永续能源--微藻产油
微藻制油
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”。
三脂酰甘油的生物合成对微藻产油的重要意义
三脂酰甘油的生物合成对微藻产油的重要意义一、微藻产油的优势与挑战在当今节能、减排、低碳等理念的引导下，开发可再生能源成为热门的研究方向。
目前大多数可再生能源都是以发电的形式提供能量，但是由于绝大多数运输工具仍以液体燃料作为能源，因此电能无法直接解决目前运输工具的动力问题。
生物燃料是目前惟一可以作为液体燃料的可再生能源，因此在可再生能源的发展中占据着重要地位。
生物乙醇和生物柴油由于具有大规模生产的潜质，成为最有希望取代石油的两种生物燃料。
二者中，生物柴油更适合目前的内燃机，意味着从石油到生物柴油基本不会影响当前运输网络的运行。
况且生物柴油还拥有许多优于石油的特点，如降低一氧化碳排放以及提高燃烧效率等等[1]。
不同于生物乙醇和天然气，生物柴油可以利用目前成熟的石油运输系统进行快速配送，这为其大规模推广创造了有利条件[2]。
生物柴油主要来源于植物中的储存脂质，例如油料作物（花生、大豆、油棕）中的三脂酰甘油（triacylglycerols, TAG）。
理论上，如果大规模生产油料作物，必定能够满足当前的能源需求，然而这一举措也会产生诸多问题，包括油料作物与人争粮争地，以及提高净碳排放等等。
近期兴起的微藻产油能够部分解决上述问题[3]，大多数微藻的油脂单位产量高于陆生植物，据报道，某些微藻的含油量占干重的75%以上[4-6]。
此外，微藻培养不占用耕地，且具有水上培养的潜在可能，海生藻更避免了与人争夺淡水的隐患，因此微藻产油具有十分乐观的前景。
目前，微藻产油主要存在两大挑战：一是实现户外大规模培养，二是获得性状优良的藻种。
此外，由于不同脂肪酸链具有不同性能[7]，因此TAG的组分优化也是热门的研究方向。
综合来说，在利用传统的筛选方法得到适用于户外大规模培养的藻种后，遗传工程可以在优化其TAG组分方面起到重要作用。
为了利用遗传工程的方法，有效地提高并改良微藻的TAG含量，就必须充分了解微藻TAG合成的调控途径。
海洋微藻产油潜力大可望发展为重要新能源
源 的被动局 面。
技 术改造 藻种 。还有 一些技 术力量正 在 中科 院 海 洋 研究 所 专 家 韩 笑 天 表
“ 我 国 人 口多 、人均 水 土资 源 少 进 行微 藻生物柴油 制备技术 的研 究 。
了生物 质能 源开发 的热潮 ， 其中利 用油 的国情 决定 了依靠耕地 大规模 种植能源
都 受到 了国际上 的普遍重 视 。然 而 ，这 构建 新型农村 经济发 展模 式 ，有利于环 能源可 以再生 ，燃烧 后不排 放有毒有 害 些 生物 质能源 开发技术 主要还是 依赖农 境 质量 的改 善 、修复 和保护 。” 作物 ，大量粮食 和食用 油的使用 造成 了
据 了解 ， 山东 有 十 几 个 课题 组 在
植 物 ，它们能够 有效利 用阳
光 ，将 水 和 二 氧 化 碳 转 换 成
生物能 。而 某些微 藻 可以用 来制造 生物 柴 油
可望成 为生 产氢气 的一 条新途 径 。
联盟 。
在 国 家层 面 ，集 中 力 量 建 立 １ ＝ 业
海洋 微 藻能 源发 展之 忧
化 微藻 产油技 术集成平 台 ，对限制微 藻
达 １ ． ５ 亿 亩 ，如果 用 ｌ ／ ３的盐 碱 地养 殖
微藻 ．所生 产的生 物柴 油就可 以满 足全 国 的燃 油需求 之 一 、” ｌ ｛ １ 圈海洋 大学 教授 潘 克厚说 ，
建 立基 地集 中攻 关
针 对 微 藻 能 源研 究 和应 用 中 存在
的 主要 问题 ，中科 院海洋 所专 家建议建
料 作物生 产生物 柴油和利用 产淀粉作 物 植物 势必与粮 食安全 发生 冲突 ，因此我 示 ，海洋微 藻产油 主要基于 微藻细胞 吸
微藻产油综述
批判着看微藻类生物柴油摘要微藻类油的定量生产往往被高估。
生产1 kg的藻类柴油所投入的盐分近似于1 kg矿物柴油的实际价格。
电能生产微藻生物柴油的费用总额是消耗相同数量电能产生的收入的数倍。
微藻培养作为食物的生物价值比作为燃料要高的多。
普遍认同的观点是资金应该投资于微藻生物质生产，用来生产食品添加剂，饲料和药品。
其目的是为了防止在微藻类生物柴油上做太过草率的决定和投资。
关键词：生物柴油/微藻1.简介生产微藻油是一个古老的想法，这些想法几乎每十年反复出现，到现在已经持续了50年了。
从本世纪一开始，微藻一直被认为可能是柴油燃料良好的可再生来源。
