大自然的「綠色黃金」微藻,可開創可持續未來?

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微藻可用於生物塑膠、生物燃料、保健品、化妝品和食品成分,因此有「綠色黃金」之名。 圖片來源:路透社

大家或較熟悉海藻這大型藻類;其實在海洋、淡水湖泊和河流中,還有大量同為水中生長的光合生物 —— 微藻。這些微小的生物是地球重要的「初級生產者」,即通過光合作用,把無機分子(二氧化碳、營養物質和水)轉化為蛋白質、脂肪和碳水化合物,以及其他幫助生長的有機化合物。這些細小的微生物支持著海洋中的所有生命,貢獻了地球上大約一半的初級生產

由於微藻沒有根、葉和莖,它們可以比陸地植物更有效利用二氧化碳和養分,使它們能夠更快速生長。它們相對容易養殖和收穫,甚至能利用廢棄營養物生長,來生產可用作食物或生物能源的生物質。藻類生物質還含有廣泛的有用分子,可用於生物塑膠、生物燃料、保健品、化妝品和食品成分。微藻因此有「綠色黃金」之名。

微藻生產蛋白質

未來半個世紀,預計地球人口將持續膨脹,意味著全球糧食產量亦要相應增長,估算至少要增加 50%。近年掀起鼓勵減少進食肉類蛋白質的潮流,以減少溫室氣體排放和森林砍伐。但如果能夠獲更可持續的蛋白質來源,便能降低畜牧業的環境足跡,而微藻是其中一個候選人。雀巢等公司已經在研究以微藻作為蛋白質的替代來源,既可以作為動物飼料,也可以作為人類的食物。

微藻生產行業仍處於起步階段。培養微藻的地點能夠安置在靠近農民使用動物飼料的地方,方便農民利用微藻生產的蛋白質。創新的微藻技術可結合成熟的沼氣技術,應對沼氣沼渣帶來的營養污染問題。首先,沼氣沼渣為微藻培養提供了合適的養分,微藻則提取沼氣消化物中所含的部分氮,避免地下水的硝酸鹽含量進一步增加。其次,生產出來的藻類生物質可用作動物飼料,從而替代進口豆粕,在區域內循環營養。

微藻生物燃料

由微藻製成的生物燃料,是其一種具潛力的替代能源。微藻不直接產生生物燃料,它們產生脂質。製造生物燃料需提取這些脂質和轉化成燃料,過程涉及脫水,需要大量能量,導致成本高昂而無法與石油和天然氣行業競爭;在擴大生產規模時,又需要大量土地、淡水或鹽水建立養殖池來生產微藻。Algenol 和 TerraVia Holdings 等公司,在藻類狂熱的十年間曾投入巨資研發藻類生物燃料,惟幾年前已相繼放棄,轉而生產基於藻類的消費品。

埃克森美孚是其中一間仍積極投入資金開發藻類生物能源的公司。2017 年公司曾宣佈,與生物技術公司 Synthetic Genomics 合作使用 CRISPR 基因編輯技術生產一種藻類,稱該品種可以為低碳燃料和可持續未來鋪平道路。至今埃克森美孚尚未實現微藻生物燃料商業化,批評者質疑這家化石燃料巨頭開發生物能源是否別有動機,例如是否僅為公關項目和漂綠。據報道指,截至去年 10 月,與埃克森美孚合作的生物科技公司 Viridos,在加州沙漠的室外養殖池每日每平方米可生產 5 克藻油,而 2018 年公司開始使用 Viridos 專有藻類品種時才不足 2 克。兩家公司估計,到 2022 年相關產量可達 15 克,科學界部分意見認為,此水平是藻類生物燃料在商業上可行的轉折點。

微藻分解塑膠

微藻亦是其一有望分解微塑膠的自然候選人。一些微藻種類,例如藍綠藻(blue-green algae)、矽藻(diatoms)和綠藻(green algae)也可以分解聚乙烯(PE-polyethylene)。微藻可以在聚乙烯材料的表面繁殖,並在正常條件下發生生物降解。塑膠生物降解有四個階段,首先是微藻附著塑膠表面,改變表面特性;然後微藻會分泌特定的酶以便進行生物降解;第三是生物破碎過程,此階段塑膠材料會失去其物理穩定並變得易碎;最後一個階段是同化過程,微生物細絲和水開始滲透塑膠,使微生物能分解和利用塑膠。基於藻類的塑膠生物降解已有成功案例,其中一項研究計算出低密度聚乙烯(LDPE,常用於膠袋)樣本中的碳成分減少了 58.9%。惟要商業應用,仍需要更多研究深入分析微藻和微塑膠的相互作用。