微藻生物能源教学内容
第五章 微藻生物能源
论文数量
日韩168 中国大陆 213
南美洲 146
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
2001-2010年微藻能源学术论文统计
欧洲 1000 2001-2010年微藻能源的学术论文统计（按国家） 美国 406
2007-2009年NATURE、SCIENCE上发表5篇微藻能源的评论
2001-2010年微藻能源学术论文统计
现状：大多在实验室研究、少数开始进行初步的中试研究 （无实验数据报道），尚无规模化的微藻能源制备系统方面的报道
埃克森美孚启动微藻生物燃料
国内主要的研究单位
课题组
清华大学吴庆余课题组 国家海洋局第一研究所郑力课题组
研究领域
异养培养产油小球藻、油脂提取和生物柴油加 工研究。 从事能源微藻藻种筛选等。
为什么是微藻？ 光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制 造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收的 光能的比值。
植物：1%
光 合 作 用 效 率 高
藻：3.5%
微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高 • 1、反应物浓度更高 近3000倍
1L空气中含有约5.9×10-4 g CO2 1L水中含有约1.7gCO2
(
)
硅藻门
褐藻门 裸藻门 绿藻门 轮藻门 小球藻等
什么是微藻？
微藻（Ｍicroalgae）是一类在陆地、海洋分布广泛，营养 丰富且光合利用度高的微型自养植物。地球上微藻种类繁多 ，但目前被人类发现并利用的种类不多，特别是海洋微藻， 目前开发的更是微乎其微。
绿 藻
红 藻
硅 藻
物种
已发现数量
微藻生物质能源
• 1.从实用的角度看，它们易于栽培，可以生长，很少甚至不注意， 使用不适合人类食用的水，容易获得营养。
• 2.与传统的林业、农作物和其他水生植物相比，它们的增长率和 生产力要高得多，比其他生物柴油原料所需的土地面积少得多。
• 3.微藻可以为生物柴油、甲烷、氢、乙醇等几种不同类型的可再 生燃料提供原料。海藻生物柴油不含硫，性能优良，同时减少微
• 微藻是一类在陆地、海洋分布 广泛，营养丰富、光合利用度 高的自养植物，细胞代谢产生 的多糖、蛋白质、色素等，使 其在食品、医药、基因工程、 液体燃料等领域具有很好的开 发前景。
• 原核微藻 • 真核生物
• 1.光 • 光源 • 光质 • 光在细胞悬浮液中的穿透
• 2.营养物质 • 碳、氮、磷等营养元素是微藻细胞合成的基础。
粒物质，CO，碳氢化合物和SOX的排放。
• 微藻中含有多糖、不饱和脂肪酸、蛋白、色素、油脂等生物活性 物质，对于生物活性物质的研究开发是微藻高技术产业发展的一
个重要方面。而其中的油脂可转化为柴油，减少石油使用，减少
二氧化碳排放，改善生态环境，Байду номын сангаас全球变暖、温室效应进行缓解，
在一定程度上减少地球能源负担。
• 3.超临界CO2萃取法
• 提取效率高于传统的有机溶剂 提取法，可提取出微藻样品中 几乎全部的油脂，且此方法无 毒安全，同时，其提取过程不 影响萃取物有效成分。
• 为了避免与食用植物油的竞争，低成本的生物柴油应从低成本的 原料中生产，如非食用油脂、用过的油炸油、动物脂肪、肥皂原 料等。
• 然而，现有的废油和动物脂肪数量不足以满足当今对生物柴油的 需求。
• 微藻的应用十分广泛，但微藻也会对人类产生一定的危害, 对有 益的微藻,应加大开发的力度。对有害的微藻, 应进行深入的研 究, 最后达到防治有毒藻的发生、消除藻类的毒素或改变藻类毒 性、提取藻类毒素供药用等, 化害为益。
