第五章微藻生物能源
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
微藻生产生物燃料的技术与应用
微藻生产生物燃料的技术与应用近年来，随着能源需求不断增长，基于可再生能源的替代技术也得到了广泛关注。
而微藻作为一种具备生产能源的潜力的生物体，其生物燃料产业应用也逐渐成为研究的焦点。
本文将针对微藻生产生物燃料的技术和应用做出详细的探讨。
一、微藻生产生物燃料的技术1. 微藻初级生产方式微藻生产生物燃料的技术主要包括初级和次级生产方式。
初级生产方式即为利用光合作用将二氧化碳转化为生物质。
微藻的自然生态环境具备一定的光照、温度、营养和盐度等条件。
如果在人工控制下，力求提供良好的温度、光照、氧气、CO2和营养条件，将产生高产量的微藻。
2. 微藻次级生产方式次级生产方式即为从微藻中提取油脂，通过化学反应将其转化成可燃烧的生物燃料。
这是充分利用微藻所需的额外生产工艺，以产生具有更高能量密度和更方便运输的微藻生物燃料。
二、应用微藻生产的生物燃料因其良好的可再生性、低污染程度和高效性等优点，已经被广泛应用于产品的生产的多个领域，以下为该技术主要应用领域的描述：1. 工业部门目前，微藻生产的生物燃料已被应用于工业领域。
其在一些消耗能源较大的行业如钢铁、化工、纺织、造纸等，原油价格的上涨经常给企业带来生产成本的压力，因此利用微藻生产生物燃料来代替石油，降低成本，极大地改善了这些企业的能源问题。
2. 水产养殖目前，水产养殖已经成为微藻生产生物燃料的又一个重要应用领域。
在微藻生产生物燃料的同时，水产养殖又可以用剩余的藻体来作为第二个货源。
可以说，微藻和水产养殖两项就在一起产生了互惠互利的很好局面。
3. 食品产业实际上，微藻生产生物燃料在食品产业中也大有可为。
由于微藻中含有丰富的蛋白质、脂肪、绿色色素等对人体有益的成分，可以用来制作蛋白粉、色素和提取鱼肉中的脂肪等。
结语总而言之，微藻生产生物燃料技术作为一项极具应用潜力的技术，在发挥可再生能源作用的同时，还有利于水产养殖、食品工业等领域的范畴，这是创造创造更加绿色环保的生产方式的一项重要的技术。
微藻的能源代谢分析与应用研究
微藻的能源代谢分析与应用研究在当今的能源危机中，寻找可持续替代能源的研究变得越来越重要。
微藻作为一种优良的生物能源材料，具有发展前景。
而微藻的能源代谢分析及其应用研究，不仅能为解决能源难题提供新的思路，同时也有重要的实践意义。
一、微藻的代谢特征微藻是一类单细胞藻类，其特点是体积小，生长快，适应范围广，并且具有很多有利的生理特性。
微藻的代谢可以分为两种，即有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢通常是指微藻在存在足够氧气时的代谢过程，其主要通过光合作用产生的ATP为微藻提供能量，同时产生许多重要的有机物，如蛋白质、脂质等等。
同时，有氧代谢也可以通过在细胞内对糖、蛋白质和脂质进行代谢，从而满足微藻生物体所需的能量和其他生命活动的需要。
相对于有氧代谢，厌氧代谢过程需要采用不同的代谢路径进行代谢，其主要方式是在缺氧的环境下进行ATP代谢。
此过程中，微藻主要利用其细胞质内储存产物，如淀粉、葡萄糖等等，进行能量合成和供应。
同时，厌氧代谢还可能针对一些特定的环境进行代谢途径的调整，以满足微藻的能源需求。
二、微藻的能源利用随着社会的发展和人类对能源的需求日益增长，人与能源利用之间的关系也变得越来越紧密。
而微藻又是一个理想的廉价替代能源资源，其多样的代谢路径提供了多种适合不同需求的生物能源。
在生物质能中，微藻主要通过生长发酵和热解两种方法进行能源利用。
其中，生长发酵主要利用微藻放置在适宜的培养液中，通过分解微藻细胞内的淀粉和蛋白质等有机物，产生糖分等发酵产物。
而在热解能源中，微藻被利用作为可替代的燃料，主要通过热解和气化进行。
此外，微藻还可以通过生物燃料方面的应用进行广泛利用。
利用微藻作为生物燃料材料，最常见的方法为将其进行油脂提取后，转化为柴油、生物酮或直接作为燃料。
近年来，微藻生物燃料的研究和应用得到了范围的拓展，利用微藻能够更为经济、环保地生产燃料。
