微藻制油
微藻水热液化制取生物油的研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第8期·2962·化 工 进展微藻水热液化制取生物油的研究进展曲磊1，崔翔1，杨海平1，王贤华1，张文楠2，邵敬爱1，陈汉平1（1华中科技大学能源与动力工程学院，煤燃烧国家重点实验室，湖北 武汉 430074；2Department of ChemicalEngineering ，Mid Sweden University ，Sundsvall SE-85170，Sweden ）摘要：微藻生产成本低，酯类和甘油含量较高，是制备液体燃料的理想原料。
水热液化由于可直接处理湿藻并在适当的温度和压力下将其转化为高品质的石油替代产品而引起了广泛关注。
本文探讨了微藻三组分，即蛋白质、脂质和碳水化合物的水热降解途径，并总结了目前微藻水热液化过程的主要影响因素，包括温度、停留时间、溶剂以及催化剂等反应条件或参数对生物油的影响。
指出为提高微藻生物油的经济性，应进一步优化反应条件，降低催化剂成本，加强微藻水热定向液化技术的研究，富集液体产品中高附加值成分，实现高附加值化学品的综合利用，尽快实现微藻生物油的应用。
关键词：微藻；水热液化；组分；催化剂；生物油中图分类号：TK6 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–2962–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1840Review on the preparation of bio-oil by microalgae hydrothermalliquefactionQU Lei 1, CUI Xiang 1, YANG Haiping 1, WANG Xianhua 1, ZHANG Wennan 2, SHAO Jing ’ai 1, CHEN Hanping 1（1State Key Laboratory of Coal Combustion, School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei, China; 2Department of Chemical Engineering, Mid Sweden University, SundsvallSE-85170, Sweden ）Abstract: Microalgae has become the ideal renewable energy due to its low production costs ，higher esters and glycerol content. Hydrothermal liquefaction has drawn a lot of attentions because of directly processing wet biomass and converting microalgae into high quality substitute for petroleum at appropriate temperature and pressure. This paper explores the hydrothermal degradation pathways of three components （protein ，lipid and carbohydrate ）of microalgae and main influencing factors including temperature ，residence time ，solvent ，catalyst ，and other reaction conditions of the microalgae hydrothermal treatment. To improve the economic efficiency of the microalgae bio-oil ，further optimization of the reaction conditions and reduction