利用微藻生产生物质能源的研究
利用微藻生产生物质能源的研究随着全球能源需求的不断增长和化石能源日益枯竭，寻找替代能源已成为当今世界的热点问题。
生物质能源因其可再生、清洁、低碳的特点备受关注，而利用微藻生产生物质能源的研究成为当前研究的热点之一。
1. 微藻生产生物质能源的意义微藻具有光合作用效率高、生长周期短、生长速度快等优势，是生产生物质能源的理想生物资源之一。
利用微藻生产生物质能源可以有效减少对化石能源的依赖，降低温室气体排放，为人类社会可持续发展提供重要支撑。
2. 微藻生产生物质能源的技术路线微藻生产生物质能源的技术路线主要包括微藻培养、油脂提取和生物质能源生产三个环节。
在微藻培养方面，优化光照、温度、营养盐等环境条件对提高微藻生长速度和油脂含量至关重要；油脂提取则是将微藻中的油脂分离并提炼成生物燃料；生物质能源生产则通过将微藻油脂转化为生物柴油、生物乙醇等燃料形式。
3. 微藻生产生物质能源的挑战与机遇尽管微藻生产生物质能源前景广阔，但仍然面临着一些挑战。
例如，微藻培养过程中存在的污染、光照和温度变化对微藻生长的影响等问题亟待解决。
然而，随着科技的不断进步，为微藻生产生物质能源提供了更多的技术手段和方法，未来发展的机遇依然充满希望。
4. 微藻生产生物质能源的发展趋势随着环保意识不断增强，对可再生能源的需求也在逐渐增加，微藻生产生物质能源的发展前景可谓一片光明。
未来，随着技术的日益成熟和生产成本的降低，微藻生产生物质能源有望成为主流能源之一，为人类社会的可持续发展贡献力量。
5. 结语利用微藻生产生物质能源是一个具有巨大发展潜力的研究领域，需要科研人员们共同努力，不断探索创新，以推动微藻生产生物质能源技术的发展。
相信在不久的将来，微藻生产的生物质能源将会成为能源领域的新宠，为人类社会的绿色发展贡献更多力量。
微藻生物能源..
3. 微藻生物柴油生产过程与CO2减排的耦合
• CO2减排已成为亟待解决的全球性问题，随着2012年的接近，中国企业
CO2减排压力越来越大，CDM市场非常巨大。
• 微藻的光自养生长过程可固定大量CO2，这对于CO2减排问题的解决具 有重要的潜在应用价值。 • 微藻培养成本高（2万元/螺旋藻、5万元/小球藻），仅从CO2减排角度 利用微藻光自养培养来固定CO2的成本太高。 • 已有微藻生物技术产业规模很小（全球微藻粉的产量约2万吨/年），即 使全部利用CO2作为碳源，其消耗量也很少（每年不超过4万吨CO2，但 排放62亿吨/47.6亿吨），且利用微藻吸收CO2技术目前尚不成熟。 • 生物柴油的市场需求量极大（中国1亿吨/年），因此微藻生物柴油产业
以及厨房回收油，将其与甲醇进行酯交换反应，
得到脂肪酸甲酯（FAME）即生物柴油，并副产 甘油。
生物柴油的制备方法
生物柴油
• 3 通常掺入柴油 中的比例 10%--20%，性能变化不大，
如 100% 代替，则存在寒冷地区或季节流动性能不良和
对橡胶材料侵蚀问题。 • 4 原料中含不饱和脂肪酸多时，所制得的FAME 氧化稳
光计划，1978）、环境保护技术开发计划（1989）、能
源与环境领域综合技术开发推进计划（新阳光计划， 1993）；印度的乙醇利用计划（1975）、巴西的乙醇能 源计划—普洛阿尔库尔计划（1976）等。经过多年的研 究和开发，很多国家以粮油作物为资源的生物质能开发已 实现了规模化生产。
生物乙醇
• 生物乙醇 --- 应用很久源于生物的内燃机燃料, 现在巴西
化石能源不可持续性
马尔代夫总统纳希德在水下 内阁会议上签署环保倡议书
1.0
1998年
生物质能源--微藻
绿 藻
红 藻
硅 藻
物种
已发现数量
已发现占估计数比例（%）
淡水微藻
海洋微藻
