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)。

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 microalgaeMicroalga Oil content (% dry wt)Botryococcus braunii 25–75Chlorella sp. 28–32 Crypthecodinium cohnii 20 Cylindrotheca sp. 16–37 Dunaliella primolecta 23 Isochrysis sp. 25–33 Monallanthus salina >20 Nannochloris sp. 20–35 Nannochloropsis sp. 31–68 Neochloris oleoabundans 35–54 Nitzschia sp. 45–47 Phaeodactylum tricornutum 20–30 Schizochytrium sp. 50–77 Tetraselmis sueica 15–23NREL. ASP 中实验的各藻类的含脂量（下表）。

作为生物柴油的一个补充，利用微藻发酵生产酒精是一个较好的选择，优点如下：（1）油脂在藻中的含量最高到70％左右，而酒精发酵需要的原料淀粉、纤维素、糖在许多藻中的含量要高于这个比例；（2）微藻中提炼油脂需要干燥的过程，这个过程耗费大量的能量，而酒精发酵不需要；（3）提炼油脂的方法较复杂；（4）酒精发酵产生的二氧化碳可回收继续在微藻养殖中使用；（5）发酵产生的热量也可以在低温情况下维持微藻生产所需的温度。

但生物酒精无法完全替代生物柴油（Chisti. 2007b），同等体积的酒精的能量只有生物柴油的64％，酒精也无法完全的适用在目前使用的大多数内燃机。

微藻的生产成本通常要大于普通农作物的生产，光合自养生产需要光、二氧化碳、水和无机盐，温度一般要求维持在20－30°C。

为了降低成本，能源微藻的生产必须依靠太阳光，尽管日常光强会随天气和季节变化。

微藻生长的培养基需要补充无机盐以维持微藻的增殖，包括氮、磷、铁和其他一些微量元素。

微藻的最小能量需求可以更具微藻中元素构成来估算，根据Grobbelaar(2004)的数值为CO0.48H1.83N0.11P0.01。

在微藻养殖中，因为加入的磷通常是和金属化合的磷酸盐形式，并非所有添加的磷都能被微藻所利用，因此必须加入过量的磷，以满足微藻生长的需要。

海水中添加如氮、磷和其他一些微量元素即可作为海洋微藻的培养基(Molina Grima et al., 1999)，成本相对比较低廉。

微藻中的含碳量大约在干重的50％左右(Sánchez Mirón et al., 2003)，所有的碳元素都来自二氧化碳。

生产100吨的干藻粉，大约需要183吨二氧化碳。

在光照培养期间，二氧化碳需不停的补充，二氧化碳在水中的溶解度与温度和pH值有关，因此在补充二氧化碳时须观察pH和温度的变化情况。

能源微藻的养殖可以利用来自煤炭、石油等化石燃料燃烧产生的二氧化碳(Sawayama et al., 1995; Yun et al., 1997)，这些二氧化碳使用通常是免费或者耗费低廉。

虽然微藻固定二氧化碳不能完全的将二氧化碳消除，但作为化石燃料燃烧排放的二氧化碳收集者，可以减少二氧化碳向大气的直接排放。

大规模的微藻养殖，一般采用连续培养的方式，新鲜的培养基不断的添加，藻液不断的回收，在夜间，培养基不再添加，但搅拌必须持续不断防治藻液沉淀(Molina Grima et al., 1999)，因为呼吸作用的缘故，大约有25％的生物量在夜间损失，损失的幅度取决于生长的光强，生长的温度和夜间的温度。