藻脂肪酸转化为甲酯或者乙酯可以用作生物柴油。
全世界各地都在使用这个方法，同时这种方法常常被一厢情愿的证据支撑着。
现如今人们甚至可以在网络上找到许多电子书或者其它的来源卖“在家”或者“在车库”里生产海藻类生物柴油的方法。
事实上，几乎用任何有机体作为来源来生产生物柴油都没有很多技术障碍。
作为一个跨学科的事业，藻类柴油的方法需要能光合自养的生物技术和化学工业方面的理论知识以及实际生活经验。
大部分情况下，实际的生活经验主要基于实验室的观察和小型的户外设备。
乐观的结果往往来自于更大体积或者表面积层面上的推断。
Chisti的图表上显示微藻生物量应该相当便宜，为了使微藻生物柴油的生产经济合理，原油应该更加昂贵。
针对微藻生物量主要成本减少的研究和开发值得融资，但是微藻生物柴油的生产现如今完全是毫无理由的冒险。
特别要说的是，这对中小企业来说简直就是灾难。
这和Schneider的观点不谋而合，同时和Carlsson发表的结果相吻合。
关于藻类生物柴油，他们俩都参考了Gerald Cysewski的言论：“如果不是微藻类，我根本看不到这种情况。
”在一个讲座中，Venter提到转基因藻类对于生物燃料的生产有着很好的前景。
然而，初步选定的高产且单一栽培的品种不能轻易种植在室外的池塘或者咸水湖。
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)。
微藻——可循环的“绿色油田”阅读试题附答案
微藻——可循环的“绿色油田”阅读试题附答案
微藻——可循环的“绿色油田”
①由于石油资源的逐渐减少乃至最终枯竭，全世界将面临严重的能源危机，因此，世界各国都在积极寻找能够替代石油产品的可再生能源，其中，生物柴油就是一种重要的生物能源。
提起生物柴油的原料，我们可能会想到油菜和大豆，用它们“体内”的油脂加工而成的生物柴油，能有效降低碳排放。
然而，这两种作物的培育周期较长，占用农田较多，会产生“与人争粮，与粮争地”问题，从而导致“解决了能源危机，却出现粮食危机”的尴尬结果。
此时，微藻进入了科学家们的视线。
②微藻是一种古老的低等植物，广泛地分布在海洋、淡水湖泊等水域，种类繁多。
微藻可直接利用阳光、二氧化碳和含氮、磷等元素的简单营养物质快速生长，并在细胞内合成大量油脂。
因此，微藻为生物柴油生产提供了新的油脂资源。
③与大豆、油菜和麻风树等油料植物相比，微藻的生长周期短，从初生到可以制油仅需一个星期左右，而大豆等油料植物一般需要几个月。
此外，微藻的含油量高，油脂产率高，单位面积产油量是大豆的数百倍，每公顷可年产几万升生物柴油。
微藻还不会占用耕地，利用滩涂、盐碱地、荒漠等，以及海水、荒漠地区的地下水等，就可以大规模地开发“微藻油田”，不会与农作物争地、争水。
④微藻在培养过程中还可固定大量二氧化碳，因此，利用微藻制造生物柴油能大量减少二氧化碳排放。
据计算，每培养1吨微藻，需要消耗约2吨二氧化碳。
此外，微藻在光自养培养过程中可利用废水中的氮、磷等营养成分，从而降低水体的富营养化，因此，微藻还能用于净化工厂排放的废水和。
两种产油微藻生物学及产油特性研究的开题报告
两种产油微藻生物学及产油特性研究的开题报告
题目：两种产油微藻生物学及产油特性研究
一、研究背景
随着全球能源资源的日益减少，开发利用新型可再生能源已成为国际社会的共同目标。
生物质能被认为是一种可持续发展的能源形式，其中微藻作为生物质能的最主要来源之一，因其高油含量、生长快、占地少、无土栽培等优点受到广泛关注。
但是，不同种类的微藻产油能力却不同，因此有必要对微藻的生物学及产油特性进行深入研究，以寻找更高效的微藻资源。
二、研究目的
本研究旨在通过对两种不同产油微藻的生物学及产油特性进行系统研究，探究不同条件下其油脂积累过程及机制，为探索更优良的微藻资源打下基础，同时为生物质能开发利用提供理论和技术支撑。
三、研究内容
1.筛选出两种产油微藻，分别为XX藻和XX藻。
2.建立XX藻和XX藻的诱导产油体系，分别进行诱导产油实验，并通过荧光显微镜和电子显微镜观察油脂积累过程及机制。
3.测定两种微藻在不同培养条件下的生长速率、生长阶段、光合作用速率、养分利用率等生物学参数，并比较两种微藻的生长适应性和生长特性。
4.测定两种微藻在不同培养条件下的油脂产量、脂肪酸组成、收率等产油特性，并比较两种微藻的产油能力和油脂品质。
四、研究意义
通过对两种产油微藻的生物学及产油特性进行系统研究，可以掌握微藻油脂积累过程及机制，提高微藻油脂积累的效率，为生物质能的开发利用提供理论和技术支撑。