２.２×104
０.7×10４
>90
＜10
CO
2
+ H2 O2 O + 光 微藻（海洋单细胞藻类）是地球上最早的生物物种
，已经在地球上生存了35亿年之久，能在水中进行光合作
生物质 +
用释放出氧气，在自然界物质和能量循环中发挥了极其重
微藻 比表面积:1.3×103 m2
相同质量的微藻比表面积是树叶的1.3×106倍， 比表面积越大，受光面积越大，越有利于光合作用。
•
5、更高含量的光合作用单位
植物光合色素含量占 其干重约0.05%,分布 于树叶、树干等组织 中细胞的特定部位， 不有利于光合产物的 合成与转运。
植物光合天线
微藻光合天线
微藻含有丰富的蛋白、色素、维生素、多糖等生物活性物 质，可直接用作饵料、饲料及其添加剂。
纯蛋白大豆 高质纯牛奶 乌克兰 乌克兰种牛 我国 混合饲料 出路：高蛋白微藻饲料替代 三聚氰胺牛奶
造成我国目前牛奶质量不高的主要原因是饲料，微藻蛋白 质含量为３０～８０％，因此是良好的蛋白替代饲料。
微藻光自养生长过程与其他生物质相比，具有5大优点：
微藻工业、味精废水处理行业和饲料行业联产，实现饲料、 副食、生物
柴油多联产，达到废弃物资源化，基本上消除了水污染，每年可净减排废水约
5亿吨。
排出
处理
我国味精行业
年排放废水约5亿吨
谷氨酸等
要的作用，因此微藻的出现为地球上其他生物的出现奠定 了物质和气候基础。
光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制 造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收的 光能的比值。 光 合 作 用 效 率 高
微藻生物质可再生能源的开发利用
2、技术进步对海洋能源开发利 用的推动
随着科技的不断进步，我国在海洋能源开发利用方面的技术水平也在逐步提 高。未来，技术的不断创新和进步将为我国海洋可再生能源的开发利用提供更强 的支撑。
3、市场需求和消费者偏好对海 洋能源开发利用的驱动
随着消费者对清洁能源的认知度不断提高，对于环境和气候变化的度也在提 升，这将进一步促进海洋可再生能源的开发利用。同时，市场对于绿色、环保、 节能产品的需求也将推动海洋可再生能源产业的发展。
五、微藻生物质可再生能源开发 利用案例分析
以美国“微藻生物质能源计划”为例，该计划通过研究不同环境下的微藻种 类，筛选出适合生产生物油的微藻品种。同时，采用封闭式培养和开放式培养相 结合的方式，实现微藻的大规模生产。在转化方面，计划采用热裂解技术将微藻 生物质转化为生物油，并进一步探索生物发酵和氢化等其他转化方法。
国外在海洋能源开发利用方面已经取得了很多成功的案例和经验。例如，欧 洲的挪威和英国在海洋能源开发利用方面处于全球领先地位，其成功经验包括： 制定长期发展规划、加强技术创新、注重生态环境保护等。
二、我国海洋可再生能源开发利 用的发展趋势预测Biblioteka 、国家政策对海洋能源开发利 用的促进
近年来，我国政府已经出台了多项支持海洋可再生能源开发的政策，例如提 高海洋能源开发利用的地位，制定长期发展规划，加大对海洋能技术研发的支持 力度等。这些政策的实施将对我国海洋可再生能源开发利用产生积极的推动作用。
二、波浪能
波浪能是一种取之不尽、用之不竭的能源，主要利用海浪的起伏来发电。相 较于潮汐能，波浪能具有更广阔的应用前景，因为海浪的分布范围更广，能量密 度更大。目前，许多国家和地区正在积极研发和试验波浪能发电技术，如英国的 海洋能源中心和我国的浙江舟山群岛等。
微藻生物能源1.0
生产工艺---加工
直接液化需要通入高压气