of the cost of catalyst should be addressed. It is also suggested that hydrothermal liquefaction microalgae should concentrate the high value-added components of liquid products to realize the comprehensive utilization of high value-added chemicals ，which has certain commercial value for the microalgae bio-oil.Key words ：microalgae ；hydrothermal liquefaction ；component ；catalyst ；bio-oil近年来，由于传统化石能源资源的日益减少和环境问题日益严峻，人们将目光转移至可再生能源。
微藻制油市场潜力大
大会暨展览会” 在北京举行。 在此次展览会上 ， 无论是
政 府 官员 还是 风 电行业 业 内人 士 以及 风机企 业 ， 一 无
例外的都传达了这样一个讯息 ： 我国的风电行业正处 “ 国内市场” 转向“ 国际市场”成为我国风电产业接下 ， 于从高歌猛进 回归到理性发展的重要过渡时期 ， 同时 来 面 临的 问题 。 据历 年来 我 国风 电产业 发展 轨迹 来 根
挖 。”
接受《 中国经济周刊》 采访时表示 ， 中国煤炭行业的产
能 目前在３ 亿吨 ３ 亿吨 ，吨煤产生２ 吨二氧化碳 Ｏ １ １ ． ５
排放 ， 吸收 和碳利 用是今 后一 个很 重要 的方 向。记 碳
刘敏胜告诉《 中国经济周刊》能够制油的微藻不 ， 是时常爆发赤潮 、 蓝藻的海藻 ， 而是他们经过筛选和 再造的最适宜的藻种 ，生长快 、 “ 出油率高 、 适应环境 、
术 。”
４ 年后 成 为生 物柴 油主 要原 料
业规模化及装备水平成本下降都将会 直接影响微藻 生物柴油成本下降。”
他说 ， 柴油 目前的价格大约是每吨７ ０ 元 ， ００ 而按
尽管在美 国和欧洲都已经启动 了微 藻生物柴油
计划 ， 但距离产业化仍然有一段路要走。 首先 ， 成本高
开 发 展 望
Ｔ ＣＨＮ ０ Ｄ Ｍ Ａ Ｅ Ｅ ０Ｌ ＧＹ ＡＮ ＲＫ Ｔ
Ｖｏ ．９ ． ， ０ ２ １１ Ｎｏ１ ２ １
微 藻 制 油 市 场 力 大 潜
全球性能源短缺以及二氧化碳排放引起的温 室 料作物一般要几个月。同时 ， 微藻的单位产油量是玉 效应 ， 已经成为人类可持续发展 的重大威胁。如果有 米 的数 百倍 ， 每公 顷可产 １ 万升 一８ 升生 物柴油 。 ． ５ 万
专吃二氧化碳——“微藻制油”未来有多大？
。 ‘ 放 引 起 的 温 室效 应 ，已 经 成 为 人 类 可 持 续发 展 的重 大 威 胁 。如 果 有 一 种
技 术 ，既能 减 少 二 氧 化 碳 ，又 能 增 加 可 再 生 能 源供 给 ，必 然 受 欢 迎 。 这 就 不 难 理 解 。“ 藻 ”为 何会 在全 球 掀起 一 股 热 微
潮 。 因为 ，这 种 藻 类 正 是 通 过 “ ” 二 吃 氧化 碳 来生 产生 物 柴油 和 生物 燃气 。 在 中国 ，生 物 柴 油 产 业 一 直 有 “ 南 方 麻风 树 、北 方 黄 连 木 ” 的 说 法 ，说 的
国 内外争相研发 “ 微藻制油”
“ 藻 制 油 的原 理 其 实 很 简 单 。 微 ”刘 敏 胜 告 诉 记 者 ，就 是 利 用 光 合 作 用 ，将 二 氧 化 碳转 化为 微 藻 自身 的 生 物 质从 而
是 油料 植 物 品种 单 一 。同 时 ， 由 于受 自
然 条件 和 成 本 的 限 制 。世界 上其 他 各 国 对 于生 物 柴 油 的 产 业 化 也仅 限 于起 步 阶
段 。选 取 合 适 的 、低 成 本 植 物 油 脂 资 源
来 发 展 生 物 柴 油 产 业 正 成为 各 国 的研 究 热 点 。微 藻 ，由 于 生长 繁殖 速度 快 、含
