微藻制油 (2)
微藻制油
微藻制油一、目前的能源现状1. 石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源接近枯竭，而且这些传统能源造成大量的环境污染如2.新能源太阳能、风能、地热能、生物质能等应用极具有局限性不能大规模的应用，不足以满足人们的需要。
3.生物能源不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。
总而言之，未来将是生物能源的天下。
生物能源将会是人类不二的选择，未来生源的前景将不可估量。
二、微藻概述1.海洋单细胞藻类，即微藻，是地球上最早的生物物种，它们中的某些物种已经在地球上生存了35亿年之久。
它们能十分有效地利用太阳能将H2O、CO2和无机盐类转化为有机资源，是地球有机资源的最初级生产力，有了它们才有了大气中的氧气，才有了海洋和陆地的其他生物，也才有了人类。
2．微藻的特点(1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能有效地利用太阳能通过光合作用将H2O、CO2和无机盐转化为有机化合物,因其固定和利用CO2可以减少温室效应。
(2) 微藻一般是以简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行大规模培养，由于微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量容易采收和利用。
(3)可以用海水、咸水或半咸水培养微藻，因此是淡水短缺、土地贫瘠地区获得有效生物资源的重要途径。
(4) 微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，某些种类还富含油料、微量元素和矿物质，是人类未来重要的食品及油料的来源。
(5)微藻，尤其是海洋微藻，因其独特的生存环境使其能合成许多结构和生理功能独特的生物活性物质。
特别是经过一定的诱导手段微藻可以高浓度地合成这些具有商业化生产价值的化合物，是人类未来医药品、保健品和化工原料的重要资源。
3.微藻的种类微藻的国内外研究发展概况,重点探讨了4种主要的可利用微藻螺旋藻、小球藻、杜氏藻和红球藻三微藻制油的优势1.含油量高，易于培养，生长周期短单位面积产量大；2.充分利用太阳能，将水、二氧化碳等无机物质合成有机物质；3.能用海水培养，能耐受沙漠干旱半干旱地等极端环境，不占用耕地；4.能生产出高附加值的副产品，如生物高聚物、蛋白质、色素、动物饲料、酒精、氢气等；5.高效环保；生产出的生物柴油不含硫，燃烧产物不污染环境；排入环境可被微生物降解；6.生物柴油无毒, 有较大的环境价值和社会价值. 是典型的“绿色能源”。
3利用微藻热化学液化制备生物油的研究进展
利用微藻热化学液化制备生物油的研究进展前言随着现代工业的飞速发展，大量化石能源消耗所带来的化石燃料紧缺和严重的环境污染问题已成为制约全球可持续发展的两大难题。
生物质能储量丰富，并且是唯一可以转化为液体燃料的可再生资源，现已逐渐成为国内外新能源研制和开发的热点。
而在众多的生物质中，微藻具有光合作用效率高、生物量大、生长周期短、环境适应能力强、易培养、脂类含量高、生长过程中可高效固定二氧化碳等特点，是制备生物质液体燃料的良好材料[1~5]。
利用微藻制备液体燃料在环保和能源供应方面都具有非常重要的意义，商业化前景良好[6，7]。
2007年， Williams[8]综合近年来的研究成果，指出微藻生物燃料的开发可以降低因使用化石能源给社会和环境带来的影响，将会成为未来生物燃料开发的趋势。
Ayhan Demirbas[9]则指出藻类即将成为最重要的生物燃料来源之一，微藻能源的广泛使用将会解决威胁全人类的全球气候变暖问题。
微藻热化学液化制备生物油技术将藻类转换成液体燃料的研究始于 20世纪 80年代中期，当时人们通常用溶剂萃取微藻中的脂类成分，分离得到油脂后进一步甲酯化或乙酯化生产生物柴油(萃取酯化法)。
该技术起步早，生产工艺相对成熟，所得油品质量好，使用性能与矿物石油基本相当，是目前国内外研究者以微藻为原料制备液体燃料最常用的实验室方法。
但萃取酯化法只能将微藻的脂类组分能源化，对原料脂类含量有较高要求，所得产物性能受脂类组成的影响很大，并存在生产步骤多、过程总体效率较低、能耗高等缺点，难以实现大规模工业化应用。
近年来，人们又研究采用热化学液化的方法将微藻转化为优质的生物油。
生物油是便于运输、存储的绿色燃料，经过精制可转化为替代石油的常规燃料。
生物油(由快速热解木材和微藻制备)与石油的部分典型属性值比较见表1[10]。
热化学液化方法预处理和生产过程简单、生产成本相对较低、转化率高，是实现藻细胞所有组分能源化，获得高产率绿色液体燃料的有效方法，对其进行深入研究，对于解决当前化石能源短缺和环境污染问题具有重要的现实意义。
微藻制备生物柴油的技术进展