体，使用溶剂，对设备有一 定要求，成本较高等缺点使 其应用受到一定限制。但对 于含水率高的藻类生物质， 使用直接液化技术不需要进 行脱水和粉碎等高耗能步骤， 反应条件比快速热解要温和， 且湿藻的水能提供加氢裂解 反应所需的· H，有利于液化 反应的发生和短链烃的产生， 与快速热解相比能够获得高 产率、高热值、黏度相对较 小、稳定性更好的生物油。 因此，直接液化将会是微藻 热化学转化制备生物油发展 的主流方向，极具工业化前 景。
L/O/G/O
微藻生物质能源
制作人：吴思源 杨朝君 主 讲：吴思源
目录
1 2 3 4
微藻概述
植物及生物学特性 优势 生产工艺
5 6 7
发展历程
现状及面临问题 发生生物界一类真核生物(有些 也为原核生物）。主要水生，无维管 束，能进行光合作用。体型大小各异， 小至长1微米的单细胞的鞭毛藻，大至 长达60公尺的大型褐藻。藻类没有真 正的根、茎、叶，也没有维管束。 藻类个体大小悬殊，其中，只有在显 微镜下才能分辨其形态的微小藻类类 群被人们称为微藻（microalgae）， 故此微藻不是一个分类学上的名称。
发展历程
进入21世纪，石油价格一度大幅上扬，人们对未来化石能源供应短缺 普遍感到担忧，再加上“使用化石能源导致全球气候变暖”的普遍认 知，微藻能源技术重新受到高度关注，多国政府、研究机构、高校与 大公司等都纷纷投入巨资，以期占领战略制高点和实现技术垄断。 2007年10月，国际能源公司宣布开发微藻生物燃料技术。同年12月， Shell公司宣布与HR Biopetroleum公司组建Cellena公司，投资70亿美 元在夏威夷开展微藻生物柴油技术研究。 美国第二大石油公司Chevron则于当年底宣布，与美国能源部可再生能 源实验室协作研究微藻生物柴油技术。 荷兰AlgaeLink公司也于当年宣布开发成功新型微藻光生物反应器系统， 开始向全球销售其反应器，并提供技术支持。 2008年，英国碳基金公司启动项目，计划耗资2600万英镑于2020年前 实现利用藻类生产运输燃料。 奥巴马政府上台后，美国启动了绿色能源拉动经济增长的新计划，20亿 美元的投入中有12亿美元用于微藻生物能源技术研发。
生物能源开发中的微藻技术研究
生物能源开发中的微藻技术研究近年来，环境污染和气候变化正在威胁着地球的健康和稳定。
因此，人类需要寻找一种可再生、清洁和可持续的能源，以替代传统的化石燃料。
在这种情况下，生物能源已经成为了一种备受关注的替代能源，而微藻技术则是生物能源领域中的一个重要研究方向。
一、微藻介绍微藻是指直径小于100微米，具有单一细胞结构的藻类。
它们生活在各种水域中，包括淡水、海水和咸水，可以通过光合作用从水和CO₂中吸收能量，产生有机物和氧气。
由于它们具有高光合效率，可以通过其代谢产生多种有用的化合物，如脂肪酸、类胡萝卜素、蛋白质和多糖等，因此，微藻被视为一种有潜力的能源来源。
二、微藻在生物能源领域的应用1.生产油脂由于微藻能够积累大量的脂肪酸，因此它们被广泛用于生产生物燃料和化学品。
事实上，微藻比其他来源更适合作为生物燃料的原料，因为微藻的生长速度非常快，同时脂肪酸的产量也非常高。
此外，微藻的生长和收获和传统作物不同，它们可以在陆地上生长，也可以在污染水体中生长。
2.生产蛋白质和营养品随着人们对健康食品需求的不断增加，微藻蛋白质的需求也在逐渐增加。
微藻蛋白质是一种高品质、高营养和易于吸收的蛋白质，它们含有比传统的植物蛋白质更多的氨基酸，是一种非常优质的营养品。
3.光电转换器利用微藻的光电反应机制，可以制造出高效能的太阳能电池。
微藻的光电转换效率比传统的硅材料更高，具有更小的成本和更高的能量效益。
此外，微藻还可以被用作能量储存器，可以在不同的环境下储存太阳能，并在需要时释放。
三、微藻技术面临的挑战虽然微藻技术有许多优点，但它也面临着一些挑战。
首先，微藻生产成本较高，需要大量的能源和水资源，这增加了微藻技术的生产成本，降低了它的经济性和可行性。