年 ，在 国外 。 ”刘 敏胜 说 ，后来 ，由于 当 时石 油 价 格没 涨 上 来 ，减 少 碳 排 放 也没 有提 上 议 程 ，对 微 藻制 油 的 研 究 中 断 了
一
据刘 敏 胜 介绍 ，新奥 集 团的微 藻 制
油 项 目将 以煤 电厂 和 化工 厂 等 二 氧化 碳 排 放 大 户 为基 地 。对 二氧 化 碳 进行 就 地 吸 收 和 资源 化 利 用 ，生产 生 物 能源 。 目 前 ，新 奥 集 团已 经 在 光生 物 反 应 器 、生 物 柴 油 制备 等 藻 类 生物 质 能 源 技术 领 域
微藻制油——精选推荐
微藻制油————新时代的生物能源摘要藻类是生物燃料的理想原料最近由于对能源安全温室气体排放和其它潜在的生物燃料原料竞争等的关注增加藻类生物燃料引起人们的注意然而开发藻类生物量的生产技术仍处于萌芽阶段微藻有生产生物燃料的潜力但在商业化大规模生产前需要对其技术进行讨论并克服经济障碍等问题关键词：微藻，制油，生物能源引言：数百年来，煤炭，石油，天然气一直是人类能源的主角，随着全球人口的急剧增长和能耗的成倍增加，这些不可再生资源日趋紧缺，能源危机已成为世界各国共同关注的难题。
[1]为了让人类在死囚上能永续发展，寻求可行的再生能源已成为重要且迫切的议题[2]其中生物质能最为人们所关注，在众多的生物质中，藻类具有光合效率高，环境适应强，生长周期短，生物产量高等优点，因此藻类是制备可再生能源的良好材料。
[3]1.微藻制油—历史背景利用微藻产油作为生物柴油来源的构想，早在1980年就有相关学者提出，但并未受到重视。
直到近年来因原油价格的攀升，开发再生能源的意识逐渐提高，以微藻生产生物柴油的想法受到各界关注。
目前许多产官学单位都已意识到，利用微藻生产生物柴油以取代目前的化石柴油是有其发展性的。
[5]鉴于微藻的重要能源价值以及世界各国能源微藻研究的进展，有专家建议，中国应立即启动微藻产乙醇、产油技术的研究，对微藻产氢也要注意跟踪动态，作好长远计划。
[6] 2．微藻制油—原理微藻制油的原理其实就是利用光合作用，将二氧化碳转化为微藻自身的生物质从而固定了碳元素，再通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为油脂，然后利用物理或化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外，进行提炼加工从而生产出生物柴油。
如果没有二氧化碳，微藻不但产不了油，反而有害呢。
[6]3.微藻制油—优势与其他生物质材料相比，利用微藻生产生物才有的优势主要体现在以下几个方面。
( 1) 微藻的光合作用效率高，含油量高，生长周期短，油脂面积产率高某些单细胞藻在一定的诱导胁迫条件下可大量积累油脂，含油量可高达70%，单位面积的产率高出高等油料植物数十倍，这是其他油料作物无法比拟的，被认为是最有潜力替代石油的生物资源。
中石化中科院联合开发微藻制油技术
提 高水 压 ， 大循 环量 降低气 体温度 ， 加 确保 ４套 合成
富氧气化助太化合成氨煤耗大降 高吸水树脂是一种新型的功能高分子材料。该 技术产 品 的特 点是 吸水 和保 水 能力 强 ， 以吸 收 自 可 太化 股份公 司合成 氨分 公 司生产 采用变 压吸 附 身重量几 百至上 千倍 的水 ， 吸 收 的水 在加 压 的情 制纯氧、 被 富氧制合成原料气等技术 ， 吨合成氨煤耗大 况下也不 会释放 ， 是 可 以通 过土 壤 或植 物 的根 系 幅降低 ， ２ １ ６月份 吨氨煤耗 降至 １７６ｋ 但 继 ００年 ７ ｇ以 进行 传输 或吸 收。 由于 具备 以上优 越 的 特点 ， 类 来 ， 份吨氨煤 耗 又 降至 １６５７ｋ ， 近 年来 吨 该 ７月 ６ ． ｇ创 材料 不仅可 广泛应 用 到人 们 日常生 活 的 方方 面 面 ， 氨煤耗 最低 。 在农林 保水剂 方 面 ， 吸水性树 脂还 可起 到保 水抗旱 、 太化股份合成氨分公司精心整修造气炉设备缺 育种保苗、 沙漠治理等作用 ； 在医疗医药生理卫生方 陷和稳定 富氧气 化 工 艺 ， 稳定 合 成 氨生 产 运行 。造
紧密合作 ， 为学术界与工业界的合作提供 了很好 的 示范。 内蒙古大学成功研发出高吸水树脂技术
内蒙古大 学化工学 院成 功研发 出高吸水 树脂技