同时，该研究对加强微藻资源的管理、保护和利用，推进我国生物质能产业发展具有重要的指导意义。
综上所述，本研究的开展将有助于促进微藻领域的发展，为我国生物质能产业的发展提供坚实的科学依据。
微藻产油脂生活污水处理
微藻产油脂生活污水处理引言近年来，水资源问题日益严重，而生活污水更是水环境重要污染源之一。
我国目前的生活污水处理多为一级与二级处理工艺相结合，污水中所含大量无机氮、磷不能得到有效去除，极易造成水体环境富营养化，并且生活污水处理过程中会产生严重的能源浪费。
微藻可以去除生活污水当中的有机物及其他污染物对其进行深度处理，同时可以生产油脂实现自身物质的积累。
利用生活污水培养微藻，既可以实现生物能源的生产，又可以降低成本。
基于上述特点，微藻已逐渐成为污水净化、环境治理及生物基化学品生产方面的研究热点。
因此，本研究通过实验方法构建SBR反应器，充分利用活性污泥微生物与藻类之间的协同作用，探究构成的菌藻共生系统对反应器污染物去除效果以及微藻生长特征及产能情况。
一、材料与方法1.1 实验材料(1)实验藻种及活性污泥。
本研究微藻选用小球藻，污泥取自济南某污水处理厂曝气池。
藻类及污泥均需经过一定梯度的生活污水进行驯化，接种比例设置菌藻质量比为1:10，1:5，1:3，1:1，3:1，共计五个比例，在前期通过显微镜观察菌藻共生体，比较得到最佳接种比例后进行接种。
(2)实验装置。
SBR反应器主要由以下五个部分组成：反应器主体(有效容积为6L，在反应器底端和中间位置设置进水口和出水口)、曝气装置、搅拌装置、进出水装置、定时系统。
增加由白炽灯管组成的照明装置。
1.2 实验方法设计(1)运性条件的设计及维护。
本实验设置两个SBR反应器，藻类-细菌共生系统的反应器和常规活性污泥系统反应器，两者运行条件相同。
实验进行控制在室温25℃左右，持续工作100天，光暗比为12:12，在曝气时进行光照，水力停留时间为8h。
为维持泥水混合均匀使用磁力搅拌器搅拌，通过气泵鼓风曝气，使曝气量维持在0.2L/min。
每周测定污泥的SVI、MLSS，确定排泥量以维持反应器污泥浓度。
(2)处理污水水质分析。
水质测定每三天进行一次，检测方法如下：氨氮测定采用纳氏试剂比色法，总磷测定采用钼酸铵分光光度法，总氮测定采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法，COD采用消解管密闭催化消解比色法测定。
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陸、微藻之利用--藻油萃取
• 榨油機 • 溶液萃取 • 超臨界流體萃取
49
陸、微藻之利用--生質柴油
Reactants：(1) wet cell weight of N. oculata
≒ 0.75g (DCW ≒ 0.15g)
(2) 2ml 1.0M HCl/Methanol
* (3) direct or hexane pretreated
• 植物之油脂產量
農作物
油產量(公升/每公頃)
蓖麻
1413
油菜
1190
向日葵
952
大豆
446
椰子
2689
棕櫚
5950
33
肆、生質油-油脂來源 (15/16)
• 藻類：海藻、微藻
螺旋藻
巨型藻
紅藻
綠藻
34
肆、生質油-油脂來源 (16/16)
• 微藻油產量
藻種
含油量 (%乾藻重)
年產量： 油含量30% 58700 公升/每公頃 油含量70% 136900 公升/每公頃
週日閱讀科學大師
永續能源--微藻產油
吳院長文騰 國立成功大學工學院
98年2月22日
1
目錄
壹、永續能源 貳、臺灣及國際上能源之使用現況 參、永續能源之重要性
2
肆、生質油 伍、微藻之培養 陸、微藻之利用 柒、結語
3
壹、永續能源 (1/3)
依據永續能源政策綱領，永續能源發展 應兼顧 “能源安全”、”經濟發展“ 與”環境保護” 。
4
壹、永續能源(2/3)
• 永續能源基本上是再生能源： 再生能源包含太陽能(太陽熱能、 太陽電池) 、風能、生質能、水力 及海洋能，地質能、氫能及燃料電 池。
5
壹、永續能源 (3/3)
• 永續能源政策的推動目標： 積極發展再生能源，於2025年占發 電系統的8%。
6
貳、臺灣及國際上能源之使用現況(1/5)
2007年台灣能源之供應結構
60 51.14
50
佔 40 比 30
32.12
(%)
20
10
8.11
7.97
0.28
0.29
0.03 0.07
0
