微藻柴油

微藻制油的原理是利用微藻光合作用，將化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為微藻自身的生物質(zhì)從而固定了碳元素，再通過誘導(dǎo)反應(yīng)使微藻自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂，然后利用物理或化學(xué)方法把微藻細胞內(nèi)的油脂轉(zhuǎn)化到細胞外，再進行提煉加工，從而生產(chǎn)出生物柴油。 即通過藻類的光合作用，將廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)和空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物燃料、蛋白質(zhì)。“這是一個變廢為寶的產(chǎn)業(yè)，而且還可以生產(chǎn)更多的下游產(chǎn)品?！痹谑蛢r格大幅上升，糧食短缺問題日漸突出的今天，該產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

如果在我國廣闊的沿海和內(nèi)地水域大規(guī)模種植工程高油藻類，生物柴油的生產(chǎn)規(guī)?？梢赃_到數(shù)千萬噸。這并非遙不可及。在科研人員的積極探索下，國內(nèi)在海洋微藻制取生物柴油方面已取得可喜成果，更宏大的項目正在醞釀之中。

中國工程院院士閔恩澤日前在華中科技大學(xué)演講時透露，我國將有部分城市銷售含5%微藻生物柴油的“綠色石油”。但受成本和生產(chǎn)條件制約，這種“綠色石油”大力推廣還需時日。

閔恩澤院士算了一筆賬：如果推廣含5%生物柴油的清潔燃油，以我國石油的使用量計算，生物柴油的需求量是600萬噸。這項技術(shù)的經(jīng)濟和生態(tài)效益都非?？捎^。

微藻柴油可望滿足全國一半用油

“在顯微鏡下，海藻就像一個油葫蘆，比油菜籽、花生的含油量高7～8倍，比玉米高十幾倍?！鄙綎|海洋工程研究院院長李乃勝介紹，海洋微藻制取生物柴油是國際新能源領(lǐng)域的新方向。

專家指出，我國鹽堿地面積達1.5億畝。如果用14%的鹽堿地培養(yǎng)微藻，在技術(shù)成熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國50%的用油需求。

中國海洋大學(xué)教授潘克厚說，微藻資源豐富，不會因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，可大量培養(yǎng)而不占用耕地。另外，它的光合作用效率高，生長周期短，單位面積年產(chǎn)量是糧食的幾十倍乃至上百倍。而且微藻脂類含量在20%至70%，是陸地植物遠遠達不到的，不僅可生產(chǎn)生物柴油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)氫氣的新原料。

閔恩澤院士表示，在使用秸稈生產(chǎn)乙醇汽油之后，利用微藻生產(chǎn)生物柴油是最新的“綠色”燃油技術(shù)，不過技術(shù)雖已成熟，但微藻燃油生產(chǎn)系統(tǒng)的投產(chǎn)還需要時間。他認為，要讓普通交通工具都“喝”上微藻生物柴油，還必須跨越三道檻：首先是成本。微藻燃油項目的產(chǎn)業(yè)鏈很長，藻類的培養(yǎng)成本很高，制成品的價格是石油的好多倍；其次，微藻生物柴油項目要投產(chǎn)，規(guī)模要很大才能做，而各個研究機構(gòu)的生產(chǎn)規(guī)模都很小；再次，難以找到合適的生產(chǎn)場地。在藻類培養(yǎng)中，藻類的密度只能到1%~2%，如果太密藻類就無法吸收陽光。微藻生長對陽光和水的高要求，決定了需要大型的場地。

微藻是潛力很大的生物能源，但規(guī)模和成本是開發(fā)微藻的兩大瓶頸問題，因此要把微藻生物柴油技術(shù)作為一項長遠事業(yè)，重視方案和路線選擇。

上海加緊開發(fā)微藻制油新技術(shù)

由上海市科委立項的微藻制油項目已取得小試階段性成果?？蒲腥藛T正加緊研發(fā)既能產(chǎn)出柴油，又能減排二氧化碳的微藻制油新技術(shù)，并準備將成果率先應(yīng)用于治理燃煤電廠廢氣。

