能源是人類生存與發(fā)展的生物基礎，傳統(tǒng)的能量有水、木材、石油、天然氣和煤炭等。但是隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，能源的過量消耗，如石油、煤炭等目前大量使用的能源正面臨枯竭的危機，同時新的能源生產(chǎn)供應系統(tǒng)又未能建立，由此產(chǎn)生了在交通運輸、金融等方面的一系列問題。
　　尋找新型能源形式是永恒話題
　　光合作用，為包括人類在內(nèi)的幾乎所有生物的生存提供了物質(zhì)來源和能量來源。據(jù)估計，地球上的綠色植物每年大約制造五千億噸有機物，遠遠超過了地球上每年工業(yè)產(chǎn)品的總產(chǎn)量。所以，人們把地球上的綠色植物比作龐大的“綠色工廠”。不僅如此，煤炭、石油、天然氣等燃料中所含有的能量，歸根到底都是古代的綠色植物通過光合作用儲存起來的。因此，光合作用對于人類乃至整個生物界都具有非常重要的意義。
　　然而，諾貝爾化學獎得主哈特穆特·米歇爾卻指出，植物光合作用僅有不到1%的太陽能會儲存在生物質(zhì)當中。如果我們完全依賴植物光合作用來生產(chǎn)能源作物，地球上的森林很快就會消失。
　　米歇爾提出：千萬不要依賴光合作用作為能源生產(chǎn)的唯一途徑。這揭示了未來能源發(fā)展的趨勢：尋找新型能源形式將是社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過程中的永恒話題。
　　新型能源- - - 浮游植物、轉(zhuǎn)基因藻類
　　浮游生物，即在海洋、湖泊及河川等水域中，那些自身完全沒有移動能力，或者有也非常弱，因而不能逆水流而動，而是浮在水面生活一類生物的總稱。
　　浮游植物每年通過光合作用可制造高達360億噸的氧氣，占地球大氣氧含量的70%以上，在進行光合作用的同時產(chǎn)生大量的能量儲存在其體內(nèi)。浮游植物中的藻類，其數(shù)量又占浮游植物數(shù)量的60%以上，其生產(chǎn)力占全球總生產(chǎn)力的45%以上，占地球上自養(yǎng)生物年蓄積碳元素量的40%。
　　無論是從儲存能量，還是產(chǎn)生氧氣、清除二氧化碳的能力來看，藻類等浮游植物可算是一大型光轉(zhuǎn)化與儲存工廠。
　　在大湖泊和海洋中，光合作用幾乎都在真光層內(nèi)進行。據(jù)科學家計算，整個海洋具有光合作用的浮游生物，每年通過光合成的總碳素量估計可達200億甚至250億噸。如果利用基因工程技術對能夠進行光合作用的浮游生物，包括微生物，進行適當?shù)幕蚬こ谈脑?，就能夠使得這些生物的有機物合成效率進一步提高，并且能夠選擇性地為人類合成我們所需要的有機物。
　　要想實現(xiàn)充分利用浮游生物開發(fā)新能源的目的，需要建造新型的浮游生物養(yǎng)殖場，建造全方位透明的飼養(yǎng)池以增加單位面積的光照強度和光合作用的效率。
　　藻類生物具有光合效率高、生長周期短、速度快、數(shù)量龐大等特點，并有其自身獨特的結構特點- - -結構中有一多半是油脂。以這一系列特點為基礎，針對其潛在的利用價值，美國制定了1978-1996年間完成國家可再生能源實驗室《水生物種計劃- - -藻類生物柴油》計劃以及2007年微型曼哈頓計劃- - -藻類生物原油研究；與此同時于2009發(fā)布了《藻類生物燃料技術路線圖》。
　　微藻制油的原理是利用微藻的光合作用，將化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為微藻自身的物質(zhì)從而固定碳元素，再通過誘導反應使微藻自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂，然后利用物理或化學方法把微藻細胞內(nèi)的油脂轉(zhuǎn)化到細胞外，再進行提煉加工，從而產(chǎn)出生物柴油。
　　值得注意的是，特殊品系微藻類的產(chǎn)油能力可達油脂作物的數(shù)倍。藻類生物燃料采用燃燒產(chǎn)熱的方式利用生物質(zhì)能源，將微藻類的生物質(zhì)干燥后，像高等植物木材般燃燒產(chǎn)能，此舉也大大提高了藻類生物的利用率。
　　藻類產(chǎn)油日益受到人們的高度重視，但這一新型能源的開發(fā)依然存在問題，如大部分藻類的產(chǎn)油量不超過自身重量的10%。為尋找產(chǎn)油量高的藻類，目前美國的多個科技公司和實驗室正在加緊進行轉(zhuǎn)基因超級藻類的研發(fā)?，F(xiàn)有公司已經(jīng)測出了藻類的基因序列，擬通過添加和操縱基因造出高油產(chǎn)量的藻類系列，以期藻類的產(chǎn)油量超過自重的40%。