微藻制备生物柴油的技术进展郭丹;银建中【摘要】生物柴油是一种新型的可再生能源,是石化柴油的替代品.微藻种类多、光合作用效率高、生长速度快、生物产量大、含油量高,已成为发展生物柴油产业的最有潜力的原料之一.综述了微藻制备生物柴油的优点及研究进展.针对目前微藻生物柴油存在的瓶颈问题和实际需求,指出未来研究和发展的主要方向.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2014(035)004【总页数】6页(P4-9)【关键词】微藻;生物柴油;可再生能源;石化柴油【作者】郭丹;银建中【作者单位】大连理工大学化工机械学院;大连理工大学化工机械学院【正文语种】中文【中图分类】TK6进入21世纪，人们对能源消耗和环境保护的观念越来越深入，可持续发展战略和能源再生战略也在全球得到确定并得以实施。
生物柴油作为一种可再生、无污染的清洁能源，凭借其突出的性能，引起了世界范围内的高度关注，其中发达国家，尤其是资源贫瘠国家更是进行了大量且深入的研究。
生物柴油的主要成分为脂肪酸烷基单酯，一般是由植物油或者动物油脂经过和甲醇进行酯交换反应制得，且分子量与石化柴油相当，燃烧性能也与石化柴油类似，故成为有力的替代能源。
生物柴油的研究自20世纪以来，经过100多年的发展，在生产的工艺上和技术上也日趋成熟。
全球生物柴油的产量增长迅速，从 2004年的2.196×109L到2007年的9.841×109L，再到 2012年总产量为22.5×109L，年增长量为2.532×109L[1]。
与此同时，世界上许多国家都已制定了生物柴油的发展规划，并且出台了相应的政策和法规，以推动生物柴油的推广和使用。
作为欧盟乃至全球最大的生物柴油生产国，德国政府对生物柴油的生产和应用给予了极大的鼓励，并在价格上给予了一定的补贴。
目前在德国，生物柴油已经替代普通柴油作为公交车、出租车等运输行业使用的燃料。
美国是世界能源消耗大国，为了缓解能源危机，对生物柴油的研究和发展也是不遗余力的。
国标-》应用工程微藻制备生物柴油的新途径
应用工程微藻制备生物柴油的新途径‟宋东辉1，侯李君1，施定基1工‟(1天津科技大学海洋科学与工程学院，天津，300457；2中国科学院植物研究所，北京，100093)摘要：生物柴油作为化石能源的替代燃料已在国际上得到广泛应用。
至今生物柴油的原料主要来自油料植物，但与农作物争地的情况以及较高的原料成本限制了生物柴油的进一步推广。
微藻作为高光合生物有其特殊的原料成本优势，微藻的脂类含量最高可达细胞干重的80％。
利用生物技术改良微藻，获得的高油脂基因工程微藻经规模养殖，可大大降低生物柴油原料成本。
本文介绍了国内外生物柴油的应用现状，阐述了微藻作为生物柴油原料的优势，对基因工程技术调控微藻脂类代谢途径的研究进展，以及在构建工程微藻中面临的问题和应采取的对策进行了综述和展望。
关键词：基因工程；微藻；生物柴油随着全球经济一体化的不断发展，石油作为战略资源已成为世界各国能源经济的最主要内容。
我国目前是世界上第二大能源生产和消费国，石油供给不足已经成为影响我国经济和社会发展的主要矛盾之一。
发展替代能源是保障能源安全的重大战略举措。
近年来生物柴油作为化石能源的替代燃料，已成为国际上发展最快、应用最广的环保可再生能源。
本文结合国内外生物柴油的研究进展，综述微藻基因工程制备生物柴油的可行性和发展趋势，以及我国在利用微藻基因工程解决生物柴油原料成本问题上的可能对策。
1国内外生物柴油原料的研发进展1．1世界各国制备生物柴油的原料选择生物柴油不含石蜡，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，因而属于可再生资源；生物柴油产品中含硫和氮较少，可以减少产生s02 和NO对大气的排放量Ⅲ。
由于生物柴油具有其他生物质燃料不可比拟的优良特性，世界各国纷纷开展生物柴油原料的研发和产业化工作，以替代储量日益减少且严重污染环境的化石燃料。
按照当前技术，利用动植物油脂等原料生产生物柴油，其原料成本占总生产成本的50．85％”】，所以原料成本是决定生物柴油价格的最主要因素。
微藻制取生物柴油的工业流程
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微藻制油市场潜力大
大会暨展览会” 在北京举行。 在此次展览会上 ， 无论是
政 府 官员 还是 风 电行业 业 内人 士 以及 风机企 业 ， 一 无
例外的都传达了这样一个讯息 ： 我国的风电行业正处 “ 国内市场” 转向“ 国际市场”成为我国风电产业接下 ， 于从高歌猛进 回归到理性发展的重要过渡时期 ， 同时 来 面 临的 问题 。 据历 年来 我 国风 电产业 发展 轨迹 来 根
挖 。”
接受《 中国经济周刊》 采访时表示 ， 中国煤炭行业的产
能 目前在３ 亿吨 ３ 亿吨 ，吨煤产生２ 吨二氧化碳 Ｏ １ １ ． ５
排放 ， 吸收 和碳利 用是今 后一 个很 重要 的方 向。记 碳
刘敏胜告诉《 中国经济周刊》能够制油的微藻不 ， 是时常爆发赤潮 、 蓝藻的海藻 ， 而是他们经过筛选和 再造的最适宜的藻种 ，生长快 、 “ 出油率高 、 适应环境 、
术 。”
４ 年后 成 为生 物柴 油主 要原 料
业规模化及装备水平成本下降都将会 直接影响微藻 生物柴油成本下降。”
他说 ， 柴油 目前的价格大约是每吨７ ０ 元 ， ００ 而按
