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 biodiesel

Crop

Oil yield

(L/ha) Land area needed (M ha) a

Corn

Soybean Canola Jatropha Coconut

Oil Palm Microalgae b Microalgae c 172

446

1190

1892

2689

5950

136,900

58,700

1540

594

223

140

99

45

2

4.5

a 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)。以及利用微藻的光合作用来产氢气(Ghirardi et al., 2000; Akkerman et al., 2002; Melis, 2002; Fedorov et al., 2005; Kapdan and Kargi, 2006)。将微藻用于能源生产已经不是新鲜的话题(Chisti, 1980–81; Nagle and Lemke, 1990; Sawayama et al., 1995)，而直到目前才正式的得以商业化开展，以生产能源，并解决因化石燃料而产生的温室效应(Gavrilescu and Chisti, 2005)。

在以上的这些选择中，利用微藻生产氢气是一个长远的目标，根据专家的估计，该项技术的突破还需要多年的努力。而甲烷包括酒精的应用范围不如生物柴油的范围广阔，生物柴油几乎可以直接的应用到目前大多数的内燃机。因此，生物柴油是现阶段最值得发展的对象。

目前的生物柴油主要是用植物或动物油脂生产的，而利用微藻生产生物柴油刚刚开始(Belarbi et al.,2000)。生物柴油的生产技术研究开展了已经有50多年(Knothe et al., 1997; Fukuda et al., 2001; Barnwal and Sharma, 2005; Demirbas, 2005; Van Gerpen, 2005; Felizardo et al., 2006; Kulkarni and Dalai, 2006; Meher et al., 2006)，主要的生物柴油原料有大豆油，菜籽油，动物脂肪，棕榈油，玉米油，烹饪废油和麻疯树油(Felizardo et al., 2006; Kulkarni and Dalai, 2006; Barnwal and Sharma, 2005)。与这些作物相比，微藻的产油能力要高10～100倍（表Chisti，2007）。

中国2007年柴油汽油产量大约是：

柴油：12400万吨＝14762×107升＝3900×107加仑

汽油：5900万吨＝7973×107升＝2100×107加仑

汽油机效率比柴油机低35％，在这里把汽油换算成柴油（假设所有汽油机都被柴油机代替）

折算成柴油：390＋210×0.65=526×108加仑

生物柴油效率较正常柴油，效率要低一点，一般的换算加2个百分点。

生物柴油：526×1.02=537×108加仑＝170×109公斤

根据NREL的微藻产油能力：1英亩/年＝15000加仑（Sheehan et al., 1998）。中

国需要2150万亩（1.4万平方公里）的微藻养殖面积，就可以满足全年的汽油和柴油需求量。

按照美国2004年在Salton Sea（in the Sonora desert）的数据，建场投资：40,000/公顷，则1.4万平方公里的建设资金是560亿美元。即使按产油量1英亩/年＝5000加仑，建造价格翻倍计算，实现上述目标总投入是3360亿美元。运营成本同样按照美国Salton Sea的数据：12,000 /公顷在1英亩/年＝5000加仑的情况下，是504亿美元。而我国2007年进口原油近2亿吨，日耗800万桶，其中一般为进口。即使按每桶100美元的价格计算，每年进口原油需要约1500亿美元。而目前国际油价处于日益攀升的现状。

微藻养殖可以不占用耕地、森林和草原，可以在盐碱地、荒漠上进行，我国盐碱地总面积9913万公顷＝100万平方公里，荒漠面积占我国国土面积30％以上（2007年，国土资源部），因此在我国开展能源微藻的产业，既迎合国家发展战略的需要，是未来能源发展的必然，同时也存在众多的便利优势，可大为之。虽然大豆，油菜籽等作物的普遍含油量要比微藻要高，但这些高含油的部位（多为种子）只是整个作物的部分，还有大量的其他部位含油极少。而微藻无根、茎、叶之分，整个藻体都是可利用的生物量。微藻生物量的倍增时间一般是24h，在指数生长期，可缩短到3.5小时。微藻含油量最高可接近干重的80％(Metting, 1996; Spolaore et al., 2006)。多数微藻的含油量在20～50％之间（表）。生物柴油的产率取决于微藻含油量的高低和生物量的大小，因此我们渴望获得含油高生长快的微藻藻种。微藻的中的燃油物质，包括油脂、烃和其他一些复杂脂类，具体的含量因藻种而异(Banerjee et al., 2002; Metzger and Largeau, 2005; Guschina and Harwood, 2006)。并非所有的微藻油脂都可作为生物柴油，但其中总有合适的成分可供选择。

Oil content of some microalgae

Microalga Oil content (% dry wt)

Botryococcus braunii 25–75