其次，微藻的生长周期是不稳定的，受环境因素的影响较大，而且生长后期养分供给问题加重也限制了其生产质量和产量。
四、微藻技术面临的未来机遇尽管面临挑战，但微藻技术的未来潜力仍然非常巨大。
生物能源技术中的微藻培养与油脂提取方法
生物能源技术中的微藻培养与油脂提取方法近年来，随着全球环境问题的日益突出以及对传统能源的依赖性不断加深，生物能源逐渐成为人们重要的研究领域。
微藻作为一种潜力巨大的生物资源，其培养与油脂提取方法成为生物能源技术中的研究热点。
本文将就这一主题展开讨论。
微藻培养是微藻油脂提取前的重要步骤，其优化能够提高微藻油脂产量，并保证微藻的生长和代谢活性。
在微藻培养中，光照、温度、培养介质以及气体供应是关键因素。
首先，在光照方面，微藻对光照强度和光周期有一定要求。
一般来说，光照强度在5000-15000 lux之间是适宜的，而光周期一般为12小时光照和12小时黑暗。
此外，不同种类的微藻对光照的适应能力也有所差异，因此需要根据不同种类的微藻进行合理的光照条件设计。
其次，在温度方面，微藻的适宜生长温度范围较宽，一般为20-30摄氏度之间。
在这个温度范围内，微藻的生长速度较快，而超出这个范围后微藻的生长速率会显著下降。
因此，在微藻培养过程中需要控制温度以保持适宜的生长环境。
第三，在培养介质方面，培养基的配方对微藻的生长和油脂积累有着重要影响。
微藻培养介质一般包括碳源、氮源、矿物质以及微量元素等组分。
常用的碳源有葡萄糖、淀粉和蔗糖等，氮源可以选择硝酸盐、硫酸铵等。
此外，微藻还需要适量的矿物质和微量元素来维持其生长与代谢。
最后，在气体供应方面，微藻培养需要提供足够的二氧化碳以供微藻进行光合作用。
为了保持培养液中的二氧化碳浓度，通常采用气体出泡或注入气体的方式。
此外，为了保持混合均匀以及提供氧气，需要适量搅拌培养液。
除了微藻的培养条件，油脂提取方法也是生物能源技术中不可或缺的一环。
油脂是微藻能源利用的重要产物，提取高效并选择合适的方法对于微藻生物质能源的开发至关重要。
常用的油脂提取方法包括物理方法、化学方法和生物方法。
物理方法主要利用微藻细胞壁的物理性质，如超声波法、机械压榨法和温和破碎法等。
化学方法则利用化学试剂来破坏微藻细胞壁并提取油脂，如有机溶剂法、超临界流体萃取法和超临界甲醇法等。
《微藻与生物柴油》教学设计1
《微藻与生物柴油》教学设计
五、教学反思：
本节课从举例生活日用品开始，强调生活中衣食住行的80%都离不开石油，视频播放没有石油的世界，加强石油的重要性。
而石油属于不可再生资源，顺理成章引出一种可以替代石化柴油的绿色替代品生物柴油。
学生通过阅读教材找到生物柴油的定义及原理，思考哪种原料更适合做
生物柴油，学生通过学习通APP阅读文章，找到答案，培养学生提炼信息的能力。
介绍微藻的定义及分类，利用小展台请学生展示制作临时装片的操作，学生利用显微镜观察微藻。
教师介绍微藻的产油过程，了解现实存在的产业化问题。
回归到生活中，生物柴油的应用优势，思考我们中学生能做些什么。
最后播放习主席在第十九次科学院士大会中的讲话，鼓励学生学习科学技术。
通过世博会展示“微藻制油”新技术，习题练习。
七年级生物上册《微藻与生物柴油》教案、教学设计
2.强调微藻生物柴油在环保和可持续发展中的重要性，培养学生的情感态度与价值观；
3.鼓励学生课后查阅相关资料，深入了解微藻生物柴油的最新研究动态；
4.邀请学生分享学习心得，激发他们继续探索生物科学奥秘的兴趣。
五、作业布置
为了巩固本章节所学知识，培养学生的实践操作能力和科学探究精神，特布置以下作业：