尽管在美 国和欧洲都已经启动 了微 藻生物柴油
计划 ， 但距离产业化仍然有一段路要走。 首先 ， 成本高
开 发 展 望
Ｔ ＣＨＮ ０ Ｄ Ｍ Ａ Ｅ Ｅ ０Ｌ ＧＹ ＡＮ ＲＫ Ｔ
Ｖｏ ．９ ． ， ０ ２ １１ Ｎｏ１ ２ １
微 藻 制 油 市 场 力 大 潜
全球性能源短缺以及二氧化碳排放引起的温 室 料作物一般要几个月。同时 ， 微藻的单位产油量是玉 效应 ， 已经成为人类可持续发展 的重大威胁。如果有 米 的数 百倍 ， 每公 顷可产 １ 万升 一８ 升生 物柴油 。 ． ５ 万
藻类产油
生物柴油
生物柴油 (Biodiesel)是指以 油料作物、野生油料 植物和工程微藻等水 生植物油脂以及动物 油脂、餐饮垃圾油等 为原料油通过酯交换 工艺制成的可代替石 化柴油的再生性柴油 燃料。
目前，国际上制造生物柴油的主要技术有三种：
➢化学合成法 ➢生物酶解法 ➢工程藻类
人们充满期冀的目光投向了一团小小的绿意
藻类能源研究史
• 把藻类作为能源作物的构想起源于二十世纪中叶， 五六十年代的一系列实验证明，在周围环境缺少 氮元素或硅元素等必须矿物质时，某些藻类会在 这种“饥饿”状态下产生大量脂质，最终在细胞内 形成油滴。虽然缺乏养分能刺激藻类产油，但养 分太过贫乏时，又会造成藻类抑制细胞分裂，生 长也过度放缓，总产油量将不升反降。因此，要 让藻类大量产油，矿物质的含量控制必须十分精 确。
草业092班 刘艾京
2009010914
体的藻类无疑拥有最广泛的种植空间–淡水、半盐水、海水， 甚至油田采出水、工业污水，原本无法利用的贫瘠的非耕地， 各种环境恶劣的穷山恶水，都可以成为藻类生长的乐土。
第三，藻类生产的油类蕴含着巨大的燃烧热能。
单位产量高，种植面积广，能量密度高– 这三者令藻类当之无愧地成为生物能源 的潜在产量之王。
养分缺乏刺激藻类产油
• 七十年代早期对化石燃料的过度依赖，推动美国能 源部开展了水生物种计划。最初的研究是用藻类的 生物质进行厌氧分解，以产生甲烷（沼气）与氢气。
• 后来随着部分能大量产油的藻类品系被发现，脂类 燃料–即俗称的“生物柴油”才成为研究重心。
• 从1978到1996年，研究者们从美国各地收集了三千 多种藻类，测试它们在温度盐度酸碱度各异的水体 中的产油能力，并最终筛选出三百多种希望之星– 大多是绿藻和硅藻。
专吃二氧化碳——“微藻制油”未来有多大？
。 ‘ 放 引 起 的 温 室效 应 ，已 经 成 为 人 类 可 持 续发 展 的重 大 威 胁 。如 果 有 一 种
技 术 ，既能 减 少 二 氧 化 碳 ，又 能 增 加 可 再 生 能 源供 给 ，必 然 受 欢 迎 。 这 就 不 难 理 解 。“ 藻 ”为 何会 在全 球 掀起 一 股 热 微
潮 。 因为 ，这 种 藻 类 正 是 通 过 “ ” 二 吃 氧化 碳 来生 产生 物 柴油 和 生物 燃气 。 在 中国 ，生 物 柴 油 产 业 一 直 有 “ 南 方 麻风 树 、北 方 黄 连 木 ” 的 说 法 ，说 的
国 内外争相研发 “ 微藻制油”
“ 藻 制 油 的原 理 其 实 很 简 单 。 微 ”刘 敏 胜 告 诉 记 者 ，就 是 利 用 光 合 作 用 ，将 二 氧 化 碳转 化为 微 藻 自身 的 生 物 质从 而
是 油料 植 物 品种 单 一 。同 时 ， 由 于受 自
然 条件 和 成 本 的 限 制 。世界 上其 他 各 国 对 于生 物 柴 油 的 产 业 化 也仅 限 于起 步 阶
段 。选 取 合 适 的 、低 成 本 植 物 油 脂 资 源
来 发 展 生 物 柴 油 产 业 正 成为 各 国 的研 究 热 点 。微 藻 ，由 于 生长 繁殖 速度 快 、含
年 ，在 国外 。 ”刘 敏胜 说 ，后来 ，由于 当 时石 油 价 格没 涨 上 来 ，减 少 碳 排 放 也没 有提 上 议 程 ，对 微 藻制 油 的 研 究 中 断 了
一
据刘 敏 胜 介绍 ，新奥 集 团的微 藻 制
油 项 目将 以煤 电厂 和 化工 厂 等 二 氧化 碳 排 放 大 户 为基 地 。对 二氧 化 碳 进行 就 地 吸 收 和 资源 化 利 用 ，生产 生 物 能源 。 目 前 ，新 奥 集 团已 经 在 光生 物 反 应 器 、生 物 柴 油 制备 等 藻 类 生物 质 能 源 技术 领 域
《微藻》阅读答案(最新)
《微藻》阅读答案阅读下面的文字，完成8—10题。
（9分）在辽阔的蔚蓝海洋中生长着一类人们肉眼看不见的微小生物，与陆地上的树木、作物、杂草类似，此类生物具有叶绿素，能够进行光合作用，将二氧化碳和海水中的氮、磷等营养成分合成为自身所需的有机物，同时释放氧气。
它们大多是单细胞生物，故人们称其为单细胞藻类；因藻体微小，一般只有千分之几毫米，所以人们又称其为微藻。
微藻是海洋中的主要初级生产者，是海洋食物链的基础，驱动着整个海洋生态系统的能量流和物质流，直接和间接地养育着几亿吨的海洋动物，因此在海洋生态系统的物质循环中起着十分重要的作用。
海洋微藻一旦受到破坏，将危及其他海洋生物及整个海洋生态系统。
微藻对人类社会的生产、生活也有着十分重要的作用。