术， 该技术 应用领 域广 阔 ， 其技术 产 品吸水量是 市场 销 售产 品的 ２— ４倍 。
自主创新能力 ， 提升科技对经济发展的贡献率。
知识 产权与技 术储备 支持 。中科 院与 中石化 在微 藻
和有关科 研单位 对制 约两个 产业化 项 目的关 键技术 和工艺难点进行攻关。他们开发出了太 阳能级单晶 硅及 晶片产业 化项 目中适 应高原 气候特 点 的特殊 方 法生产 １ 寸太 阳 能级 单 晶硅 棒 的石 墨 加热 系 统 ８英 及 生 产 工 艺 技 术 ， 耗 降 低 ５ ６ ， 节 约 用 电 能 ．％ 年
海洋微藻制油的方法
海洋微藻制油的方法利用海洋资源规模化的养殖微藻制取高品位液体燃料已经成为国际新能源开发的前沿研究热点和高技术竞争焦点，对发展低碳经济和循环经济具有重要意义。
微藻具有含油量高、油质好、生长速度快、不占用耕地、减排二氧化碳、净化环境等独特优势，因此作为第三代生物质能受到越来越多的重视。
微藻是一种可利用多种水资源，例如淡水、咸水、盐水、海水、生产废水以及污水的生物质。
一些富营养的污水也可以为微藻的生长提供必不可少的营养元素，例如氮、磷、碳、铁、镁等。
这些污水不仅可以提供微藻生长，其自身也可以得到净化和排污，再者由于现在世界各国都要求减排二氧化碳等温室气体，微藻生物能源也可以起到固定燃煤电厂的二氧化碳的作用，即微藻在进行光合作用时可以需要吸收二氧化碳，既起到了固碳的作用，又富集了自身的油脂含量，微藻光合作用固定大气环境中微量二氧化碳已有大量文献研究，而关于微藻减排工业烟气中高浓度二氧化碳也已经成为最近几年的研究热点。
绿藻和蓝藻对固定高浓度二氧化碳具有十分突出的优势，如小球藻和螺旋藻在10％的二氧化碳浓度下生长固定二氧化碳的效率分别迖到56％和39％，但是关于二氧化硫、氧化氮和粉尘等多种烟气污染物对微藻固碳影响的研究报道还比较缺乏。
微藻还可以在贫瘠的土地上养殖，具有不与粮食相争、自身生长速度快、油脂含量高等优势，因此，微藻极有希望为未来的发展提供能源的来源。
现阶段，微藻商业化的养殖主要还是用于市场价格较贵的领域，如保健品等。
但其市场容量不大，而微藻本身所含有的高油脂也未得到合理的运用，所以微藻制取生物柴油或者航空煤油是其未来发展的主要趋势，这也是微藻作为生物质能源解决环境与能源的使命。
当前微藻制油主要有以下6种方法。
1、溶剂萃取方法这种方法运用溶剂与油脂相似相溶的原理，把油脂从微藻细胞里萃取出来。
常用的溶剂有氯仿、甲醇、二氯甲烷、石油醚、正己烷和甲苯等。
提取的方法有BlighandDyer方法、Folch方法和索氏提取法等。
微生物制生物柴油
柴藻 五生而油体、产且。 生微 效 微物 藻率藻本 生低热身 物，解（ 适还 产占所1的可 量地得）以 与面生藻得 产积物选到油大质类择再 率；燃利 高油合用 。热， 值生 高产 ，出 是有 木高 材附 或加 农值 作（ 基的 物2因产 秸）品 秆进， 的对如1行．目保6修健倍的品。饰、药品、化装品等。（ 进 时3一 间）步适培宜养条一件段下
微藻能源的开发前景
随着化石能源的枯竭，无论在未来的经济建设或社会开展 等方面，生物燃料都将发挥更大的作用。生物柴油是一种 非常优良的新型可再生能源，通过微藻生产生物柴油在技 术上说是可行的，并且它是实现生物燃料完全替代石化燃 料的最正确途径，而能否实现其工业化取决于其制造本钱。 为了降低本钱并且提高微藻生物柴油的性能和质量，可以 从优良藻种的获取、产油培养条件的优化、微藻培养技术 和策略的改进、生物柴油生产方法的改进和系统化等几个 方面进行深入的研究。并且这是一个变废为宝的产业，而 且还可以生产更多的下游产品。在石油价格大幅上升，粮 食短缺问题日渐突出的今天，该产业有着广阔的开展前景。