主持藻類制油研究的上海交通大學(xué)副教授繆曉玲表示，課題組正在解決品種選擇問題。全世界已知的藻類有近3萬種，其中含油量高的未必長得快，長得快的又未必適應(yīng)高濃度二氧化碳環(huán)境。科研人員希望從中找到最適宜的品種，讓微藻能大量吸收二氧化碳，并通過葉綠素的光合作用制造生長所需的養(yǎng)分，從中提取出油脂，再制備出生物柴油。這種生物柴油與傳統(tǒng)石化柴油的性質(zhì)和成分相似，某些指標如發(fā)動機低溫啟動性能甚至更好。

為實現(xiàn)微藻柴油產(chǎn)業(yè)化，課題組計劃開發(fā)適合工業(yè)化生產(chǎn)的連續(xù)采收、能源消耗低的脫水干燥和微藻制油技術(shù)，建立規(guī)?；奈⒃逯朴凸S，在大型容器中養(yǎng)殖微藻。按照設(shè)想，白天，陽光和工業(yè)二氧化碳廢氣將為微藻創(chuàng)造出適宜的生長條件；夜晚，光合作用停止，但依然可以給微藻“喂食”工業(yè)廢水，讓它們利用廢水中的糖制造養(yǎng)分；“榨油”之后的微藻殘渣，則可以作為新型生物質(zhì)能鍋爐的燃料。經(jīng)過這一輪的綠色循環(huán)，微藻柴油能做到讓汽車的碳排放降為零。

上海交大生物質(zhì)能研究中心主任羅永浩教授認為，上海有很多大型燃煤電廠，其氣體排放組成中有99%是二氧化碳，運用這項技術(shù)可使微藻制油在本地循環(huán)起來。

據(jù)了解，藻類含有大量生物油脂，部分品種含油量達70%。它們的光合作用效率高，生長迅速，最多兩周就可以完成一個生長周期。研究表明，每公頃土地玉米年產(chǎn)油量只有120升，大豆為440升，而藻類可達1.5萬至8萬升。藻類將是非常有潛力的生物柴油來源。殼牌、雪佛龍等石油巨頭以及正致力于新能源開發(fā)的微軟董事長比爾·蓋茨，近兩年已投入巨資啟動微藻制油研發(fā)。微藻制油需國家立項支持

鑒于微藻的重要能源價值以及世界各國對能源微藻研究不斷深入，有專家建議，我國應(yīng)立即啟動微藻產(chǎn)乙醇、產(chǎn)油技術(shù)的研究，對微藻產(chǎn)氫也要注意動態(tài)跟蹤，作好長遠規(guī)劃。

我國在能源微藻基礎(chǔ)研究方面擁有很強的研發(fā)力量，眾多高校和科研院所承擔了多項國家及省部級微藻分類、育種和保存技術(shù)研究，擁有一大批淡水和海水微藻種質(zhì)資源。我國在微藻大規(guī)模養(yǎng)殖方面已走在世界前列。

專家建議，利用微藻制取生物柴油，具有重要的政治、經(jīng)濟、科學(xué)意義，國家對此應(yīng)加大科技支持力度，使之上升為國家項目。微藻制油需要國家立項支持，科技部、發(fā)改委、財政部、能源局等部委在科技立項時，要向微藻制油傾斜，鼓勵相關(guān)企業(yè)開發(fā)微藻制油自動化設(shè)備，大力促進微藻制油產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)達國家大力開發(fā)微藻制油

美國從1976年起就啟動了微藻能源研究，攻關(guān)以化石燃料產(chǎn)生的廢氣生產(chǎn)高含脂微藻。這一計劃雖然因經(jīng)費精簡、藻類制油成本過高于1996年終止，但美國科學(xué)家已經(jīng)培育出了富油的工程小環(huán)藻。這種藻類在實驗室條件下的脂質(zhì)含量可達到60%以上(比自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量提高了3～12倍)，戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上，為后來的研究提供了堅實基礎(chǔ)。