三、微藻的应用价值在生物能源领域，微藻不仅在生产上具有极大的潜力，其在生态、医药、环境、食品等多个领域也有着广泛的应用前景。
高效利用微藻资源生产生物燃料技术研究
高效利用微藻资源生产生物燃料技术研究1. 绪论微藻是一类微小的单细胞藻类生物，生长在水体中，通过光合作用进行光合碳固定和氧气释放。
近年来，随着对可再生能源的需求不断增长，微藻资源作为生物燃料的潜在来源受到了广泛关注。
高效利用微藻资源生产生物燃料技术研究已经成为当今能源领域的热点之一。
2. 微藻资源的潜力微藻具有生长周期短、生长速度快、含油量高等优点，适合用于生物燃料的生产。
与传统的能源作物相比，微藻的种植占地少、生长周期短，能够大幅提高能源生产的效率。
此外，微藻资源还可以有效地利用二氧化碳和污水等废弃物进行生长，具有良好的环境友好性。
3. 微藻生物燃料的生产路径微藻生物燃料的生产主要包括微藻培养、收获、油脂提取和转化为生物燃料等多个步骤。
在微藻培养阶段，需要控制好光照、温度、营养盐等生长条件，以促进微藻的生长和油脂积累。
之后，通过物理或化学方法将微藻收获，并提取其中的油脂，最终通过催化转化等技术将油脂转化为生物燃料，如生物柴油等。
4. 高效利用微藻资源的关键技术为了提高微藻生物燃料的产量和质量，需要研究和发展一系列关键技术。
其中，微藻菌种的筛选和改良、培养条件的优化、收获和提取油脂的技术以及燃料转化技术等都是影响微藻生物燃料生产效率的重要因素。
通过不断创新和完善这些关键技术，可以实现微藻资源的高效利用，提高生物燃料的生产效率和经济性。
5. 微藻生物燃料在能源领域的应用前景微藻生物燃料作为一种可再生清洁能源，具有广阔的应用前景。
在汽车燃料领域，生物柴油等微藻生物燃料可以作为传统石油燃料的替代品，减少对化石燃料的依赖，减少温室气体的排放。
此外，微藻生物燃料还可以应用于航空燃料、船舶动力等领域，为我国能源结构的转型升级提供重要支撑。
6. 结语随着能源问题和环境问题日益凸显，高效利用微藻资源生产生物燃料技术的研究具有重要的理论和实践意义。
未来，随着技术的不断创新和完善，微藻生物燃料将成为我国能源领域的重要组成部分，为推动可持续发展和建设资源节约型社会做出重要贡献。
微藻生物质能的生产及利用
微藻生物质能的生产及利用微藻生物质能：新能源的未来随着能源消耗的不断加剧，化石能源愈发显露出其有限和不环保的弊端。
近年来，人们对新能源的研究逐渐受到了持续的关注。
而微藻生物质能，由于其丰富的品种、高效的生物固碳、种植周期短等特点，已经成为研究的热点。
一、微藻生物质能的基本特点微藻生物质能，是指微小单细胞生物体——微藻的生物质，能够被用作生产氢、甲烷、乙醇、生物柴油等生物燃料的原材料。
微藻是在海洋、淡水，甚至是陆地上都可见的微小单细胞生物体。
其生长迅速，在适宜的生长环境下，微藻的繁殖率可以达到每天两倍以上，且一般一周左右即可收获。
此外，微藻对光照的利用率也比较高，具有较高的光合效率，能够很快地进行光合作用，将太阳能转化为发电、制氢、制油等燃料。
二、微藻生物质能的生产方法水培法是微藻生物质能的主流生产方法之一，将微藻培养于水中，充分利用温室、太阳能等自然能源，同时添加适量的营养物质来促进微藻的生长，可在短时间内收获大量的微藻。
此外，还可使用土壤培养法、液体培养法等方法进行微藻的培养。
三、微藻生物质能的应用前景1.替代传统的化石能源，对环境有利微藻生物质能是一种新型、环保的能源，可以代替部分的传统化石能源，从而减少二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等有害气体的排放，有利于环境的保护和改善。
2.应用范围广泛由于微藻生物质能的生产方法简单，并且能够在不同的生境中进行生长，而且微藻生产的燃料种类繁多，因此微藻生物质能的应用范围非常广泛，不仅能够用作发电、制氢、制油等化工品，还能被应用于养殖、医药等众多领域。
3.可生产高附加值产品微藻生物质能除了能够生产含油、含脂等燃料产品外，更可以制成余糖、珍珠粉、色素、蛋白质等高附加值产品，形成完整的微藻产业链。
