利用微藻制备生物能源的研究进展

利用微藻制备生物能源的研究进展

郝国礼刘佳陈超李兴杰姜峰

（唐山师范学院，生物技术，唐山063000）

摘要：随着全球范围内的能源需求不断增加，化石燃料日趋枯竭，环境污染日益严重，因此开发可再生、环保的替代燃料已成为经济可持续发展最重要课题之一。微藻具有巨大的生物能源生产潜力。本文结合目前能源微藻在藻种选育、影响微藻产油因素以及生产工艺方面的研究现状和微藻综合利用发展中存在的问题,综述了近年来各国在微藻能源开发方面的重要科研工作,以及微藻能源与低碳的关系，并对微藻能源开发的相关研究方向和进展进行了评述。

关键字：能源微藻；低碳；影响因素；工艺流程；综合利用

Advances in production of bio-energy from microalgae

Hao Guoli Liu Jia Chen Chao Li Xingjie Jiang Feng （Tangshan Teachers College, Department of Biological Sciences, 08 Technical Class）Abstract:With the increasing demand of worldwide energy, depletion of fossil fuels, and the increasingly serious environmental pollution, the exploration of renewable and environmentally friendly alternative fuels has become one of the most important subjects of sustainable economic development .Microalgae has enormous potential for bio-energy production. In this paper, algae species selection, factors that affect the oil-production of microalgae, current situation of production process and problems in the development of utilization are all included to review the recent scientific effort of many countries in exploring microalgae. Furthermore, the relationship between microalgae energy and low carbon life, and direction and progress of microalgae-energy were also made a comment. Keywords: Energy Microalgae; low-carbon; Factors; Process; Utilization

1研究背景

世界经济的现代化，得益于化石燃料的开发与应用。然而，由于人们的过度开采，化石燃料终将会枯竭。化石燃料的利用，也造成环境的严重污染，因此，清洁的可再生能源的开发成为了各国研究的重点, 目前专家学者研究的主要范围包括风能、水能、太阳能、生物能源等。根据国际能源总署统计，生物能源是目前最被广泛使用的可再生能源。生物质能是绿色植物通过叶绿体将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。生物能源是可再生能源的一种，它具有潜在大规模替代汽油和柴油的可能性，因此一直是国内外研究的热点。到目前为止，生物能源的发展

已经经历了三代[1]。第一代生物能源是以玉米为主要原料生产乙醇。第二代生物能源以秸秆、枯草等非粮作物中的纤维素为主要原料，生产乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等。第三代以产油微生物为主，其中又以海水微藻的研究最多。某些微藻因含油量高、易于培养、单位面积产量大等优点，而被视为新一代的、甚至是唯一能实现完全替代石化柴油的生物柴油原料[2]。René Wijffels 和 Maria Barbosa预测，藻类可能在未来的10-15年中成为燃料给料的一个重要的来源[3]。

微藻生物质与能源植物相比，其具有光合作用效率高、生长周期短、生物质产量高的优势。在同样条件下，微藻细胞生长加倍时间通常在24h内，对数生长期内细胞物质加倍时间可短至3.5h，生物质生产能力远远高于陆地能源植物。就单位面积的产油量计算，微藻产油可达陆地油料作物产油量的30倍。微藻还可以利用盐碱地、沙漠、海域来养殖，存在不与粮争地及不与人争粮的巨大优势。获得大量的微藻生物质是微藻生物能源发展的首要前提，而优良的微藻种质是提高微藻生物质产量、降低原料成本的关键。产油量较高的藻类含油量占干重的比例分别是小球藻（28%-32%）、葡萄藻(25%-75%)、三角褐指藻(20%-30%)、杜氏盐藻(23%)等[4]。

2微藻与低碳

随着工业的快速发展，CO

2的排放量猛增，减排CO

2

已经成为全世界最为关注的

焦点和亟待解决的全球性问题，我国已经正式签署《京都议定书》,并承担减少CO

2

排放的义务。目前，国内外对CO

2

减排所采用的方法主要有海洋深层储存法、陆地蓄水层(或废油、气井)储存法和化学试剂处理的方法，但这些方法有可能对地下水、海洋生物圈以及气候等方面具有破坏作用，而且成本也太高。从可持续发展的角度

来看，利用微藻实现CO

2

的减排符合自然界环保、经济、彻底的循环模式。因此藻类制备生物燃料也成为了一种CO2减排及利用的新方式。

陈明明等人利用诱变育种技术对用来固定CO

2的微藻进行育种,获得耐受高CO

2

浓度、可高效固定CO

2

的斜生栅藻突变株WUST-04,并成功的在5 L的光生物反应器

中初步研究了该微藻的固碳工艺[5]。随着这方面的研究成果的不断发展，微藻固碳

产油技术必定成为将来CO

2

减排的主要途径。

3影响微藻生长及油脂积累的主要因素

3.1营养条件

国内外的大量研究表明正常情况下，来自不同种类的产油微藻大多数油脂产率较低。在营养胁迫条件下，细胞分裂停止而细胞继续积累油脂，积累的油脂可达细