生物柴油(biodiesel)是指以油料作物、野生油料 植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、 餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可 代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生 物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得 到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。对于生物柴油 的原料．人们的目光一直集中在传统的陈化粮、 木质素、动物油脂等领域，而对于开发前景同样 广阔、属水生植物的藻类却认识缺乏。事实上， 作为一种重要的可再生资源． 藻类具有其他非藻类可再生 资源无可比较的优越性。
四、加工工艺相对简单。微藻没有叶、茎、根的分化，不产生无用生 物量，易被粉碎和枯燥，预处理的本钱比较低。而且微藻热解所得生 物质燃油热值高，是木材或农作物秸秆的1．6倍。
微藻制油项目说明
“微藻制油”项目说明镇江绿能环保科技有限公司邱志荣总经理前言全球性能源短缺以及二氧化碳排放引起的温室效应，已经成为人类可持续发展的重大威胁。
如果有一种技术，既能减少二氧化碳，又能增加可再生能源供给，必然受欢迎。
这就不难理解，“微藻”为何会在全球掀起一股热潮。
因为，这种藻类正是通过“吃”二氧化碳来生产生物柴油和生物燃气。
在中国，生物柴油产业一直有“南方麻风树、北方黄连木”的说法，说的是油料植物品种单一。
同时，由于受自然条件和成本的限制，世界上其他各国对于生物柴油的产业化也仅限于起步阶段。
选取合适的、低成本植物油脂资源来发展生物柴油产业正成为各国的研究热点。
微藻，由于生长繁殖速度快、含油量高，将有望替代木材或农作物，成为“后石油时代”的可再生能源。
微藻是什么藻上海世博会上，“CO2—微藻—生物柴油关键技术研究”项目的绿色微藻，在中国馆和沪上生态家的玻璃围栏中流动，为它们吸收室内的二氧化碳。
由这项新技术——“微藻制油”吸引了众多参观者的注意。
“CO2—微藻—生物柴油关键技术研究”项目已经作为入选国家863计划的高技术研究项目，并且已经通过中试，3～5年内逐步实现藻类生物能源的产业化。
微藻，这些广泛分布于盐碱水、淡水、海水、沼泽、温泉等水域的微小生物，因其具有生物量大、生长周期短、易培养及脂类含量较高等特点，成为制备生物质能源的良好材料。
目前世界上已知的微藻种类达到几千万种，经过认证可以利用的有几万种。
“但真正实现利用的微藻目前只有几十种，还有很大的潜力可挖。
”能够制油的微藻不是时常爆发赤潮、蓝藻的海藻，而是他们经过筛选和再造的最适宜的藻种，“生长快、出油率高、适应环境、适合工业生产”。
相比起玉米、大豆和油菜，微藻培育占地少、生长周期短，从出生到可以制油只需两周，而油料作物一般要几个月。
同时，微藻的单位产油量是玉米的数百倍，每公顷可产1.5万升～8万升生物柴油。
而且，微藻是可以“生孩子的”，有的藻种甚至一天可以收获两季，单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍。
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微藻制油
一、目前的能源现状
1. 石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源接近枯竭，而且这些
传统能源造成大量的环境污染如
2.新能源太阳能、风能、地热能、生物质能等应用极具有局限性不能大规模的应用，不足以满足人们的需要。
3.生物能源不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。
总而言之，未来将是生物能源的天下。
生物能源将会是人类不二的选择，未来生源的前景将不可估量。
二、微藻概述
1.海洋单细胞藻类，即微藻，是地球上最早的生物物种，它们中的某些物种已经在地球上生存了35亿年之久。
它们能十分有效地利用太阳能将H2O、CO2和无机盐类转化为有机资源，是地球有机资源的最初级
生产力，有了它们才有了大气中的氧气，才有了海洋和陆地的其他生物，也才有了人类。
2．微藻的特点
(1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能有效地利用太阳能通过光合作用将H2O、CO2和无机盐转化为有机化合物,因其固定和利用CO2可以减少温室效应。
