微藻柴油

一：定义1988年，德国聂尔公司首次研发出以菜籽油为原料的新型清洁能源———生物柴油。生物柴油是以动植物为原料通过与醇类进行酯交换反应制得的脂肪酸甲酯的总称。随着经济全球化，世界能源紧缺和日益加剧的环境问题，使得人们越来越关注能源问题，而生物柴油作为绿色可再生能源，受到人们的普遍关注，引起了科研工作者的浓厚兴趣。但就目前而言，生物柴油的主要原料为高油脂农作物油、木本油料植物油、动物油脂和餐饮废弃油脂，如菜籽油、棉籽油、棕榈油等。但由于这些原料的成本较高，种植周期较长，经济可持续性差，如果大面积种植可能对粮食作物生产构成威胁，找到一种可再生的原材料制备生物柴油已迫在眉睫。而藻类是一类分布广泛，环境适应能力强，且具有光合作用的特殊物种，并且藻类可以在不宜农耕的土地上生长，不占用耕地，不会影响食物的供给，从而不会造成粮食危机。藻类没有换季和生产周期的限制，并且来源丰富，能给生物柴油提供丰富的原材料。倡导绿色生活，共建生态文明，将藻类作为生物柴油的原材料，这已经引起了国内外科学家的重视。（王洁妮）
微藻油脂的主要组成成分是C12~C22的脂肪酸，且以不饱和脂肪酸为主。脂肪酸在细胞内通常以贮存脂质、结构脂质和活性脂质的形式存在。下表就是主要的脂肪酸分数表，游离脂肪酸较少，在微藻内主要以甘油三酯（TAG）形式存在。
萄糖经过EMP途径转化为丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的作用下生成乙酰辅酶A;②乙酰辅酶A是脂肪酸合成的前体物质，它先在乙酰辅酶A梭化酶(ACC)的作用生成丙二酰辅酶A;③丙二酰辅酶A在脂肪酸合成酶(FAS)的作用,之后进行连续的酰基碳链延长的聚合反应，形成甘油三脂(TAG)。
2008年奥巴马在竞选美国总统时宣称：生物燃料—特别是生物柴油是一个关键的资源，再使美国富强，由于使用在本土生长的可再生原料，它将创造新的“绿色就业机会”(Green Jobs), 同时减少对国外石油的依赖。2009年6月报导(ICIs Chemical Business)：美国将投资和贷款保证来支持生物炼油厂和生物化工。
二：微藻柴油的优点：
不含石蜡,闪点高,燃烧性能和效率要高于普通柴油,使用时更安全;同时可以通过种植、养殖或培养源源不断地得到其原料,因而可再生;生物柴油产品中含硫和氮较少,可以减少SO2和NO的排放。目前以植物油脂和动物油脂为原料生产的生物柴油大约占所需柴油的3%,而增加生物柴油所需的植物油脂和动物油脂的产量将导致世界粮食供应问题。与其他油料作物相比,利用微藻培养生产生物柴油所需占地面积最少(表1),同时微藻培养可以利用滩涂地、荒废地等非耕地,因此微藻培养生产生物柴油不会导致世界粮食供应问题。（郑洪立）
密闭式培养系统通常又称光生物反应器，反应器的类型包括[}s}}:平板式、管道式、鼓泡塔、柱状气升式、搅拌式和浮式薄膜袋等。如今，研究设计光生物反应器是微藻培养系统研究的热点。相对于开放式跑道系统来说光生物反应器具有培养条件更好控制、生产效率更高、不易染菌、水消耗少和可对参数进行控制等优点，但也存在建设和运行成本高、技术先进但不成熟等缺点。
微藻脂肪酸的含量影响着生物燃料质量，因此不同类型的藻类可以用于不同生物燃料的制备。不同种类的微藻，细胞中的脂质含量(油与细胞干重之比)是不同的(如表1。微藻的脂肪酸含量一般可以达到细胞干重的20%一50%，甚至葡萄藻的脂质含量可达到细胞干重的75%左右。微藻中的油脂主要是由不同的脂肪和脂肪酸回等在结构上由碳链进行组成后所形成的含碳化合物。微藻中的脂肪酸主要是由C,:一CZ:的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸组成的(如表2 04} }，以不饱和脂肪酸为主，此外还存在少量的饱和脂肪酸。一般情况下，这一类的物质是作为一种储能物质在微藻中存在。由于不同的生理特性，每一种藻类脂肪的含量是不相同的。
英国石油(BP)与Martek Biosciences合作研发从糖生产微藻生物柴油。B.P. 初期投入一千万美元。Martek进行有关生物技术的研发，B.P.从事有关的燃料销售与使用。