2006年，美國兩家企業(yè)建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣中的二氧化碳進行大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物“原油”。2007年，美國宣布由國家能源局支持的微型曼哈頓計劃，計劃在2010年實現(xiàn)微藻制備生物柴油工業(yè)化，各項技術(shù)研發(fā)全面提速。

2007年，以色列一家公司對外展示了利用海藻吸收二氧化碳，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的技術(shù)，每5千克藻類可生產(chǎn)1升燃料。

此外，在微藻制乙醇方面，美國已開發(fā)出利用微藻替代糖來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的專利；日本兩家公司聯(lián)合開發(fā)出了利用微藻將二氧化碳轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù)，計劃在2010年研制出有關(guān)設(shè)備，并投入工業(yè)化生產(chǎn)。

中文名稱：微藻柴油英文名稱：Microalgae diesel

定義：由微藻（可在水中養(yǎng)殖的光合生物）生產(chǎn)的生物柴油。

一種微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣系統(tǒng)專利目的

《一種微藻規(guī)模化養(yǎng)殖供氣系統(tǒng)》的目的在于克服微藻規(guī)?；囵B(yǎng)過程生物量小、氣體供應(yīng)量小、氣體利用率低、供氣系統(tǒng)與光生物反應(yīng)器間不匹配的問題，提供一種微藻規(guī)模化養(yǎng)殖供氣系統(tǒng)，為微藻規(guī)?；B(yǎng)殖提供技術(shù)支撐。

《一種微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣系統(tǒng)》結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過不斷試驗，成功的構(gòu)建了采氣、加熱、冷卻、過濾、供氣等一種供氣系統(tǒng)，為微藻規(guī)?；B(yǎng)殖提供技術(shù)支撐。

一種微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣系統(tǒng)技術(shù)方案

《一種微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣系統(tǒng)》主要由采氣裝置、冷凝器、氣液分離器、高效過濾器、光生物反應(yīng)器、連接管道、閥門組成；管道包括主氣管道、支氣管道、微孔管，主氣管道貫穿整個系統(tǒng)，支氣管道連接各個光生物反應(yīng)器，微孔管位于光生物反應(yīng)器內(nèi)，采氣裝置安裝在主氣管道上；閥門包括進氣管閥、出氣管閥、支氣管閥、泄壓閥、排污閥，進氣管閥安裝在主氣管道上，位于采氣裝置前端，出氣管閥安裝在主氣管道上，位于采氣裝置后端，泄壓閥安裝在主氣管道上，排污閥安裝在氣液分離器底部，支氣管閥安裝在支氣管道上；采氣裝置、冷凝器、氣液分離器、高效過濾器、光生物反應(yīng)器通過管道依次連接。

采氣裝置至少由兩套構(gòu)成，可以實現(xiàn)微藻養(yǎng)殖過程中連續(xù)性供氣。進氣管閥前端設(shè)有初效過濾器。在采氣裝置與冷凝器間裝有管道式加熱器。氣液分離器與過濾器間裝有去霧器。光生物反應(yīng)器的類型為：管道式光生物反應(yīng)器、平板式光生物反應(yīng)器、柱狀式光生物反應(yīng)器、半球狀式光生物反應(yīng)器、幕布式光生物反應(yīng)器、開放式淺水層光生物反應(yīng)器。光生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有微孔管。

一種微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣系統(tǒng)改善效果

1、《一種微藻規(guī)模化養(yǎng)殖供氣系統(tǒng)》的供氣系統(tǒng)，移動運輸、安裝連接、拆卸維修等操作方便，占地面積小。

2、該發(fā)明的采氣裝置兩端安裝有控制閥門，任何一臺采氣裝置在維修保養(yǎng)的過程中不會影響其它采氣裝置的正常供氣。

3、該發(fā)明供氣系統(tǒng)產(chǎn)生氣體，經(jīng)過微米級的微孔管道排出，氣液間的接觸面積增大，氣體利用率增加，而且總氣壓和氣流量可以減小，節(jié)約電力和采氣裝置的費用投入。

