利用微藻制备生物燃料现状及应用前景

油公 司 他用透 明的大塑料袋种植海藻 , 这既可 以让充足的光线进人 , 又能防止其它种类的海藻 人侵 他称 自己的发明是全规模海藻 反应堆
新进 展 1.1 研 究历 程 回顾
国外 微 藻 的研 究起 步较 早 ,早 在 上世 纪 5 年 0 代 , 美 国麻省 理工 学 院就 在 校 园 内建 筑 物 的屋 顶
日宣称 通过 一种 用 太 阳光 二 氧化 碳 和 光 合 海 藻 的工艺 研制 出 了辛烷 值达 9 的绿 色 汽油 1
石 油公 司 也 加 人 了这 股热 潮 Sh n 公 司 与 e
美 国从事 海 藻生 物燃料 业务 的 H R 生 物 石油 公 司
进行净化和精制
然后采用与 目 前商业规模生物
努力 , 建立 了化学 法 和 脂 肪 酶法 生 产 生 物 柴 油关
键 技术 与工 艺路线 ,生 物 柴 油 的纯 度 达 到 9 % 以 8
l6
括海 藻生长 海 藻 收集 和 萃取 海 藻 油 用 于 生物 柴 油 3 个 步骤 工 艺 的核 心是 建 在 G r v n 工业 公 al g i
专论器
想
润滑油与燃料
第 1 卷 总第 9 期 9 0
脂 , 提出了利用绿藻将二氧化碳转化为石油 的设 9 3 1 9 年 , 以色列耶路撒冷希伯里大学 Be n
上 , 并对海藻油脂的制备进行 了研究 此外 , 山东
海洋工程研究 院 抚顺石化研究 院均已开展微藻
o i z n G nz e 教授成功地用高蛋 白质含量的盐藻 i b r g 获得 了低硫 低氮的优质石油
含油量达到 40% 一 60% 9 8 1 7 一19% 年期 间累
料 中, 藻类 由于具有分布广 油脂含量高 生长周 期短等特点 , 而被科研人 员认为是最有希望和前
计投人科研经费 250 万美元 ] 该研究室 也是 5 迄今对微藻研究最全面和权威的机构 由于油价
途的可再生能源之一 的是微藻
藻类中用于制备生物燃料
到的生物柴油符合 A sT M 的相关标准叫 清华大
启动 海藻变油 研发计划 , 将从完全基于海藻的 光合成来生产可再生柴油和喷气燃料 , 海 藻具有 独特的吸收二氧化碳并使之转化为高密度天然油
的能 力 I ,
美 国全球绿色解决方案公司于 20 7 年 1 月 0 2 中旬发布海藻作为生物燃料原料 的 V r g e tr io
他们 的
20 8 年 9 月宣 布投 资 1 亿美元 开展 养殖海藻生 0 产生物燃料 的研究 , 比尔盖茨私人名下 的投资公 司 Caseade i nvest ent 和为洛克菲勒家族服务 的 m s 投资合作商 v e r c Pa er [ 是该公司2 个引人 n ok r n t 注 目的投资商 Sa P i 公 司于 20 8 年 5 月 2 p h r e 0 8
9 日生产出第一批海藻基可再生生 物柴油 S l o a
isl T d e e R D M ,这种生物柴油的化学组成 与标准 的 石油基柴油相 同, 并且 , 完全可以与现有的运输燃
料 基础设 施 相 匹 配 [ 20 8 年 1 月 圣 丹 斯 电影 0
宣布 , 与 H e a 开发公司和亚利桑那科学基金会 i l e (SFA z)合作 , 取 得了一 项研究 与商业 化突破 , 从 海藻开发 生产和销售煤油基航空燃料 据称 , 研
用高生长率的海藻, 置于装有水 的大型试管内, 并 曝置于直接 的阳光照射下 年开始商业化生产[ ] s
加拿大国际能源公司于 20 7 年 1 月初宣布 0
这项技术预计 20 8 0
大学生物技术研究所缪晓玲教授等发表论文阐述 其研究进展和成果 , 该研究 团队通过异养转化细 胞工程技术获得 了高脂含量的异养小球藻细胞 , 其脂含量高达细胞干重的 5 % (质量分数 ) , 是 自 养藻细胞的 4 倍 , 利用酸催化醋交换技术一步得
究人员在海藻基生物燃料和生物材料方面的研究 工作 , 已从实验室走 向中试和生产 阶段 发现可取得降低成本的效益成果 除科研机构外 , 众多的生物燃料公 司 投资公
司也 涌 人 该 研 究 领 域 美 国 S p h r 公司于 a ie
节期间 , S l ym e 展示 了第一辆使用该公 司所研 o a z 制的海藻生物燃料 (比例为 2 % ), 并实际在道路 0 上行驶测试的车辆 美国 A ge d 公司于 20 8 年 7 月宣布在美 国 l n 0 M 娜 l n 投运了世界上最大的海 藻库场 , 目标是 ad 在美国沿海地区建设海藻制乙醇工场 算可从一英亩土地 生产 60[ )力 仑 乙醇 X 目 该公司估 按照估
计 , 如果美国所需 乙醇全部从海藻制取 , 则仅需使
用谷 物 制取 乙醇需 用 土地 的 3 % ]
美国可再生能源集 团(R C )公 司于 20 8 年 E 0 8 月 21 日 宣布 , 该公司已拥有规模化的商业化技
术 , 可炼 制和生产大量高质量的海藻生物柴油 R E G 公 司计 划 采 用 专 有 预 处 理 技 术 对 粗 海 藻 油
开始进行养殖藻类生产生物燃料 的试验 , 并在研 究报告中第一次提到了藻类生物燃料 !