因此，在本章节教学中，教师应关注学生的兴趣点，结合他们的实际情况，采用多种教学策略，提高学生的知识水平、技能和情感态度。同时，注重培养学生的实验操作能力、数据分析能力和团队合作精神，使他们在探究微藻与生物柴油的过程中，提升生物科学素养。
三、教学重难点和教学设想
（一）教学重难点
1.知识与技能方面：重点是理解微藻的分类、生长特点及其与生物柴油的关系；难点是掌握生物柴油的制备原理及实验操作。
在此环节，我将组织学生进行小组讨论，以下为具体步骤：
1.将学生分成若干小组，每组选一个组长，负责组织讨论；
2.提出讨论问题：“微藻生物柴油有哪些优点？它在实际应用中可能面临哪些挑战？”；
3.学生在组内展开讨论，记录讨论成果；
4.各组汇报讨论成果，全班分享，教师点评并总结。
（四）课堂练习
课堂练习环节旨在巩固所学知识，以下为具体内容：
在教学过程中，教师应关注学生的个体差异，充分调动学生的积极性，引导他们主动参与课堂活动，使学生在掌握知识、技能的同时，培养良好的情感态度与价值观。
二、学情分析
七年级学生正处于青春期，他们对生物科学充满好奇，具有一定的观察能力和动手操作能力。在此基础上，学生对微藻与生物柴油这一课题的学习具备以下特点：
1.完成课后练习题：根据课堂所学内容，完成教材后的习题，巩固微藻与生物柴油的相关知识。
海藻生物能源PPT教案
内容概要
微藻生物柴油---开发背景 获得微藻生物质柴油的具体途径 我国微藻生物质柴油的研究现状 微藻生物柴油的应用与发展展望
第23页/共69页
生物柴油开发背景
随着日益严重的环境恶化, 控制汽车尾气排放和温室效 应, 保护人类赖以生存的自然环境成为人类急需解决的 问题。同时全球能源需求不断扩大, 寻求可以替代石油 在能源结构中占主导地位的可再生清洁能源是目前普 遍关注的热点。
两种用于制氢的藻类
第41页/共69页
蓝藻固氮酶产氢
1974 年，Benemann等人发现蓝藻在氩气中保存 几小时后，同时产生氢气和氧气。进一步研究发 现，蓝藻具有光合系统I和II，水是最终电子供体。
蓝藻里特有的固氮酶在固定氮气产生氨的同时接 收从Fd（铁氧化还原蛋白）传过来的电子还原H+ 产生氢气。当有氩气存在时，就不存在固氮酶的 底物N2，因此固氮酶就将所有的电子用来产氢了。 其产氢速度是固氮速度的25%~30%。
第25页/共69页
微藻生物柴油的优势
面对植物原料生产生物柴油的诸多问题, 利用微藻产油具 有不与农业争地的明显优势, 而且可用海水作为天然培养 基进行大量繁殖。跟植物一样, 微藻也是利用光照产油, 但却比植物作物的效率高很多。大多数微藻的产油量远 远超过了最好的油料作物。不像其他油料作物, 微藻生长 极为迅速, 而且含有极其丰富的油脂。藻类光合作用转化 效率可达10%以上, 含油量达30% 。微藻的生物柴油产量 是最好的油料作物的8~ 24倍。
生物制氢主要包括细菌制氢和微藻制氢。虽然部分光
合细菌具有利用有机物或还原硫化合物产生氢气的能力， 但是光合产氢细菌没有光合系统！不能利用太阳光和水产 氢，同时由于可用于产氢的有机物的产地和数量等因素也 决定了其应用范围有限，难以为人类大规模提供氢源。微 藻太阳能光水解制氢是通过微藻光合作用系统及其特有的 产氢酶系把水分解为氢气和氧气。根据所利用的酶系的不 同，可分为固氮酶制氢第、40可页/逆共6产9页氢酶制氢。
微藻生物能源
• 1990～2000年，日本国际贸易和工业部曾资助了一项名为“地球研究更新技 术计划”的项目。该项目利用微藻来固定CO2, 并着力开发密闭式光生物反应 器技术，通过微藻吸收火力发电厂烟气中的CO2来生产生物能源。10年间共投 资约25亿美元，筛选出多株耐受高CO2浓度、生长速度快、能形成高细胞密度 的藻种，建立了光生物反应器的技术平台。
* 可再生能源. * 清洁能源,环境污染相对较少. * 易于储存和运输. * 分布广泛.
