，声称已经发现了一种通过破坏代谢途径来增加藻类脂质生成的新方法，否则会将光合能转向碳水化合物生产。 利用这些技术，该公司表示脂质生产可以增加数倍，可能使藻类生物燃料与现有的化石燃料相比具有成本竞争力。 来自核电站温水排放的藻类生产由Patrick C. Kangas在Exelon公司拥有的Peach Bottom核电站进行试点。 该过程利用相对高温的水来维持藻类生长，即使在冬季也是如此。 Sapphire Energy和Bio Solar Cells等公司正在使用基因工程来提高藻类燃料的生产效率。 根据Bio Solar Cells的Klein Lankhorst的说法，基因工程可以极大地提高藻类的燃料效率，因为藻类可以被修改为仅构建短碳链而不是长链碳水化合物。 Sapphire Energy还使用化学诱导的突变来生产适合用作作物的藻类。 大规模藻类种植系统的一些商业利益正在寻求与现有的基础设施相结合，例如水泥厂，煤电厂或污水处理设施。 这种方法将废物变为资源，为系统提供原材料，二氧化碳和营养物质。 在光子生物反应器中使用海洋微藻的可行性研究由位于不来梅雅各布大学的大陆边缘国际研究联合会完成。 菲律宾Ateneo de Manila大学的环境科学系正致力于从当地的藻类中生产生物燃料。 基因工程 基因工程藻类已被用于增加脂质生产或生长速率。 目前基因工程的研究包括酶的引入或去除。 2007年Oswald等人。 将甜罗勒中的单萜合成酶引入酵母菌株酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。 这种特殊的单萜合酶导致大量香叶醇的从头合成，同时也将其分泌到培养基中。 香叶醇是玫瑰油，玫瑰精油和香茅油以及精油中的主要成分，使其成为生物柴油生产中三酰基甘油酯的可行来源。 ADP-葡萄糖焦磷酸化酶在淀粉生产中是至关重要的，但与脂质合成无关。 去除该酶导致sta6突变体，其显示脂质含量增加。 在氮缺乏培养基中生长18小时后，与WT细胞中的10ng / 1000细胞相比，sta6突变体平均具有17ng三酰基甘油酯/ 1000个细胞。 脂质生产的增加归因于细胞内资源的重新分配，因为藻类转移了来自淀粉生产的能量。 2013年，研究人员使用“减少”脂肪减少酶（多功能脂肪酶/磷脂酶/酰基转移酶）来增加脂质（油脂）而不影响生长。 该研究还介绍了一种有效的筛选方法。 表达反义的敲低菌株1A6和1B1在指数生长期间含有2.4倍和3.3倍的脂质含量，并且在硅饥饿40小时后脂质含量高4.1和3.2倍。 资助计划 已经制定了许多资助计划，旨在促进可再生能源的使用。 在加拿大，生态农业生物燃料资本计划（ecoABC）每个项目提供2500万美元，用于帮助农民建设和扩建可再生燃料生产设施。 该计划为这些项目预留了1.86亿美元。 可持续发展（SDTC）计划还在8年内应用了5亿美元来协助建造下一代可再生燃料。 此外，在过去的两年中，已有1000万美元用于可再生燃料的研究和分析 在欧洲，第七框架计划（FP7）是资助研究的主要工具。 同样，NER 300是一个非官方的独立门户网站，致力于可再生能源和电网整合项目。 另一项计划包括将于1月1日开始的地平线2020计划，并将框架计划和其他EC创新和研究资金汇集到一个新的综合资助系统中。 美国NBB的原料开发计划正在解决地球上的藻类生产问题，以可持续的方式扩大生物柴油的可用材料。