1978 年 , 美 国能 源部 可再 生 能 源 国 家实 验 室 开展 了养殖 微藻 生 产 生物 燃 料 项 目研 究 (A q a i u tc
Spi e P g am , 简称 A SP 项 目) , 从微藻筛选 微 cs r r o 藻生化机理分析 工程微藻制备到 中试研究 该
公司的预处理技术对粗海藻油进行净化和精致 然后采用与现在商业规模生物柴油生产过程相似 的系统 ,使之转化为生物柴油 尽管加工海藻油
一 天之后就可以收集海藻 , 这时海藻 的含油量 30 约在 5 % 左右 0 用V rg e tr io 工 艺, 生物柴 油的产
量要 比用常规农作物生产的生物柴油多 2 倍 , 而 0
柴油生 产过 程相似 的系统 , 使之转 化 为生物 柴
油[ J 0 E R G 公 司表示 , 该公 司 已拥有 从 各 种 海 藻
菌株 产生 油 的炼 制 技 术 , 生 产 的海 藻 生 物 柴 油 质 量超 过 A ST M 标 准 该公 司 已能够 中型 规模 预 处
院与中国石化合作开发微藻生物柴油技术 , 近期
称 , 此技术仅需美国土地面积 的 0.3 % 就可生产 出满足全美国需要 的运输燃料 该项 目的目标是 !
要完成小试研究 ; 1 5 年前后实现户外 中试装置 20
研发 ;远期将建设万吨级工业示范装置
20 5 年 , 美 国 G r e Fu l 技 术 公 司 开 发 的海 0 en e
专论器
司的连续闭环生物反应器 在生物反应器 中, 水 物柴油 技术 推 向商业化 生产 在放 大 方案 中, 中的海藻通过 1 根 r 英尺长紫外线稳定的直立 o 塑料管循环 , 在塑料管 中海藻暴露在太 阳光下 上方敞 口的生物反应器的重要特点是 , 有很大的 表面暴露在太 阳光下 , 没有水 的蒸发损失 在2 5 E R G 公司计划使 海藻生物柴油商业化 生产量 与 现在应用的其他植物油和动物脂肪为原料的装置 相当 作为商业化工艺过程的一部分 , 采用 R EG
到 20 0 年能获得经济可行的生物柴油 1
在我 国, 虽然微藻养殖历史不长 , 技术上较先
藻技术于在 A r o a 的 A P 电厂完成了中试 z i n S
选
进 国家存在一定差距 ,但近十多年来却发展很快 除了养殖发展十分迅速外 , 在利用微藻制备生物
燃料的研究上也取得了很大进展 200 年 , 清华 4
微藻种类 繁多, 分 布极 其广泛 川 , 生 利用微藻制备生物燃料已成为
上涨 ,2( 7 年 底美 国能源部又将 这个 中断 了 H ) X 年之久的项 目重新启动川
长条件要求很低
热点
更直接将微藻用于生产生物柴油的是美国人
吉姆 塞尔斯 , 他 为此还专 门建立了一个生物柴
1
国 内外 利 用微 藻制 备 生 物燃 料 研 究 历 程 和 最
的初步试验数据
学还开发了微藻异养发酵生产生物柴油技术 过细胞控制技术获得异养小球藻
通
工艺
异养小球藻细
试验表明 , 采用该公司的生产 将海
胞 中油 脂 类 化 合 物 大 量 增 加 , 蛋 白质 含 量 下 降 实 验室 研究 结果 表 明 与常 规 制 备技 术 相 比 , 成 本
系统, 每年每英亩可生产 276 海藻生物质 t
油成套技术 合作项 目
阂恩泽 指 出, 从 微藻转
物学反应工程技术进行了增加微藻细胞含油量和 产量方面的研究 , 制取 出性能类似大豆油 的海藻 油 , 油脂含 量丰富 , 可生产生物燃 料 该实 验室
化为生物柴油的过程中, 微藻是基础 , 光反应器是 转化关键 , 要 自始至终加强战略研究 中国科学
他用 2 条长 10 m 间隔 lm 左右的平等轨道 固定 5