4、該發(fā)明供氣系統(tǒng)給光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻供熱，由原來的外部傳導(dǎo)供熱改為氣體直接加熱。

5、該發(fā)明供氣系統(tǒng)給光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻降溫，由原來的外部傳導(dǎo)降溫改為氣體直接降溫。

6、經(jīng)采氣裝置出來的氣體在過管道加熱器，可以進行瞬間高溫滅菌，為微藻規(guī)模化養(yǎng)殖提供無菌氣體。

7、該發(fā)明供氣系統(tǒng)提供的氣體經(jīng)過氣液分離器、去霧器處理，成為干燥潔凈的氣體。

8、該發(fā)明的供氣系統(tǒng)安裝在光生物反應(yīng)器的下方，根據(jù)流體力學(xué)的規(guī)律，由下往上放輸送氣體，減小氣體與管壁間摩擦力。

9、該發(fā)明供氣系統(tǒng)設(shè)置在離光生物反應(yīng)器最近的位置，管道、閥門和附屬設(shè)施布局簡潔、流暢、整齊，減小氣壓和氣流量的損耗。

《一種微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣系統(tǒng)》涉及微藻養(yǎng)殖生物技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種在微藻細胞培養(yǎng)過程中給微藻規(guī)?；B(yǎng)殖供氣的系統(tǒng)。

自然界中有數(shù)以萬計的微藻資源，它們分布于地球的每個角落，從陸地到海洋，從沙漠到草原，從淡水到溫泉，都有微藻的存在和繁衍，它們能夠適應(yīng)不同的溫度、濕度和營養(yǎng)生境，正因如此，微藻在種質(zhì)、生態(tài)分布、遺傳信息、生化合成、代謝途徑等方面具有出多樣性、復(fù)雜性和特殊性，進一步?jīng)Q定了其且在的營養(yǎng)和藥學(xué)價值，人類可以從中開發(fā)出大量結(jié)構(gòu)特異的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水產(chǎn)餌料等產(chǎn)品。

但是，自然界中存在的微藻高度混雜和分散，并沒有大量單一種類的微藻可以直接收集，因此，開發(fā)微藻資源需要通過光生物反應(yīng)器來養(yǎng)殖。

截至2009年11月，國際上，微藻規(guī)?；斯ゐB(yǎng)殖采用的光生物反應(yīng)器有：管道式光生物反應(yīng)器、平板式光生物反應(yīng)器、柱狀式光生物反應(yīng)器、半球狀式光生物反應(yīng)器、幕布式光生物反應(yīng)器、開放式淺水層光生物反應(yīng)器等等，但是以往的養(yǎng)殖方式只關(guān)注光生物反應(yīng)器的形狀、結(jié)構(gòu)、體積、表面積、體積與表面積的比例，光照、溫度、pH值等培養(yǎng)參數(shù)的控制，很少關(guān)注給光生物反應(yīng)器供氣的系統(tǒng)，因此，造成供氣系統(tǒng)與光生物反應(yīng)器間不匹配，消耗大量的電力、管材，氣體供應(yīng)量不足，氣體的利用率低，微藻細胞光合作用效率低，有機物積累緩慢，呼吸速率低，藻體內(nèi)能量得不到充分釋放，藻細胞生長繁殖速率低，生物量增值慢，生產(chǎn)周期長，微藻養(yǎng)殖規(guī)模發(fā)展慢。

微藻的養(yǎng)殖以實現(xiàn)經(jīng)濟價值為目的，生產(chǎn)實踐中在不增加反應(yīng)器數(shù)量、體積、供氣系統(tǒng)配置的前提下，提高供氣氣體的流量，增加氣體的利用率，增大單位體積內(nèi)微藻的生物量，可以縮短培養(yǎng)的時間，節(jié)約生產(chǎn)成本，提升微藻細胞培養(yǎng)效率，將成為微藻生物技術(shù)規(guī)?；l(fā)展中的關(guān)鍵核心技術(shù)問題。