关于硅藻，你了解多少？
“硅藻”一词对于很多人来说比较陌生。实际上，硅藻以不同的形态存在于我们生活中的各个角落，只是肉眼很难察觉。而当谈到它时，引发最多联想的就是硅藻土和硅藻泥，其实硅藻和硅藻泥是完全不同的，硅藻的应用非常广，千万别看它小（微米级），却浑身是宝。下面我们就来具体说说硅藻的“秘密”。
硅藻，是地球上种类最丰富的藻类之一，有十几万种，常见种类大约16000种。它是一类单细胞植物，大小在0.6微米～10微米之间，形态多种多样。而硅藻壳主要由微纳米结构的二氧化硅组成，其纯度在98%以上。硅藻也是一类最重要的浮游植物，分布极其广泛，只要有水的地方，一般都有它的踪迹，因其种类多、数量大，因而被称为海洋中的“草原”。
地球上有70%的氧气由浮游生物释放，浮游生物每年制造的氧气达360亿吨，占地球大气氧含量的70%以上。硅藻数量又占浮游生物数量的60%以上，假设现在地球上没有硅藻了，不出三年，地球上的氧气将耗干。
硅藻除了能制造氧气，其工业应用价值也非常高，由硅藻壳提取的微纳米生物材料具有高强度、抗冲击、耐高温、耐老化、耐腐蚀、隔音和保温等特点，是自然界独一无二、纯度极高的生物无机材料。硅藻壳微纳米生物材料为细微蜂窝多级多孔结构，具有很高的比表面积。
从2007年开始，乔治亚技术研究所的研究人员就开始开发一项用基因工程改造伪矮海链藻的技术，希望用其来创造一种新的硅结构。通过用基因复制的技术来研究硅藻构建复杂硅质细胞的过程，研究者最终的目的是要找到一项在实验室中制造纳米材料的技术。
而纵观整个领域，国内目前进行封闭式培养硅藻仅限于研究和少量生产，由于生产成本过高无法进行规模化工业生产。管式反应器是最常见的封闭式硅藻培养装置，其建造和运行成本高，难以用于一般低附加值的规模化养殖。
德国有企业利用管式光生物反应器培养小球藻，年产藻粉量为130-150吨，但由于生产成本问题而难以维持。国内进行开放式培养的硅藻种类主要有螺旋藻、小球藻和盐藻等少数几种，由于主要用于生产保健品及色素提取等高附加值产品，无法作为工业原料大量使用。
目前用于硅藻养殖的光生物反应器主要有两种类型：封闭式和开放式。封闭式光生物反应器主要有管式反应器及板式反应器，其主要优点是不易污染、易于控制、藻液密度高等，但是其缺点也非常显著，例如：运行费用昂贵、需要消耗大量的冷却水、不易清洗与管理等。
开放式光生物反应器，就是指开放池培养系统，具有运行费用低、无需冷却、便于管理的优点，但是其易受外来生物污染、受天气影响生产不稳定，养殖密度较低。
为了解决这些难题，兆凯生物工程研发中心的首席科学家：国际著名水产养殖专家、美国工程院院士-王兆凯院士，多年来致力于硅藻的开放式规模化养殖研究，其技术现已处于世界领先水平。
▲兆凯生物工程研发中心硅藻养殖基地
王兆凯院士从20世纪90年代末开始，已经建立了一个商业系统并且成功运行，在开放系统中培养硅藻-角毛藻，所生产的硅藻用于水产饲料行业，于2004 年在美国申请了相关的专利。
在此基础上，王兆凯院士带领国内研发团队对开放式反应器易受外来生物污染、产量低、生产不稳定等问题，开发了针对性技术方案，使上述问题得到有效解决，并利用合理的设计和自主开发的硅藻开放式养殖系统技术，降低生产和维护成本，实现高密度、连续性生产，解决了封闭式光生物反应器和传统的开放式生物反应器的技术瓶颈。
目前，应用研发中心的硅藻培养技术养殖硅藻，硅藻养殖年产量可以达到每公顷120吨（硅藻干粉）的水平，而陆地上的农作物年产量大多在每公顷15吨以下。
▲硅藻干粉
兆凯生物工程研发中心养殖硅藻的日产量,受日照及温度的影响,每公升水体可产干藻0.1-0.2克之间，最高日产量可达每公升0.4克。以每年300天有效工作日，反应器深度为0.3米计算, 每年每公顷可生产干藻120吨，以取油量30%计算，可生产生物油脂达3.6万公升。
硅藻生物油脂可用生产生物柴油、航空燃油等。航空煤油对热值、密度及低温性能等均有严格的要求，硅藻提取的航空燃油可以替代常规航空煤油。硅藻航空燃油使用后可大大降低废气中的氮氧化物和碳氢化合物的排放量，而且硫化物的排放可以降低至传统航空煤油的1/60。
兆凯生物工程研发中心的硅藻规模化生产系统的特点在于：
1、开放式硅藻藻种筛选系统化，无需传统的硅藻藻种库和扩大培养工作。
2、硅藻培养配方创新，选择性定向培育目标硅藻。
3、特有杂藻控制工艺，保证在无需对进水预处理的情况下，目标硅藻优势度达到96%。
4、有效控制浮游生物摄食，养殖过程中不出现因敌害生物摄食引起的产量降低和藻体结团。
5、自然条件开放式培养硅藻，无需架设大棚，无需消毒水体，可在高温、强光、雨水等自然条件下，稳定生产硅藻。
6、生产成本低，可大量提供低成本硅藻原料进行深加工，就有很强的经济性竞争优势。
研发中心开发的硅藻开放式养殖技术在生产成本上也具有巨大优势，可以推广到以前因成本问题而无法应用的多个行业，如生物能源、生物环保、生物医药、饲料添加剂、食品添加剂等。
发展硅藻养殖及深加工产业意义重大，主要体现在以下五个方面：
1、硅藻的养殖不“与粮争地”。硅藻生产可以选择近海、滩涂、沼泽和盐碱地等无法种植农作物的土地，发展硅藻养殖业不会减少粮食种植面积，并可逐步将盐碱地改造为良田。
2、硅藻养殖属于绿色环保产业。每生产1吨硅藻，大约可吸收1.6吨的二氧化碳，并释放1吨氧气。
3、硅藻应用价值高，可提取天然多孔纳米材料，也可生产抑菌、抗肿瘤药物，在饲料、化工等行业也极具应用前景。
4、硅藻生产过程不使用除草剂、杀虫剂等有害化学品，无不良环境影响。
5、硅藻大约含有1/3硅藻壳、1/3植物蛋白和1/3油脂，三者均具有很高应用价值，而且硅藻是优质的植物蛋白和油脂来源。
总之，硅藻的开发应用将是一个极其庞大的生态产业系统，它将是材料领域的一场革命，不仅可满足我国各种高、精、尖材料的需要，而且将在工业、农业、国防、医药、粮食和能源安全等方面发挥巨大作用。