(2) 微藻一般是以简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行大规模培养，由于微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量容易采收和利用。
(3)可以用海水、咸水或半咸水培养微藻，因此是淡水短缺、土地贫瘠地区获得有效生物资源的重要途径。
(4) 微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，某些种类还富含油料、微量元素和矿物质，是人类未来重要的食品及油料的来源。
(5)微藻，尤其是海洋微藻，因其独特的生存环境使其能合成许多结构和生理功能独特的生物活性物质。
特别是经过一定的诱导手段微藻可以高浓度地合成这些具有商业化生产价值的化合物，是人类未来医药品、保健品和化工原料的重要资源。
3.微藻的种类
微藻的国内外研究发展概况,重点探讨了4种主要的可利用微藻螺旋藻、小球藻、杜氏藻和红球藻
三微藻制油的优势
1.含油量高，易于培养，生长周期短单位面积产量大；
2.充分利用太阳能，将水、二氧化碳等无机物质合成有机物质；
3.能用海水培养，能耐受沙漠干旱半干旱地等极端环境，不占用耕地；
4.能生产出高附加值的副产品，如生物高聚物、蛋白质、色素、动物饲料、酒精、氢气等；
5.高效环保；生产出的生物柴油不含硫，燃烧产物不污染环境；排入环境可被微生物降解；
6.生物柴油无毒, 有较大的环境价值和社会价值. 是典型的“绿色能源”。
四、微藻制油的过程
1.微藻制油的原理
微藻制油的原理是利用微藻光合作用，将化工生产过程中产生的二氧化碳转化为微藻自身的生物质从而固定了碳元素，再通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为油脂，然后利用物理或化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外，再进行提炼加工，从而生产出生物柴油。
即通过藻类的光合作用，将废水中的营养物质和空气中的二氧化碳转化
为生物燃料，蛋白质。
CO2+H2O 糖类+能量
糖类乙醇+水
2.微藻生物柴油开发的技术流程
微藻生物柴油成套技术涵盖多个技术环节，是一个复杂的系统工程，包括微藻的筛选和培育，获得性状优良的高含油量藻种，在光生物反应器中吸收阳光、CO2等，生成微藻生物质，最后经过采收、加工，转化为微藻生物柴油。
技术流程如下图
微藻生物柴油开发技术流程
①微藻的筛选和培育
优良富油藻种的选育是微藻生物柴油效率提高与成本降低的首个关键环节，涉及微藻含油量、光合效率、生长速率的研究等，其影响的因素包括微藻种类、研究温度、pH值、盐碱度、光照等环境因子，N、Si、P、S和微量元素等营养因子，以及基因工程改造等。
一方面，从经济效益上看，较高水平的含油量是微藻生物柴油技术可行的必要条件。
目前，葡萄藻(Botryococcusbraunii)、裂殖壶藻(Schizochytriumsp．)等微藻的含油量可达50％以上，这是对自然界中的微藻生物资源进行普查和系统的收集、表征、筛选、整理和保存的参考标准。
另一方面，快速的生长条件也是降低微藻生物柴油开发成本的必然要求，即选育和基因工程改造后要符合耐高浓度的CO2、高温以及高强度光照的条件。
由于空气中的CO2只有0.03％-0.06％，而环境中一定浓度的CO2含量又是微藻快速生长的基本条件，因此工业废气等非自然条件下的环境就成为了常见的选择。
表2 不同微藻的耐受性和生长速度
目前，已有较多的研究者对微藻生长条件进行了研究，部分微藻分别在耐受的CO2浓度、耐受温度以及产率等方面表现出较好的特性(表2)。
此外，考虑到微藻培育的条件，大规模的生产、在燃油和燃煤设备(如燃烧电厂、汽车尾气排放装置)中固定CO2，以及水和养分的循环都是降低成本的必要措施。
②光生物反应器的研究
光生物反应器是指用于微藻培养的一类装置，与一般的生物反应器具有相似的结构，是具有光、温度、溶解氧、CO2、pH值等培养条件的调节与控制系统。
目前，研究者已经设计了多种形式的光生物反应器(表3)。
表3 各种光反应器的优缺点
从成本的角度看，由于封闭管式光生物反应器在单位区域的利用面积、生物质浓度(如果浓度过低，采收成本会大幅升高)都比跑道