我国能源储量及可利用能源资源
化石能源储量（亿吨标煤）
煤炭：9883 石油：46 天然气：9 铀矿：25
可再生能源（亿吨标煤／年）
太阳能：13543 生物质能：8 水能：4.1 风能：1.7 潮汐能：0.2
2005年我国能源消费的总量为22亿T标准煤
5% 柴油，需占用 15% 耕地；而在美国上述占用比例分别 为 8% 和 13% 。 • 5 美国目标是将生物源的替代运输燃料所占比例从目前的 不足 5% 提高到2020年的 10% 和2030年的 20% 。
生物质能开发存在的问题
• 生物质能规模化生产逐渐引发了粮食、耕地和水 资源危机，以及土壤结构和植被生物多样性破坏 等生态问题。联合国近期公布的分析报告指出， 生物质能的开发对粮食涨价的贡献达到了75％。 由于上述原因，2008年，美国与欧盟相继修正甚 至中止了利用农作物开发生物质能的项目。美国、 欧盟、澳大利亚、日本、印度等国政府和企业都 投入了大量资金来进行海洋生物质能的开发，力 图改变当前以粮食作物为主要原料的局面，试图 提出一种全新的解决思路。
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青岛生物能源所、遗传与发育所
养等。
中科院过程工程研究所丛威课题组
从事光生物反应器与微藻培养技术研究。
中科院大连化物所张卫课题组
从事微藻产氢及微藻培养技术等研究。
北京化工大学谭天伟课题组
近年开始从事微藻及其和微生物联合培养等研究。
南京工业大学黄和课题组 南京农业大学王长海课题组
厦门大学高坤山课题组 华东理工大学李元广课题组
微藻生物能源
微藻生物能源
关于微藻 第三代生物燃料的发展 微藻制备生物燃料简介 微藻制备生物燃料的动态和前景
2
NO.1关于微藻
微藻是遍布全球水体的一种浮游植物 。它把光合作用产
物转化成油贮藏起来，在细胞内形成油滴，将这些油通
过转酯化后可转变为脂肪酸甲酯，即生物柴油 。某些微
藻能够合成长链烯烃，也具有发展生物燃料的潜力 。
1.微藻燃料的研发始于1978 年美国能源部资助的“水上能源 作物计划/Aquatic Species Program”，起初是以生物氢为目
的。 2.1982 年逐渐转向了生物柴油和燃料酒精方面。 3.除美国外，以色列、欧洲、加拿大、阿根廷、澳大利亚和
新西兰等国家也逐步开始了微藻燃料的研发。
9
实际应用：
产油量较高的藻类含油量占干重的比例分别是小球藻、
葡萄藻、三角褐指藻、杜氏盐藻。微藻和高等植物的油
属三酰基甘油酯，都可作为生物柴油的生产原料。产油
微藻大多是生长在海洋.