　　轉(zhuǎn)基因藻類目標是“馴化藻類，把它變成一種作物”，從而生產(chǎn)出藻類生物原油、藻類生物汽油、藻類天然氣、藻類氫氣等產(chǎn)品，增加自然界光合利用率，緩解能源緊缺問題。在石油價格大幅上升、糧食短缺問題日漸突出的今天，該產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。
　　新型能源- - - 微生物發(fā)酵
　　隨著科學技術的進步，微生物在新能源開發(fā)應用領域有著光明的前景。
　　如微生物與生物柴油。微生物油脂是酵母、霉菌、細菌、藻類等微生物在一定條件下，以碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂作為碳源，在菌體內(nèi)產(chǎn)生的大量油脂，將之規(guī)模化生產(chǎn)即可得到生物柴油。此方法污染少、成本低、工藝較為簡便，同時充分利用了玉米秸稈等廢棄物制造綠色能源。通過技術手段突變從而產(chǎn)生高產(chǎn)油菌株，使得生物柴油的生產(chǎn)回報更加豐厚。
　　再比如，微生物制氫。氫能源具有清潔無污染、能量密度高等特點，被認為是未來經(jīng)濟發(fā)展的理想綠色能源之一。生物制氫因其具有低能耗、低成本、無污染和可再生性等優(yōu)勢，一直是國際研究的熱點。光合細菌可以使有機物分解產(chǎn)生氫氣，且產(chǎn)氫的能量轉(zhuǎn)化率及氫氣的純度均較高。其中，研究較多的是深紅紅螺菌。它能夠以有機廢料為原料進行光合產(chǎn)氫。據(jù)報道，只要在合適的底物和環(huán)境條件下，光合細菌就能進行光照放氫的代謝反應，生產(chǎn)出綠色清潔的能源。
　　還比如，微生物與燃料酒精。在微生物作用下，將糖類、谷物淀粉和纖維素等物質(zhì)通過乙醇發(fā)酵生產(chǎn)出燃料級乙醇，從而替代石油作為新型燃料，這是微生物在能源領域的又一應用。該技術具有低污染、低成本、燃燒完全等特點，是當前許多國家應對能源危機的舉措之一。
　　微生物與沼氣運用也是值得關注的技術。沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化或厭氧發(fā)酵，是指有機物質(zhì)如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等，在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合氣體- - -沼氣的過程。該技術的研發(fā)與應用，不僅有助于減少目前對礦物燃料的依賴，而且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境改善等諸多方面都有積極作用。
　　重要的是，微生物能源是利用純天然微生物自身發(fā)酵產(chǎn)生的能源，其自身燃燒產(chǎn)生的氣體對地球環(huán)境的影響將比傳統(tǒng)能源少很多，且賴于其巨大的數(shù)量及快速的繁衍速度，人們不用擔心它會迅速枯竭。這些特點預示著這一能源形式將在未來人類發(fā)展中具有廣闊前景。
　　清潔能源- - - 生物能
　　清潔能源是指在生產(chǎn)和使用過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，或可再生、消耗后可得到恢復，或非再生（如風能、水能、天然氣等）及經(jīng)潔凈技術處理過的能源（如潔凈煤油等）。其中，生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用。
　　生物能具有許多優(yōu)點，如提供低硫燃料，在某些條件下提供廉價能源，將有機物轉(zhuǎn)化成燃料從而減少對環(huán)境的公害，且與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，生物能技術上的難題較少。
　　此外，微藻光合制氫是以太陽能為能源，以水為原料，通過微藻的光合作用及其特有的產(chǎn)氫酶系把水分解為氫氣和氧氣，其顯著特點是生產(chǎn)過程清潔、催化效率高、能量消耗小，是典型的清潔型能源。同樣地，雖然目前微生物制氫反應機理研究不夠透徹，但它毫無疑問是國內(nèi)外又一生產(chǎn)清潔型能源的方法。
　　能源枯竭與環(huán)境污染已經(jīng)成了世界頭等難題，為緩解常規(guī)能源的供給不足，保證能源的可持續(xù)性供應以及安全新型能源的開發(fā)刻不容緩。有理由相信，浮游藻類、微生物等通過光合作用產(chǎn)生的生物能源，在未來新型能源的發(fā)展中，將憑借其自身的優(yōu)勢發(fā)揮重要作