4.可以为农村经济发展提供一条新思路由于微藻生物质能的生产方法较为简单，对生态环境的要求较低，因此对于农村地区的经济发展具有巨大的促进作用。
通过微藻生产提供新的资源和新的产业链，将为农村经济的发展提供强有力的支撑。
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。
微藻在能源领域的应用前景
微藻在能源领域的应用前景随着气候变化的加剧和化石燃料的污染问题日益严重，全球能源需求的高速增长和清洁能源的需求的上升趋势也变得越来越重要。
而能源领域中的微藻因其高效、低成本和可持续的优点而成为了一个备受关注的研究课题。
本文将结合微藻在能源领域中的应用，对其应用前景进行了探讨。
第一章微藻微藻是一种生长在水中的单细胞藻类，其体积主要为5-50微米。
微藻的生长速度非常快，有些微藻在合适的环境下可以以每日增长100%以上的速度生长。
微藻富含蛋白质、氨基酸、必需脂肪酸、多糖、叶绿素和胡萝卜素等营养物质，这些特性是其在能源领域中被广泛研究的主要原因。
第二章微藻在能源领域中的应用2.1 生物燃料微藻的生长速度快，其油脂含量高，可以作为生物柴油、生物汽油、生物天然气、生物液化气等各种生物燃料的原料。
由于其高能效和高据点温度，微藻油脂被认为是最具潜力用于燃料生产的生物质资源之一。
2.2 生物质电力微藻的生物量非常丰富，可以通过发酵或气化等方式制备生物质发电。
利用微藻种植，收集微藻产生的有机物质，可以通过氧化还原反应将其转化为电能。
2.3 二氧化碳治理微藻可以利用太阳能、二氧化碳、水等资源进行光合作用，如此能将二氧化碳收集并固定在有机质中，这对节省能源和减少环境污染起到了重要作用。
MICROCARB与ASPNET等研究项目都是目前微藻领域中正在进行的有关微藻固碳的研究项目。
2.4 污水处理及生物膜技术微藻作为一种脱氮脱磷微生物，其钾、钙、镁等等有机物质可以对污水中的污染物质发生化学反应，因此可以应用于污水处理领域。
与此同时，微藻还能够通过光合作用，产生氧气和二氧化碳，这对提高污水处理能力和改善废水排放质量起到了重要作用。
第三章微藻在能源领域中的未来发展趋势随着科技的发展和社会的进步，减少人类对自然的依赖趋势不可避免。
在未来，微藻作为一种富含多种营养成分的单细胞生物，其在生物能源和中间产物领域中的应用前景广阔。
微藻作为一种可持续发展的能源来源，其可以成为自然、环保、可持续的生产供应链。
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。
微藻生物质能源开发研究
微藻生物质能源开发研究随着能源需求的日益增长以及环境污染的越来越严重，人们对于环保可再生能源的追求越来越强烈。
在众多的可再生能源种类中，生物质能源因其来源丰富、具备可再生性、环保性等优点而备受关注。
而在众多的生物质能源中，微藻生物质能源被认为是未来可持续发展的重点方向之一。
微藻是一类单细胞生物，数量庞大，分布范围广，具有较高生物活性以及生物多样性。
微藻作为一种生物质能源，具有生长速度快、生物产量大、生长环境适应性高等特点，极具发展潜力。
微藻生物质能源制备的路线多样，包括沙漠藻、淡水藻、海水藻等，分别适用于沙漠区、淡水湖区、海洋等不同生态环境。
其中，太阳能光合作用是微藻生长和生物质生产的动力源，利用光合作用收集太阳能将CO2转换为能量和生物质，既能够解决能源危机，也能够减少二氧化碳的排放。
在微藻生物质能源开发研究中，主要包括以下几个方面：一、微藻培养微藻培养是微藻生物质能源开发研究的重要环节。
微藻的培养条件涉及多个因素，比如水质、光照、氧气等环境因素。
微藻生长需要充足的光照和二氧化碳，同时需要适宜的温度、盐度和营养物质。
目前，常用的微藻培养方法包括混合培养、单独培养和串联培养。
常用的培养方式包括批次培养、半连续培养和连续培养等。
此外，微藻培养也需要注意防止微生物感染和控制微生物浓度。
二、微藻生物质能源提取微藻生物质能源提取是微藻生物质能源开发研究中另一个重要的环节。
常用的提取方法包括机械破碎、微波辅助提取、酸碱水解、超声波处理、微藻细胞壁破坏等多种方法。