它们可以作为人类的营养食品和健康食品、可再生生物能源，又可以提取色素、药物及甘油等化学产品，还可以做水产动物的饵料和禽畜饲料的添加剂等。
然而，微藻的用途远不止这些。
消除入海污染物、清洁海洋环境便是它们近年来颇受关注的一种新用途。
在当今集约化海水养殖业中，废水的排放是海水受到污染的一个重要原因，因此，养殖业废水在排放前必须进行有效处理。
小小的微藻就能对养殖业废水进行有效净化。
微藻生长期间，各种形式的无机氮和有机氮均可被其所利用，而磷则主要以磷酸一氢根和磷酸二氢根的形式被它们吸收。
当微藻被引入养殖业废水中时，藻细胞通过光合作用向水中供氧，增加水中的溶解氧，使好氧菌能够不断分解有机质，进而产生二氧化碳，作为藻细胞光合作用的碳源。
因此，在净化水质的过程中，人们常将微藻与细菌联合使用，也即我们通常所说的“藻菌共生”。
同时，微藻吸收利用氮、磷等营养盐合成复杂的有机质。
这就是微藻净化养殖业废水的机理。
中国科学院大连化学物理研究所发明的专利——“海绵一微藻”集成系统则首先在工厂化养殖废水中接种微藻，让其吸收转化海水中无机氮和无机磷为微藻生物量；接种一定时间后，将海绵放到微藻生物量增加的废水池中，滤食微藻。
酯交换法制备微藻生物柴油
的 分了 帚 降 垒 原来 的三 分 之 一 ，粘 度 降 至八 分之
，
该方法 生产 出来 的生物柴 油的 黏度 与石化柴油
７ ％， ０ 按藻细胞 含３ ％油脂（ ０ 干重） 计算 ，１ｍ！ ｔ 的 ｋ －＇ Ｌ￣ 年 油脂产晕 是玉米 １３ １ ，大豆 的 １２ ，油 莱卡 ＇ ４倍 １ ￣ Ｊ ３倍 于
结 果 会 使 Ｉ油 相 和 酯 相 变 得 难 以 分 离 ，从 而 使 后 处 ＿ Ｉ
液 体 酸 催 化 法 适 用 于 游 离 脂 肪 酸 和 水 分 含 案
含 最 高于 木质 素材料 热 解油 ，而 且０的含黾低 ，冈
此 ，微 藻热 解油 的热值 高 ，且较 稳定 ，同时微藻热 解油 具有很 好 的流 动性 ，可 盲接 作为 民用燃 料和 内 燃 机燃料 ，或 经深 加Ｔ作 为汽 油和柴 油。
求低 ，可亩接 转化利 用Ｃ ｚ Ｏ 、无机 盐和有 机废 水等 ； （） ２ 微藻光合 效率高 ，倍增 时间短 ，单何 ＿ 积 的产率 血
宁波 化 Ｉ Ｎ ｎｂ ｈ ｍｉ ｌｎ ｕｔ ｉ ｏＣ ｅ ｃ Ｉｄ ｓ ｙ ｇ ａ ｒ
２１ 年第４ ００ 期
酯 交 换 法 制 备微 藻 生 物 柴 油
韦 兆 鸿 ，吴 文韬 ，宋 超
（ 海 大 学环 境 与 化 学 工程 学 院 ，上 海 ２ ０ ４ ） 上 ０ ４４
摘 要 ：微藻含 油脂量较高 ，生长速度快，并且其养殖不 占用耕地 ，还 能有效地捕获二氧化碳，是制各 生物柴油的最佳原料 。目前 ，阻碍微藻生物 柴油成为商业化燃油 的主要瓶颈是成本高。传统的油脂提取和酯 交换制各生物柴油工艺复杂，产物纯度低和产生大量废 水都是导致高成本 的重要 因素 。
氢氧 化钠 、氢氧 化钾 、 甲醇 钠等 。在较 小醇 油 比、 较低 温度 条件 下 ，反应 能 够在 数 分钟或 几 ｌ 钟 内 ‘ 分 接近 并到达 终 点 ，最 终 收率 一般 能达 到９ ％ 以上 。 ０ 用 均 相碱 催 化 通 常 需 在 低 温 下 就 可 获 得 较 高产 率 ，但它 刈‘ 原料 中游 离脂肪 酸 和水 含晕 却要 求 较 高 ，通 常要 求油料 脂 肪酸 含旱 小 于０５ ．％，水分 小 于００ ％。这 是 冈为 在 反应 过 程 中 ，游 离 脂肪 酸 会 ． ６ 与碱 发生皂 化 反应 ，同 时它 也能 减弱 催化 剂 活性 ，
微藻产油综述
批判着看微藻类生物柴油摘要微藻类油的定量生产往往被高估。
生产1 kg的藻类柴油所投入的盐分近似于1 kg矿物柴油的实际价格。
电能生产微藻生物柴油的费用总额是消耗相同数量电能产生的收入的数倍。
微藻培养作为食物的生物价值比作为燃料要高的多。
普遍认同的观点是资金应该投资于微藻生物质生产，用来生产食品添加剂，饲料和药品。
其目的是为了防止在微藻类生物柴油上做太过草率的决定和投资。
关键词：生物柴油/微藻1.简介生产微藻油是一个古老的想法，这些想法几乎每十年反复出现，到现在已经持续了50年了。
从本世纪一开始，微藻一直被认为可能是柴油燃料良好的可再生来源。
藻脂肪酸转化为甲酯或者乙酯可以用作生物柴油。
全世界各地都在使用这个方法，同时这种方法常常被一厢情愿的证据支撑着。
现如今人们甚至可以在网络上找到许多电子书或者其它的来源卖“在家”或者“在车库”里生产海藻类生物柴油的方法。
事实上，几乎用任何有机体作为来源来生产生物柴油都没有很多技术障碍。
作为一个跨学科的事业，藻类柴油的方法需要能光合自养的生物技术和化学工业方面的理论知识以及实际生活经验。
大部分情况下，实际的生活经验主要基于实验室的观察和小型的户外设备。
乐观的结果往往来自于更大体积或者表面积层面上的推断。
Chisti的图表上显示微藻生物量应该相当便宜，为了使微藻生物柴油的生产经济合理，原油应该更加昂贵。
针对微藻生物量主要成本减少的研究和开发值得融资，但是微藻生物柴油的生产现如今完全是毫无理由的冒险。
特别要说的是，这对中小企业来说简直就是灾难。