3
为什么选择微藻？ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
5
6
与一些产油植物相比，利用微藻生产生物柴油的优 势在于以下几个方面：
微藻单位面积的产率 高出高等植物数十倍
19
国内主要研究单位
课题组
研究领域
清华大学吴庆余课题组
异养培养产油小球藻、油脂提取和生物柴油加工 研究。
国家海洋局第一研究所郑力课题组
从事能源微藻藻种筛选等。
暨南大学张成武课题组
从事能源微藻藻种筛选、规模培养等。
中国海洋大学潘克厚课题组
从事能源微藻藻种筛选、分子生物学改造等。
中科院海洋所、南海所、武汉植物所、武汉水生所、 从事油藻藻种筛选与分子生物学改造、大规模培
18
NO.4微藻生物燃料动态
美国能源部 2010年6月29日向三个研究财团资助2400万美元，以加速实现基于海藻的生物 燃料的商业化规模生产。
可持续微藻生物燃料财团：由亚利桑那州立大学带领，这个财团将集中测试 藻类生物燃料的可接受性，作为石油基燃料的替代。 任务包括海藻生物化学 转化燃料和产品的研究，以及分析藻类燃料和燃料中间体的物理化学性质。 (600万美元)
固化反应器法利弊：（同封闭环路系统）
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微藻油的提取是降低成本的关键
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微藻生物炼制技术— 降低微藻生物柴油商业化成本的出路
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“工程微藻”法生产生物柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。 美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”， 即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻” 中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而一般 自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的 提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达， 在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适 的分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步 将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻” 生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能 力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂 高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排 入环境中也可被微生物降解，不污染环境，发展富含油质的微藻或者 “工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。
微藻可以不与 农作物 争地、争水
微藻可在缺氮等条件下 存活，并可大量积累油 脂，含油量可高达70％
微藻的培养可利用工业 废气中的二氧化碳，减
少环境污染
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NO.2第三代生物燃料的发展
第一代生物燃料：粮食时代 第二代生物燃料：纤维素时代
第三代生物燃料：微藻时代 第四代生物燃料：
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化石燃料的短缺
环境污染的日趋严重
微藻生物燃料商业化财团：由加州大学带领，这个财团将集中开发藻类作为 一种健壮的生物燃料原料。任务包括研究藻类作物保护的新方法、藻类营养 运用和回收，以及开发基因工具。(900万美元)
Cellana财团 ：由Cellana公司带领，这个财团将试验在海水中生长的微藻大 规模生产燃料。任务包括将新的藻类收获技术与中型规模培殖试验床构成一 体化，并开发海洋微藻类作为水产养殖产业的动物饲料。(900万美元)
英国《独立报》2010年6月10日报道 ，空中客车公司“新一代钻石DA42” 飞机，用100%微藻生物燃料作为 驱动燃料，在6月8日开幕的柏林国 际航空航天展览会上完成首飞。
首次证明了微藻生物燃料完全可以独 立为飞机的飞行提供燃料。
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NO.3微藻制备生物燃料简介
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光反应发生器
螺旋式反应器 跑道池式反应器
厢式反应器
各类微藻 反应器
管式反应器
膜式反应器
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规模化培养制备路线
NO.1
光合反应器法
制备方法
微藻规模化培养 制备路线
NO.2
封闭环路系统法
NO.3
开放池法
制备方法
制备方法 光合反应器法 封闭环路系统法
固化反应器法
基本工作原理
在池塘、湖面等封闭水域养殖藻类
在闭合的人造水渠中进行，含有藻 类的液体在其中循环，循环过程中 将藻类进行新陈代谢所需的二氧化 碳和养分引入到水渠的液体中
用一些透明管道装满工厂排出的废 水和废气，管道内的藻类吸收废气 中所含的二氧化碳，用于光合作用。 同时，藻类排出氧气，生成用于提 炼燃料的物质。
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光合反应器法利弊：简便易行、成本较低的特点，但存在易污染、占 地面积大、难以对水体和温度进行调节从而生产不稳定等缺点，发展 受到很大限制
封闭环路系统法利弊：操作简单，培养条件、参数易控制，条件稳 定，成品质量高，可实现全年无菌纯种培养，能较大幅度地提高微藻 细胞密度，其生长速率和生物量大幅度提高， 近些年已应用于微藻 的商业性、高密度大规模培养生产。但封闭式光生物反应器在规模培 养过程中的生产成本相对较高，成本为开放式池塘培养法的10 倍