美国Chevron公司的分部，Chevron新技术部，与Solazyme生物技术公司合作开发微藻生物柴油。使用优化Solazyme独有的微藻生物柴油生产技术，同时利用以生产生物喷气燃料。
美国还制订了微藻生物燃料技术路线图。在2008年12月9-10日的会议上提出了实现商业规模微藻生物燃料工业的难关和战略，指导在微藻的科学与工程领域里微藻的培育、生产、加工和转化；并制订了技术经济模型，用于指导研发、政策、商业发展的决策。
跨国石油集团也纷纷投入巨资进入微藻生物柴油的研发。2009年7月13日EXXON-Mobil宣布投入6亿美元与Synthetic Genomics Inc. 合作开发微藻生物柴油。要求这项研究从试管到百万加仑以上生产规模。他们预计5-10年后开始工业生产。
微藻的大规模培养需要有效的培养系统。目前培养微藻的系统主要分为开放培养系统和密闭式培养系统。开放式培养系统主要包括浅水池、跑道池、循环池和池塘四种类型;其中跑道池是现今运用最广的开放式培养系统。图为开放式跑道系统。跑道常深15- 35 cm，跑道的一侧有叶轮提供动力，确保水的循环和混合。这就跟我们在实验室看到的那个绿色大的跑到状的容器类似。
这个表里面展示的是普通油料作物与微藻的产油相比较，以全球运输所需燃料作为衡量标准，如果……需要占用41.3%的耕地面积，而使用微藻则可将面积控制在2.1%左右。而在产油微藻内部进行对比，则可以看到不同的微藻内部含油量不同，因而相应的产出的油品的质量也有所不同。现在比较广泛的是布朗葡萄藻，小球藻，和杜氏藻等。
平板式反应器主要是由透明材料做成，通常由循环装置、控温系统、板式反应器、光源及CO:供给系统构成。其大型照明表面面积具有通光率高、溶解氧浓度积累量低且藻体分散效果好等优点，但是平板式反应器也伴随着大规模化培养需要的空间和材料大、水的流动性差、不易控温和粘壁严重等问题。
管式反应器由透明材料(如玻璃和塑料)制成，形状有直的、螺旋状、圈状等。管道一般相互平行安置，以最大限度的照明和节省占地面积。管式反应器具有比表面积大、建设成本低、易清洗及适合户外培养等优点;但是也有诸如粘壁严重、占地大、营养分布不均等缺点。
平板式反应器主要是由透明材料做成，通常由循环装置、控温系统、板式反应器、光源及CO:供给系统构成。其大型照明表面面积具有通光率高、溶解氧浓度积累量低且藻体分散效果好等优点，但是平板式反应器也伴随着大规模化培养需要的空间和材料大、水的流动性差、不易控温和粘壁严重等问题。
管式反应器由透明材料(如玻璃和塑料)制成，形状有直的、螺旋状、圈状等。管道一般相互平行安置，以最大限度的照明和节省占地面积;管道的直径通常要小于10 Clll以便于增加光的透光率[[65]。管式反应器使用水泵或气升循环作动力，动力产生的湍流保持在反应器内，让营养物质均匀分布、改善气体交换、减少细胞沉淀且让藻体在光与暗区之间流动[[66]。管式反应器具有比表面积大、建设成本低、易清洗及适合户外培养等优点;但是也有诸如粘壁严重、占地大、营养分布不均等缺点。
CLPAT)作用下在sn-2位置发生酷化反应生成磷脂酸(PA )，磷脂酸(PA)在磷脂酸
酶(PAP)的作用下形成二酞甘油(DAG)，最后二酞甘油(DAG)在二酞甘油酞基转
移酶(DAGT)的作用下形成甘油三脂(TAG)。
四、培养系统：
微藻的大规模培养需要有效的培养系统。目前培养微藻的系统主要分为开放培养系统和密闭式培养系统。开放式培养系统主要包括[[57]:浅水池、跑道池、循环池和池塘四种类型;其中跑道池是现今运用最广的开放式培养系统。图1-2展示了微藻的几种培养系统。
从上述报导可见：国际跨国石化集团纷纷投入巨资，与著名生物技术公司合作，优势互补，开发微藻生物柴油。
图中：美国海军2010年进行了一次“绿色大黄蜂”飞行试验，F/A-18超级大黄蜂战斗机的燃料中Baidu Nhomakorabea有50%的生物燃料。
所谓的微藻柴油：利用藻类的光合作用产生的藻类物质，经过一系列的提取加工之后得到的油类产品。