这和Schneider的观点不谋而合，同时和Carlsson发表的结果相吻合。
关于藻类生物柴油，他们俩都参考了Gerald Cysewski的言论：“如果不是微藻类，我根本看不到这种情况。
”在一个讲座中，Venter提到转基因藻类对于生物燃料的生产有着很好的前景。
然而，初步选定的高产且单一栽培的品种不能轻易种植在室外的池塘或者咸水湖。
产油微藻简介
利用微藻生产能源的概念开始于上世纪中后叶，经过几十年间众多政府部门，科研组织，企业和学者们的努力，目前已经逐步走上了规模化的应用。
最近的两三年内，众多的政府和企业开始关注这个产业，并有相当部分大型的能源企业投入了正式的实施。
虽然目前面临着许多需要解决的问题，高昂的微藻生产和能源转化的成本，使微藻能源尚不能完全的普及开来。
但是考虑到有限的化石能源储量和能源消耗的日益增长，石油、煤、天然气等能源都有消耗殆尽的一天；加之日益严重的全球环境问题，寻找新能源和可再生能源的问题已经面临到人类的面前。
利用太阳能、风能、潮汐能、地热等发电受地域或其他条件的限制限制较大，而且目前还存在着众多非电力驱动的机械，如果要彻底的改变人类能源利用的方式和结构，需要相当相当长的一个时期来改变。
而利用微藻来生产生物燃料在目前来看是最好的选择之一，前文已经对此进行了简单的阐述，下表为利用不同生物生产生物柴油的比较。
Comparison of some sources of biodieselCropOil yield(L/ha) Land area needed (M ha) aCornSoybean Canola Jatropha CoconutOil Palm Microalgae b Microalgae c 1724461190189226895950136,90058,7001540594223140994524.5a For meeting 50% of all transport fuel needs of the United States.b 70% oil (by wt) in biomass.c 30% oil (by wt) in biomass.微藻能提供多种形式的生物燃料，包括利用微藻藻体发酵生产甲烷(Spolaore et al.,2006)；利用微藻中的脂肪酸生产生物柴油(Roessler et al., 1994; Sawayama et al., 1995; Dunahay et al., 1996; Sheehan et al., 1998; Banerjee et al., 2002; Gavrilescu and Chisti, 2005)。
微藻——可循环的“绿色油田”阅读试题附答案
微藻——可循环的“绿色油田”阅读试题附答案
微藻——可循环的“绿色油田”
①由于石油资源的逐渐减少乃至最终枯竭，全世界将面临严重的能源危机，因此，世界各国都在积极寻找能够替代石油产品的可再生能源，其中，生物柴油就是一种重要的生物能源。
提起生物柴油的原料，我们可能会想到油菜和大豆，用它们“体内”的油脂加工而成的生物柴油，能有效降低碳排放。
然而，这两种作物的培育周期较长，占用农田较多，会产生“与人争粮，与粮争地”问题，从而导致“解决了能源危机，却出现粮食危机”的尴尬结果。
此时，微藻进入了科学家们的视线。
②微藻是一种古老的低等植物，广泛地分布在海洋、淡水湖泊等水域，种类繁多。
微藻可直接利用阳光、二氧化碳和含氮、磷等元素的简单营养物质快速生长，并在细胞内合成大量油脂。
因此，微藻为生物柴油生产提供了新的油脂资源。
③与大豆、油菜和麻风树等油料植物相比，微藻的生长周期短，从初生到可以制油仅需一个星期左右，而大豆等油料植物一般需要几个月。
此外，微藻的含油量高，油脂产率高，单位面积产油量是大豆的数百倍，每公顷可年产几万升生物柴油。
微藻还不会占用耕地，利用滩涂、盐碱地、荒漠等，以及海水、荒漠地区的地下水等，就可以大规模地开发“微藻油田”，不会与农作物争地、争水。
④微藻在培养过程中还可固定大量二氧化碳，因此，利用微藻制造生物柴油能大量减少二氧化碳排放。
据计算，每培养1吨微藻，需要消耗约2吨二氧化碳。
此外，微藻在光自养培养过程中可利用废水中的氮、磷等营养成分，从而降低水体的富营养化，因此，微藻还能用于净化工厂排放的废水和。
海洋微藻制油的方法
海洋微藻制油的方法利用海洋资源规模化的养殖微藻制取高品位液体燃料已经成为国际新能源开发的前沿研究热点和高技术竞争焦点，对发展低碳经济和循环经济具有重要意义。
微藻具有含油量高、油质好、生长速度快、不占用耕地、减排二氧化碳、净化环境等独特优势，因此作为第三代生物质能受到越来越多的重视。
微藻是一种可利用多种水资源，例如淡水、咸水、盐水、海水、生产废水以及污水的生物质。
一些富营养的污水也可以为微藻的生长提供必不可少的营养元素，例如氮、磷、碳、铁、镁等。
这些污水不仅可以提供微藻生长，其自身也可以得到净化和排污，再者由于现在世界各国都要求减排二氧化碳等温室气体，微藻生物能源也可以起到固定燃煤电厂的二氧化碳的作用，即微藻在进行光合作用时可以需要吸收二氧化碳，既起到了固碳的作用，又富集了自身的油脂含量，微藻光合作用固定大气环境中微量二氧化碳已有大量文献研究，而关于微藻减排工业烟气中高浓度二氧化碳也已经成为最近几年的研究热点。