同时，还需要注意提取方法对微藻生物质能源的损失情况。
三、微藻生物质能源应用微藻生物质能源的使用方式多样，比如制备生物油、生产生物肥料、制造生物材料等。
此外，微藻也可以制备生物能源，作为输入制氢和甲烷的原料，实现生物能量的高效利用。
近年来，国内外对于微藻生物质能源的研究取得了一定的进展，但仍然需要深入探讨和研究。
未来，在微藻培养、微藻生物质能源提取以及微藻生物质能源应用等方面的研究仍需加强。
微藻生物能源的开发利用
微藻生物能源的开发利用微藻是一类微小的单细胞藻类植物，具有高效的光合作用能力，是一种潜在的生物能源。
随着全球能源需求的增长和对可再生能源的需求日益迫切，微藻生物能源作为一种清洁、可再生的能源形式备受关注。
本文将探讨微藻生物能源的开发利用，包括微藻生物能源的特点、开发利用的技术途径以及未来发展前景。
### 微藻生物能源的特点微藻作为生物能源的一种载体具有以下几个显著特点：1. **高光合效率**：微藻具有较高的光合作用效率，能够将光能转化为化学能的能力强，是一种潜在的高效能源生产者。
2. **生长周期短**：微藻的生长周期较短，生长速度快，可以在短时间内大量繁殖，适合大规模生产。
3. **生长环境广泛**：微藻适应性强，可以在淡水、海水、污水等各种环境中生长，不占用耕地资源。
4. **富含油脂**：部分微藻种类富含油脂，可以通过提取油脂生产生物柴油等燃料。
### 微藻生物能源的开发利用技术途径1. **光合作用生产能源**：利用微藻的光合作用能力，通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，生产生物质能源。
2. **生物柴油生产**：利用富含油脂的微藻种类，通过提取微藻中的油脂，经过酯化等化学反应制备生物柴油。
3. **生物氢生产**：利用微藻的光合作用产生氢气，通过生物反应器等设备收集氢气，用于生产氢能源。
4. **生物甲烷生产**：利用微藻在缺氧环境下产生甲烷的特性，通过发酵等方法生产生物甲烷。
### 微藻生物能源的未来发展前景随着能源危机的日益严峻和环境污染问题的加剧，微藻生物能源作为一种清洁、可再生的能源形式具有广阔的发展前景：1. **替代化石能源**：微藻生物能源可以替代传统的化石能源，减少对化石能源的依赖，降低温室气体排放，有利于应对气候变化。
2. **多样化能源结构**：微藻生物能源可以与太阳能、风能等其他可再生能源相结合，构建多元化的能源结构，提高能源供应的稳定性。
3. **促进经济发展**：微藻生物能源产业的发展将带动相关产业链的发展，促进经济增长，创造就业机会。
生物能源背景下的微藻利用及应用前景
生物能源背景下的微藻利用及应用前景目前，全球能源供应面临着许多挑战，如气候变化、生态环境恶化、能源安全等等。
为了应对这些挑战，人类需要寻找新的、可持续的能源来源。
在这个背景下，生物能源作为一种绿色、可再生的能源，吸引了越来越多的关注。
而微藻作为生物能源的潜在来源之一，具有广阔的应用前景。
一、微藻的生态特征微藻是一类原生质体微小、具有植物特征、生长繁殖迅速的单细胞或多细胞藻类。
微藻的生态特征决定了其作为生物能源来源的优越性。
首先，微藻的生长速度很快，一些菌株的繁殖周期仅为数小时。
其次，微藻的生长周期短，养殖周期只需数天。
此外，微藻生长过程中，能够吸收大气中的CO2，生成氧气，对环境具有净化作用。
因此，微藻被认为是一种优异的生物能源来源。
二、微藻利用的途径目前，关于微藻的利用途径主要有以下三种。
1、食品保健品微藻中含有丰富的营养物质，如蛋白质、多种维生素、矿物质等等。
因此，微藻具有保健功效，可作为食品和保健品使用。
在其中，螺旋藻和小球藻是较为常见的食用微藻。
2、制备生物质微藻可用于生物质的制备，生物质可用于发电、热能产生等方面。
同时，微藻的高热值、低灰分和低含氮等特点意味着微藻生物质的燃烧仅会产生少量的污染物和温室气体排放量。
3、生物燃料生物燃料是微藻最有前景的利用途径之一。
通过微藻提取油脂，可以制备生物柴油等生物燃料。
与传统的石油燃料相比，生物燃料更加环保、可再生，并且是培育清洁能源的重要途径。