池式生物反应器高出至少一个数量级，因此在当前的微藻生物柴油成本需大幅降低的前提下，封闭管式相对于跑道池式更优。
目前，封闭管的直径往往小于0.1m，以使反应器的光源充足。
然而，封闭管式反应器造价高，并且在应用中也存在受pH值限制等缺点。
尽管各种反应器类型不同，但从理论上看，都是微藻细胞所经历的光照射路径过程，以及在这个过程中所承受的剪应力和光/暗周期。
光衰减模型(light attenuation model)和计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)可用于评估光生物反应器的设计，从而使微藻单细胞的生长与光照、CO2利用最优化。
例如，典型的封闭管长度不超过80m，且通过夜连续不断的培养基补给以弥补夜间微藻消耗。
在反应器的物理设计中，为最大限度地利用阳光，封闭管的方向往往是南一北方向，且反应器所处地面往往涂成白色，以增强反光。
此外，由于机械泵易损伤微藻，因此，在进口处往往采用空气提升泵，而反应器每隔一段则设排气区以抑制反应过程中产生的溶解氧毒害，进口处和封闭管中设CO2输入装置来控制pH值。
③微藻生物质采收、加工与转化技术
微藻生物质通过加工提炼与转化才能得到所需要的生物柴油，其成本可占约总成本的50％。
目前，已经研究的技术仍未很好地解决采收成本过高的难题，因此，发展新的采收方法是未来研究发展的必由之路。
由于藻油提取也需大量耗能，不经过机械压榨或
干燥而直接从微藻生物质中获取脂肪成为主要的研究方向，细胞破碎技术的直接应用成为了研究前沿。
其他生物质(木质生物质等)的预处理技术可以为微藻生物质的采收与采取提供借鉴。
其中，碱处理是最为常用的方法，虽然会影响蛋白加工等生物质综合利用，但对于微藻游离脂肪酸的分离却效果明显。
提取过程则可以考虑流动反应器甲酯化一酯交换反应一分离一体化工艺，或联合微藻采收实现细胞破碎一甲酯化一酯交换反应一分离一体化工艺，并在此过程中处理好水和养分循环，以及副产品和废物利用。
在油脂转化的过程中，“酯交换”是成熟的、已工业化的生物柴油加工技术。
不同于常见的植物油脂，微藻生物柴油含有非常丰富的含有4个或更多双键的多不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸(EPA，C20：5n-3，5个双键)、二十二碳六烯酸(DHA，C22：6n-3，6个双键)。
这些双键的存在会导致微藻生物柴油在储运的过程中被氧化而不稳定。
因此，酯交换工艺的选择，取决于微藻油脂的性质。
表3 微藻生物柴油开发的各环节要求
五、利用基因工程优化后的微藻制油
六、微藻生物柴油未来的核心研究方向
现有研究充分表明,基于以油脂积累为核心的代谢网络,有目的地构建富油微藻工程藻株将是未来的核心研究方向。
研究的思路是: 选择特定藻
种作为模式藻→构建以油脂积累为核心的代谢图→在代谢图的指导下构建富油微藻工程藻株→进行后续升级研究:在工程藻株的基础上进行高CO2 耐受能力、高光强耐受能力、高温适应能力工程藻株的构建。
七、微藻生物柴油的前景与展望
以玉米等粮食为原料大量生产生物乙醇会导致粮食危机;以大豆、油菜等油料作物为原料大量生产生物柴油会造成食用油供应紧张[ 6 ] ;以产油酵母等微生物来生产生物柴油,需要以糖类等有机物为原料,成本昂贵;富油微藻则不具有以上缺点,微藻能充分利用盐碱地等非农业用地,能通过光合作用将二氧化碳转化为有机物进行自养而不需要消耗外源糖类。
因此,在能源危机与二氧化碳减排的双重压力之下,全球再一次掀起了微藻生物柴油研究的高潮。
自20世纪90年代中期微藻生物柴油第一次研究高潮结束之后,生物科技已经发生了翻天覆地的变化,诞生了许多新理论、新技术,积累了更加全面丰富的油脂代谢知识,而且数据库中与微藻相关的数据越来越多,将这些新知识应用于微藻油脂代谢的研究和基因工程藻株的构建必将大大促进微藻生物柴油的产业化进程。
八、组员分工
刘敏和张晶收集资料
卓永登，张晶，刘敏，袁帅一起制作PPT
刘敏主讲PPT第一和第二部分；卓永登第三部分和第四部分的前半部分，张晶枝江第四部分，袁帅最后一部分(前景的一部分)
刘敏整理word文件部分。