绿藻和蓝藻对固定高浓度二氧化碳具有十分突出的优势，如小球藻和螺旋藻在10％的二氧化碳浓度下生长固定二氧化碳的效率分别迖到56％和39％，但是关于二氧化硫、氧化氮和粉尘等多种烟气污染物对微藻固碳影响的研究报道还比较缺乏。
微藻还可以在贫瘠的土地上养殖，具有不与粮食相争、自身生长速度快、油脂含量高等优势，因此，微藻极有希望为未来的发展提供能源的来源。
现阶段，微藻商业化的养殖主要还是用于市场价格较贵的领域，如保健品等。
但其市场容量不大，而微藻本身所含有的高油脂也未得到合理的运用，所以微藻制取生物柴油或者航空煤油是其未来发展的主要趋势，这也是微藻作为生物质能源解决环境与能源的使命。
当前微藻制油主要有以下6种方法。
1、溶剂萃取方法这种方法运用溶剂与油脂相似相溶的原理，把油脂从微藻细胞里萃取出来。
常用的溶剂有氯仿、甲醇、二氯甲烷、石油醚、正己烷和甲苯等。
提取的方法有BlighandDyer方法、Folch方法和索氏提取法等。
藻中提取生物柴油
生物柴油
生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻 等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交 换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生 物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂 肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合 物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种 类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。
国内外研究现状
2、澳大利亚现状 2009年底，笔者有幸从澳大利亚墨尔本获得澳大利亚的 “富基绿色 新能源生物柴油(Fulifuelblodiese1)”项 目的资料，从中得知，该项目进 行了大量的藻类优良品种筛选工作，在5×10多种海藻中，最终精选出脂 质含量高的3个优秀品种，a)微拟球藻(Nannochloropsissp)，其脂质含量 为净重的31％～68％；b)裂殖壶菌(Schizochytriumsp)，其硅藻脂含量为 净重的50％～77％；C)布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)，其硅藻脂质含 量为净重的25％～75％。这3种微藻中，以微拟球藻最优，因为其抗菌力 强，生命力顽强；易于生养，培育简单，处理方便；咸水物种；高脂质含 量(脂质达净重的70％)。
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海藻生产和海藻油提取
• 藻类的厚壁孢子具有坚韧的细胞壁，会阻碍对细胞内生物质的提取。 因此在提取海藻油前，必须对海藻细胞进行破壁处理。超声波法或超 微加超声法是目前实验室对藻细胞进行破壁的常用方式，且破壁效率 高，一般细胞破壁率都可以达到95% ~ 98%。在海藻生物柴油工厂采用 这类破壁方法存在两个主要问题，一是设备昂贵，二是能耗高。 • 采用机械破壁法、物理法和酶解法对螺旋藻进行破壁试验证实，机构 法的破壁效果较好且易操作，而研磨法是螺旋藻细胞的最佳破壁方法 ，在胶体磨和匀质机上进行螺旋藻细胞的破壁试验效果更理想。
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微藻的种类
四、微藻制油生产工艺
4.1微藻制油原理 4.2开发技术流程
4.1微藻制油原理
微藻制油的原理是利用微藻光合作用， 将化工生产过程中产生的二氧化碳转化为 微藻自身的生物质从而固定了碳元素，再 通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为 油脂，然后利用物理或化学方法把微藻细 胞 内的油脂转化到细胞外，再进行提炼加 工，从而生产出生物柴油。 即通过藻类的 光合作用，将废水中的营养物质和空气中 的二氧化碳转化为生物燃料、蛋白质。
新奥集团2008年又投资建成了600平方米的中试 基地，实现了微藻制油中试规模的工艺贯通。2009年， 微藻产业化示范创新集中营对工艺进行了大量的优化， 多项关键技术达到产业化示范条件，产业化成本大幅 降低。
2009年底，新奥集团的“二氧化碳—微藻—生物 柴油”关键技术研究入选国家863计划高技术研究项 目，并且获得了国家专项资金支持。2010年，他们又 把实验做到了煤化工工厂，在不可控的自然环境中进 行放大实验，在煤化工工厂排放的灰尘、碳水化合物、 硫化物环境中，利用排放的废水、废热进行藻类养殖， 取得了很好的效果。国家相关部门因此决定由新奥集 团在内蒙古建设5000吨微藻生物柴油示范工程，对煤 电厂和化工厂等排放的二氧化碳进行就地吸收和资源 化利用，生产生物能源。