那所谓的微藻柴油就是指：微藻柴油：利用藻类的光合作用产生的藻类物质，经过一系列的提取加工之后得到的油类产品。其实用右边的图就可以形象的表示，微藻利用光合作用产生含碳物质，之后这部分物质通过细胞破碎等方式提取出来，经过一系列加工就变成了生物柴油。这就是我们那天参观五楼实验室的时候，那位学姐向我们介绍试管内的微藻油脂。
微藻细胞中的游离脂肪酸很少，大多数脂肪酸以TAG的形式存在。TAG在细胞内的合成大致需要经过以下步骤[38-40]①葡萄糖经过EMP途径转化为丙酮
酸，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的作用下生成乙酞辅酶A;②乙酞辅酶A是脂肪酸合成的前
体物质，它先在乙酞辅酶A梭化酶(ACC)的作用生成丙二酞辅酶A;③丙二酞辅酶A
这时候大家把目光转向了藻类。藻类的生长周期短，来源比较广，再加上可以滩涂地、荒废地等非耕地,因此微藻培养生产生物柴油不会导致世界粮食供应问题。
有一种说法是：金融危机促使微藻柴油崛起。2008年奥巴马将“生物柴油”的推广放到了一个较为重要的位置，一方面是为减少本国能源对外依赖，增强国家能源安全；另一方面则是期望这一“绿色就业”（Green Jobs）的兴起可以创造更多的就业机会，缓解经济危机的影响。
浮式薄膜袋通常以透明的聚乙烯为材料，培养时让薄膜袋漂浮于水池之上，向薄膜袋中注入培养基并接藻种[[71 ]。浮式薄膜袋具有受光面大、污染机会小、成本低、保温性好和操作简单等优点，但是也伴随着易破损漏水、受场地限制等缺点。由于薄膜袋自身的限制，目前它仅仅在微藻的中继培养(二级培养)上有广泛的应用。
五：微藻种类：
三：微藻柴油的形成机理：
微藻油脂的主要组成成分是c12--=c22的脂肪酸，且以不饱和脂肪酸为主。脂肪酸在细胞内通常以贮存脂质、结构脂质和活性脂质的形式存在[[36]，根据油脂的疏水性的差异，微藻细胞内的油脂可分为极性油脂和中性油脂两类。在微藻的培养过程中，微藻细胞内的油脂积累同其它富油微生物一样容易受到外部的物理和化学条件的影响。通过调节诸如温度、pH,氮源、碳源、磷源、硅源和培养方式等条件，可以提高微藻细胞内的油脂积累量。（胡文君）
生物柴油是以动植物为原料通过与醇类进行酯交换反应制得的脂肪酸甲酯的总称。
其实生物柴油的概念提出在1988，德国的一家公司以菜籽油生产生物柴油。近几年来，随着世界能源紧缺和环境问题的严峻化，使得生物柴油作为一种可再生的以及环保的能源受到人们的关注。但是，由于生物能源本身具有的一些问题，制造成本比较高，有数据显示约75%的成本为原材料成本。而且如果大量种植传统产油植物，会造成粮食供应造成影响。因而生物柴油相较普通柴油价格高，这使得它的推广有一定难度。
开放式跑道系统是最古老最简单的大规模培养微藻的系统，通常是用塑料或混凝土构成，跑道常深15= 35 cm，跑道的一侧有叶轮提供动力，确保水的循环和混合。开放式跑道系统具有成本低廉、操作简单和建造容易等优点，但同时它也有诸如效率低、培养条件不易控制和藻体收集困难等缺陷，目前只适合于能在苛刻环境下生长小球藻、盐藻、螺旋藻等特定藻种。
在脂肪酸合成酶(FAS)的作用下进行连续的酞基碳链延长的聚合反应，经过脂肪酸合
成酶(FAS)的作用会合成不同链长(C8}=C18)的脂肪酸酞基辅酶A;④脂肪酸酞基辅酶A和3一磷酸甘油(G3P)在甘油三磷酸酞基转移酶(GPAT)的作用下在sn-1位置
发生酷化反应生成溶血磷脂酸(LPA )溶血磷脂酸(LPA)在溶血酸磷脂酸酞基转移酶
鼓泡式和气升式反应器主要应用于化学工业和污水处理等生物处理过程。鼓泡式和气升式反应器具有传质效果好、易消毒、易清洗、能耗低、混合效果好等优点，但是也有诸如设备贵、光感应面小和受光面积小等缺陷[[67-69]
搅拌式反应器是微生物培养中使用比较广泛的一种反应器，通过对搅拌式反应器添加光源设备可以培养海带细胞和小球藻等[70]。但由于搅拌式反应器是直径较大的圆柱状结构，从而导致采光效果不好，不适合微藻的自养培养，所以现今搅拌式反应器多运用于异养培养微藻。