三、微藻利用的挑战和解决方案尽管微藻作为一种生物能源来源，具有极大的潜力，但是其利用仍存在一些挑战。
首先，微藻培养成本高。
由于微藻生长需要的灯光、CO2、氮、磷等资源较为昂贵，因此，微藻在大规模生产的过程中成本较高。
其次，微藻的培养需要特定温度、光照和环境条件，因此，微藻在不同地域和季节的种植效果存在差异。
为了解决这些挑战，人们需要采取一系列的措施，如研发新的微藻菌株、优化循环系统以回收养分、研究新的生物技术等等。
微藻的生物质利用与绿色能源开发
微藻的生物质利用与绿色能源开发随着能源问题的日益突出，人们开始关注可再生能源的开发与利用，其中绿色能源是最受关注的一种。
而微藻作为一种具有高效利用太阳能和CO2吸收能力的藻类生物，其在生物质利用与绿色能源开发中的潜力备受瞩目。
一、微藻的生物质利用1. 微藻生物质的含义微藻生物质是指利用微藻进行生物转化制备高值化合物的一种可再生资源，紫菜、硅藻、红藻、蓝藻、绿藻、异养藻等都可被用于微藻生物质的开发。
2. 微藻的生物质化学成分微藻的生物质一般由蛋白质、脂质、核酸、碳水化合物、矿物质等多种成分组成，其中脂质和蛋白质是最为重要的成分。
微藻的脂质储量很高，达到其干重的20%~70%，而蛋白质也占据微藻干重的20%~50%。
3. 微藻生物质的利用价值利用微藻进行生物质开发能够有效地利用生物资源，降低全球碳排放量并减缓气候变化，同时还可以制备生物油、生物柴油、生物燃气等能源，制备食品、饲料、肥料、药品等产品。
二、微藻的绿色能源开发1. 微藻生物质向生物能源的转化微藻的生物质可通过生物转化转化为可再生能源，包括生物油、生物柴油、生物燃气、酒精、生物电等能源。
2. 微藻生物质制备生物油微藻生物质制备生物油是目前微藻能源开发领域中最为热门的研究方向之一。
生物油可以通过脱水、压榨、萃取等多种工艺制备，而微藻在制备生物油方面具有独特的优势。
3. 微藻生物质制备生物燃气微藻的生物质可以通过发酵或者气化等过程制备生物燃气，生物燃气是一种低碳环保的燃料，不仅能够替代传统燃气，还能够降低全球碳排放量，减缓气候变化。
4. 微藻生物质制备生物电微藻生物质利用的另一种方式是制备生物电，这种能源不仅碳排放量低，而且在生产过程中还可以回收CO2，用于微藻的生长和生产。
三、微藻生物质开发的挑战与前景1. 微藻生产成本的提高微藻在生物质开发方面面临成本高、规模小等问题，如何提高微藻生产成本，扩大微藻生产规模是当前微藻能源开发领域需要解决的问题。
微藻生物能源
* 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
高（除非原油价位高时），有些国家对城市公交客车使 用给予补贴。
生物乙醇和生物柴油的扩大应用
• 1 从生物来源和清洁燃料的角度，生物柴油和乙醇汽油 是很好的代用燃料。
• 2 原料的来源与各国国情密切相关，要具体分析。 • 3 乙醇的生产原料可扩大到多种含纤维素物料，比较容易
得到。FAME 原料仅限于油料作物，数量有限。 • 4 专家估计在欧盟替代 5% 汽油，需占用 5% 耕地，替代
• 美国可再生能源实验室于1998年向DOE提交了一份长达328页的工作总结报告 “A Look Back at the U.S. Department of Energy’s Aquatic Species Program--Biodiesel from Algae”（被誉为“藻类圣经”）。
• 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。
二、微藻生物柴油研究进展
（研究的背景、独特优势、与CO2减排的耦合）
微藻生物能源的发展历史
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印度64 中国台湾 55
大洋洲93
南美洲 146
200
中国大陆
100 0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
213 美国 406