机物质； 3.能用海水培养，能耐受沙漠、干旱、半干旱地等极端
环境，不占用耕地； 4.能生产出高附加值的副产品，如生物高聚物、蛋白质、
色素、动物饲料、酒精、氢气等； 5.高效环保；生产出的生物柴油不含硫，燃烧产物不污
染环境；排入环境可被微生物降解； 6.生物柴油无毒 ，有较大的环境价值和社会价值。是
典型的“绿色能源”。
4.2.4酯交换法处理油脂
微藻生物柴油含有非常丰富的含有4个 或更多双键的多不饱和脂肪酸，如二十碳 五烯酸(EPA，C20：5n-3，5个双键)、二 十二碳六烯酸(DHA，C22：6n-3，6个双 键）。这些双键的存在会导致微藻生物柴 油在储运的过程中被氧化而不稳定。因此， 酯交换工艺的选择， 取决于微藻油脂的性 质。
海洋中的精灵——微藻
微藻特点
(1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能有效 地利用太阳能通过光合作用将H2O、CO2和无机盐转化为有机 化合物, 可以减少温室效应。
(2) 微藻一般是以简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行 大规模培养，由于微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量 容易采收和利用。
4.2.2微藻的培养
微藻主要类型——光能自养型
能源：光
碳源：二氧化碳
其他条件：温度、溶解氧、pH值等
反应仪器：光生物反应器即为设计有光 源系统的、主体为透明材料的生物反应 器
光反应器的优缺点
光生物反应器
优点
跑道池
(Raceway pond)
成本相对较低、培养后易 清理，大规模培养方便
缺点
光控制少、较难长时间培养、 生产率低、占地面积大、只 限于少数微藻、易污染
酯交换法处理
在酸或碱催化剂及高温条件下（230-250℃）进行 转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再进行 进一步洗涤干燥即得生物柴油，同时可产生副产品甘 油。
可行性：柴油分子由十五左右碳链组成，植物油分子 由十四到十八个碳链组成，与柴油相近。
甘油三酸酯 + 甲醇
脂肪酸甲酯 + 甘油
获得生物柴油产品
2010年6月8日，“新一代钻石DA42”飞机在 柏林成功首航。这是一次意义非凡的飞行，因为飞 机烧的是100%的藻类生物燃料，而且成绩优异：燃 烧得更加充分，节省了5%~10%的燃料。
新奥微藻养殖及中试基地
2007年10月11日，新奥集团生物质能源研究所 成立，微藻产业化示范创新集中营正式开营。
(3)可以用海水、咸水或半咸水培养微藻，因此是淡水短缺、土地 贫瘠地区获得有效生物资源的重要途径。
(4) 微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，某些种类还富含油 料、微量元素和矿物质，是人类未来重要的食品及油料的 来源。
(5)微藻，尤其是海洋微藻，因其独特的生存环境使其能合成 许多结构和生理功能独特的生物活性物质。经过一定的诱 导手段微藻可以高浓度地合成这些具有商业化生产价值的 化合物，是人类未来化工原料的重要资源。
等环境条件; (4)易于基因工程改造。
技术环节
菌种原则
菌种含油量
微藻的 筛选和 培育
(1)含油量高; (2)生长快速; (3)耐高浓度的 CO2、高温以及 高强度的光照等 环境条件;
(1)Botryococcus braunii(含油量55%-75%)； (2)Chlorella sp．(含油量28%-32%)； (3)Cylindrotheca sp．(含油量16%-37%)； (4)Dunaliella primolecta(含油量23%)； (5)Isochrysis sp．(含油量25%-33%)； (6)Nannochloris sp．(含油量20%-35%)： (7)Nannochloropsis sp．(含油量31%-68%)： (8)Nitzschia sp．(含油量45%-47%)；
3.生物能源不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且 还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优 势。
总而言之，未来将是生物能源的天下。生 物能源会是人类不二的选择，未来生物能源的 前景将不可估量。
愈演愈烈的环境污染
二、微藻制油优势
1.含油量高，易于培养，生长周期短单位面积产量大； 2.充分利用太阳能，将水、二氧化碳等无机物质合成有
这么多优点的微藻制油 你了解么？
三、微藻简介
海洋单细胞藻类，即微藻，是地球 上最早的生物物种，它们中的某些物种 已经在地球上生存了35亿年之久。它们 能十分有效地利用太阳能将H2O、CO2 和无机盐类转化为有机资源，是地球有 机资源的最初级生产力，有了它们才有 了大气中的氧气，才有了海洋和陆地的 其他生物，也才有了人类。
(4)易于基因工 (9)Schizochytrium sp．(含油量50%-77%)；
程改造.