大 塑料 袋 , 一旦海 藻 长成 , 就被 送到 炼油 厂制备 油 料 然 后再 转化 成生 物 柴油 美 国和 日本 的一 些研 究 机构也 开展 了相关 工 作 , 如 197 年美 国科 罗拉 多州 戈尔 登太 阳能研 究 8 所在 1 个 直径 2 m 的 池 塘 中培 植 微 藻 , 1 年 收 获 0 微 藻 4 t,从 中提炼 出 300 多 升燃 油 1988 年 日本
一家公 司发 现 绿 藻 能 吸 收 大 量 二 氧 化 碳 生 成 油
作者简介 :张璐瑶 , 女 ,20 8 年毕业 于中国石油大学( 北京 ) 0 现从 事战略与信息研 究工作
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项 目持续 到 19% 年 , 在 实 验 室 研 究 的 基 础 上 , 研 究人 员在美 国加 利福 尼 亚州 夏威夷 州 新 墨西 哥
于 20 7 年 1 月组建合资企业 Ce e a 公 司, 在夏 0 2 l n 威夷用 2.5 公 顷面积 的实验基地作为海藻 养殖 场 , 建设利用海藻生长和生产植物油用 以转化为
生 物燃料 的 中试 装 置 , 进 行 为期 2 年 的生 产 生 物 柴油 实验 [ !c h v n 公 司也与 美 国可 再 生 能 源 e r o
藻作为燃料的原料 , 可每年每英亩生产约 3 .3 万
加仑海 藻油 20 8 年 3 月 , 美 国 V a e c n 产 品 0 ln e t 公司又与全球绿色解决方案公 司宣布 , 将其专有 的 v er g io tr 工艺推 向商业 化 已处 于最后 阶段 , 包
下降 5 一 倍 , 油脂质量分数达 9 % 以上 8 中国水产科学研究院 中科院海洋研究所等 单位也于 20 5 年申请并得到资助 , 经过 2 年来的 0
外微藻制备生物燃料的研发历程以及最新进展, 并探讨了该研究领域的应用前景
关键词 微藻 藻类 生物燃料
作
为化石燃料 的替代 , 生物燃 料的发展 已在 国
际上得到广泛的重视 在生物燃料的众多原
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
州等地进行了中试放大
中试装置运行 了 1 年 ,
可获得高达 0.0 k岁 (m Z )的工程微藻 , 微 藻的 5 d /
用水量 只有 5 % 61
存在各种挑战, 但 R EG 公司生产的产品质量 已超
过 A S M D 75 1 和 E N 142 14 规格 T 6
美 国 S l m e 生物技 术公 司于 20 8 年 7 月 o a y z 0
美 国亚 利桑 那 州 立 大 学 于 20 8 年 9 月 5 日 0
1.2 最 新进展 概 述
利用的探索 , 在微藻筛选和培育方 面进行 了深人
研究 , 目前都已取得一定的成果 阂恩泽院士近年来进人绿色化学领域 , 积极 倡导开展微藻生物质燃料的研究 , 在其倡议之下 ,
20 9 年 2 月 2 日, 中石化与 中科 院 微藻生物柴 0 8
进人 2 世纪后 , 国外在该领域的研究工作 出 1 现新进展 , 逐步从实验室走 向中试和生产放大阶 段 200 年 , 美国圣地亚国家实验室利用分子生 2
第1 卷 9 2 X) 年 9
总第
第
期 i期
润滑油与燃料
L U be S & F Ue l S
专论黑
利用微 藻制备 生物燃料现状及应用前 景
张璐瑶, 李雪静
(中国石油石油化工研究 院,北京 1以X)29
摘
要
微藻是生产生物燃料的优 良原料 , 有望成为最 重要 的可 再生能 源之一
本 文综 述 了国内