欧洲 1000
2007-22020000109-12年-0201N100年A年T微微U藻R藻E能能、源源SC学学I术术EN论论C文文E上统统计发计表5篇微藻能源的2001-2010年微藻能源的学术论文统计（按国家）
苹果酰-CoA
乙酰-CoA
脂肪酸
微藻固定CO2能力是其他微生物的3倍以上。
微藻通过光合作用生产生物质能源具有 更高的原子经济性
产品 CO2/mol产品
微生物
乙醇 排放1 mol
酵母
乳酸 0 mol 乳酸菌
丁二酸
吸收1 mol
琥珀酸 放线杆菌
生物柴油 吸收６mol
微藻
产相同量的产品，微藻较其他微生物固定更多的CO2
英国： -“藻类生物燃料计划”耗资2600万英镑
-2020年 –实现利用藻类生产运输燃料 2007年10月荷兰AlgaeLink公司成功 开发出新型微藻光生物反应器系统
世界各国研究现状
重点项目
代表公司
商业案例
欧 “藻类生物燃料计划” 盟 耗资5000万美元
2020年 –实现利用藻 类生产运输燃料
1978年-1996年：美国ASP计划（耗资2500万美元）
2006年下半年：因油价上涨等因素，微藻能源掀起研究热潮
2009年：美国组织大量专家提出藻类生物燃料技术路线图
2009年：中国科技部微藻能源探索性立项
2010年：973立项
500
2010年 1-5月
400
300
以色列32 日韩168
论文数量
二战期间和二战之后, 德国和美国就开始研究利用微藻油脂作为食品和燃料的代用品;
五十年代中期, 对绿藻和硅藻在胁迫条件下中性脂肪的积累进行了广泛的研究;
的七十年代, 由于能源危机和阿拉伯国家实行石油禁运, 美国能源部支持了一项微藻----燃料研究、
开发项目”微藻废水处理----生物质----甲烷气生产”;
微藻固定二氧化碳及产油途径
微藻具有独特的CO2浓缩机制
CCM（CO2-Concentration mechanism）： 即为CO2 浓缩机制。当藻类细胞由高浓度 CO2 培养转入低浓度CO2，细胞可不断地从 外部环境中把无机碳或CO2运输到体内，使 体内的CO2 浓度高于外界环境，以有利于光 合作用碳循环第一个关键酶Rubisco羧化反 应，从而能提高光合速率。
光能的比值。
光
合
作
用
效
植物：1%
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
• 2、产物浓度更低
1L水中含有约1.7gCO2
1/40
1L空气中含有约0.3g O2
1L水中含有约0.008gO2
微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高
80000
60000
40000
20000
20倍
0 棉籽 大豆 油菜 麻疯树 棕榈 微藻
油菜
麻疯树
大豆
2X1010公顷
1.1X1010公顷
微藻
4X109公顷
棕榈
3X109公顷
1X109公顷 5X107公顷
Peer M S , et al.Second Generation Biofuels: High-Efficiency Microalgae for Biodiesel Production.Bioenergy Research,2008,1:20~43
。
水环境有利于微藻的光合作用
微藻光合作用温度更恒定的
海洋是地球固定CO2的主要场所
CO
2
海洋面积：3.61亿平方千米 占地球表面：71%
固定全球60%以上的CO2
陆地面积：1.49亿平方千米 占地球表面：29%
固定全球40%的CO2
O2
森林固定 CO2 变成 煤炭； 海洋微藻 固定CO2 变成石油
我国水泥行业 年排CO2９亿吨
排出
吸收
CO2
低碳工业
微藻 ➢约年产２亿吨藻粉 ➢相当于２亿吨煤炭 ➢产6.6×1013MJ热量 ➢相当于0.6亿吨生物燃料 ➢相当于产值4200亿元
微藻低碳生物经济—微藻生物能源
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。
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。