葡萄藻(Botryococcus braunii)、裂殖壶藻(Schizochytrium
sp．)等微藻的含油量可达50％ 以上。
不同微藻的耐受性和生长速度
微藻
CO2％
T*C
Chlorococcum littorale
微藻制油原理图解
4.2微藻生物柴油开发技术流程
营养+废水
微藻的 筛选和 光、CO2
培育 水、营养
微藻生 物质生
产
微藻生 物质的 采收
微藻油
微藻生 物质的 提取
生物柴油
动物饲料其 他产品 厌氧发酵
营养+废水 生物燃气
4.2.1微藻选择原则
(1)含油量高; (2)生长快速; (3)耐高浓度的CO2、高温以及高强度的光照
微藻生物柴油的前景
因此,在能源危机与二氧化碳减排的双重压 力之下,全球再一次掀起了微藻生物柴油研究 的高潮。自20世纪90年代中期微藻生物柴油 第一次研究高潮结束之后,生物科技已经发生 了翻天覆地的变化,诞生了许多新理论、新技 术,积累了更加全面丰富的油脂代谢知识,而且 数据库中与微藻相关的数据越来越多,将这些 新知识应用于微藻油脂代谢的研究和基因工 程藻株的构建必将大大促进微藻生物柴油的 产业化进程。
一方面，从经济效益上看，较高水平的 含油量是微藻生物柴油技术可行的必要条件。 目前，葡萄藻(Botryococcus braunii)、裂殖
壶藻(Schizochytrium sp．)等微藻的含油量可
达50％ 以上，这是对自然界中的微藻生物资 源进行普查和系统的收集、表征、筛选、整 理和保存的参考标准。另一方面，快速的生 长条件也是降低微藻生物柴油开发成本的必 然要求，即选育和基因工程改造后要符合耐 高浓度的CO2、高温以及高强度光照的条件。 由于空气中的CO2只有0.03％-0.06％，而环 境中一定浓度的CO2含量又是微藻快速生长的 基本条件，因此工业废气等非自然条件下的 环境就成为了常见的选择。
Spirulina sp．
空气 18 12
25-30
30 30
0.016 1.1 0.14 0.22
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微藻菌种挑选 优良富油藻种的选育是微藻 生物柴油效率提高与成本降低的 首个关键环节，涉及微藻含油量、 光合效率、生长速率的研究等， 其影响的因素包括微藻种类、研 究温度、pH值、盐碱度、光照等 环境因子，N、Si、P、S和微量 元素等营养因子， 以及基因工程 改造等。
谢谢观赏
微藻法生产生物柴油可以与其他生产过程相结合， 构成一套完整的产业链，同时节约原料，充分利用 产物，即为生物柴油生产过程的系统化。
微藻生物柴油的前景
以玉米等粮食为原料大量生产生物乙醇会 导致粮食危机;以大豆、油菜等油料作物为原料 大量生产生物柴油会造成食用油供应紧张成以 产油酵母等微生物来生产生物柴油,需要以糖类 等有机物为原料,成本昂贵;富油微藻则不具有以 上缺点,微藻能充分利用盐碱地等非农业用地,能 通过光合作用将二氧化碳转化为有机物进行自 养而不需要消耗外源糖类。
“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 获得更高效表达。
展望未来
微藻可以旺盛地消耗高浓度的CO2和NO2，这些火 力发电厂的污染物则是微藻的营养。来自化石燃料 发电厂的废气可以直接通入微藻生产设备，此举既 能显著地提高生产能力，还能清洁空气。微藻利用 光合作用固定CO2，将光能转化为化学能的形势储 存于油脂，我们利用油脂生产生物柴油，燃烧后产 成CO2和水，这一过程完全符合节能减排的要求。
优化工艺流程
（1）选择合 适的藻类