微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高
• 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。
50倍
植物光合天线
• 3、光照几率更多
折射 衍射
水 散射
由于水对光具有折射、衍射、散射等效应，使得微藻所 有表面都有可能受光照，然而陆生植物只有向光面才有可能 受光照。
微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高 • 4、比表面积更大
等量
树叶 比表面积:10-3 m2
1 g干 物质
微藻 比表面积:1.3×103 m2
第五章 微藻生物能源
1. 背景介绍 2. 产业化关键技术 3. 微藻生物炼制 4. 我们的工作
微藻生物能源------低碳经济的突破口 微藻生物能源------全球的热点
藻类植物的分类
蓝藻门
红藻门
(
藻
隐藻门
类
植
甲藻门
物
金藻门
大
型
黄藻门
藻 和
硅藻门
微 藻
褐藻门
裸藻门
)
绿藻门
小球藻等
轮藻门
有些学者把藻类分为11个门，有些分为8个门；门是植物分类中的一个级别。
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 从事油藻藻种筛选与分子生物学改造、大规模
所、青岛生物能源所、遗传与发育所
培养等。
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 “微藻生物柴油成套技 •兆凯生物工程研发 ✓08年新奥公司微藻固定CO2生物
国 术”
•中国石化等
柴油年中试成功，利用管道式及
“CO2-油藻-生物柴油关 键技术研究”
•新奥绿色能源公司
平板式光生物反应器从事能源微 藻培养的中试、能源微藻分子生
“微藻二氧化碳减排技
物学改造等
术研发及示范”。
微藻生物能源研究历史及现状
现状：大多在实验评论室研究、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。
微藻生物柴油已经成为当今世界的研究热点
美国： -“水生生物种计划”（1978-1996），07年重新启动。 -“微型曼哈顿计划”（2006-2010） -“太阳神计划”（2006） -“JP-8喷气燃料替代品计划”（2008） -“微藻生物燃料技术路线图”（2009）
日本： -“地球研究更新计划技术”耗资25亿美元 -2010年 微藻将CO2转化成燃料乙醇
阳光
微藻产能
废气CO2
1kg
(0.57kg)
( ) 生物质 CH1.8N0.17O0.56
N、P废水
二氧化碳光合作用转换
(0.73kg) 氧气
( Ohio Coal Research Center)
21
微藻低碳生物经济—微藻生物能源
微藻培养和我国水泥、火力发电等重污染行业联产，实现CO2及余热的 综合利用，以及微藻生物质燃料联产。
在已知能固定CO2的微生物中微藻能力最强
微藻
核酮糖-1，5-二磷酸 6CO2 3-磷酸甘油酸
甘油醛- 3-磷酸
甘油
脂肪酸
产甲烷菌 四氢叶酸（THF）
2CO2
CHO-THF
CH3-CO-X
乙酰-CoA
泥生绿菌
草酰乙酸
2CO2
异柠檬酸
柠檬酸
乙酰-CoA
脂肪酸 脂肪酸
绿色硫细菌 羟基丙酰-CoA
2CO2 甲基丙二酰-CoA
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。
物种 淡水微藻 海洋微藻
绿 藻
已发现数量 ２.２×104 ０.7×10４
红
硅
藻
藻
已发现占估计数比例（%） >90 ＜10
我国味精行业 年排放废水约5亿吨
排出
处理
谷氨酸等
微藻低碳工业 ➢约年产 2000万吨生物柴油 ➢约年产 6000万吨蛋白饲料 ➢产1500万吨肉
微藻与火电厂等重污染工业联产低碳生物经济
2010年我国总CO2排放量70亿吨，位居世界第一。微藻培养与重污染行业联产， 实现CO2及余热的综合利用，以及微藻生物质燃料联产。