煤炭
石油 自產天然進氣口液化天然氣慣常水力發電
核太能陽發光電電及風力發電
太陽熱能
7
貳、臺灣及國際上能源之使用現況(2/5)
2007年台灣之發電量結構
60
53.6
Lipid productivity (g d-1 L-1)
1.2
0.10
0.6
1.0
0.08
0.5
0.8 0.06
0.6
0.4
0.04
0.4
0.02
0.3
0.2
0.00
0.0
0.2
012345678
Time (day)
Time courses of biomass and urea consumption for N. oculata in semi-continuous mode. (■) is the biomass concentration and (□) is the urea concentration.
油1公噸/公頃。
25
肆、生質油-油脂來源 (7/16)
• 油棕櫚
26
肆、生質油-油脂來源 (8/16)
• 油桐花
油桐
油桐花 油桐27果榨油
肆、生質油-油脂來源 (9/16)
• 麻瘋樹
痲瘋樹
痲瘋樹果實
28
肆、生質油-油脂來源 (10/16)
• 麻瘋樹之種植可利用不良土地或廢 耕地。
• 無法機械採收，人工需求大。
60.41%
運輸
13.14 %
住宅
11.21 %
服務業
10.06 %
農業
0.89 %
9
貳、臺灣及國際上能源之使用現況(4/5)
種類 石油
煤
2005年統計
國別
消費量
美國
944.6百萬公噸
中國
327.3百萬公噸
曰本
244.2百萬公噸
俄國
130.0百萬公噸
德國
121.5百萬公噸
中國
1082百萬公噸油當量
Reaction Temp：70℃，Reaction time：12 hours
Biodiesel Conversion
Relative value
Reference (DCW) 20%
100.0%
Direct reaction
Hexane
(WCW)
pretreated(WCW)
5.0%
10.7%
25.0%
17
肆、生質油
•永續能源： 太陽能(太陽熱能、太陽電池)、風能、
生質能、水力及海洋能、地質能、氫能 及燃料電池等。
18
肆、生質能
•生質酒精、生質柴油、沼氣、裂解油、 丁醇、氫氣等。
19
肆、生質油-油脂來源 (1/16)
• 油菜
油菜花田
油菜花兒
20
肆、生質油-油脂來源 (2/16)
• 油菜適合低溫之秋天種植。 • 每公頃每年約可收成2.5公噸油菜子，
11
參、永續能源之重要(1/6)
國際上主要先進國家之能源供應情況 與台灣之情況類似。石油、煤、天 然氣及核能等化石燃料所提供的能 源均佔90%以上。台灣能源依賴進 口的程度相當高。
12
參、永續能源之重要性(2/6)
British Petroleum (BP)世界能源統計---2006
2005年統計
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
氮源濃度 (克/每升)
39
伍、微藻之培養
• 開放式培養 – 跑道式、淺池培養
跑道式培養
淺池培養
40
伍、微藻之培養
• 開放式培養 – 圓型池、大槽型
圓型池
大槽型
41
伍、微藻之培養
• 密閉式培養 – 管式
直型管培養
螺旋管培養
I = I0 exp[-(κxΧ +κw)Z]
Transparent Rectangular
Chamber (TRC)
Light Scattering Intensity
Ia
T
ISLaaIbTLcIaTL
L Air
ISL: Light scattering intensity Ia: Light intensity inside TRC Id W: Width, L: Length
50 53.5%
陸、微藻之利用--還原糖-葡萄糖
•Microalgal cell wall
✓ Cellulose is the major component of microalgal cell wall ✓ Functions: protection, maintenance The major components of cell wall in different algae
參、永續能源之重要性 (5/6)
• 臺灣二氧化碳排放量之政策目標： 於2016年至2020年間回到2008年 排放量。 於2025年回到2000年排放量。
16
參、永續能源之重要性 (6/6)
• 歐盟之能源政策：
在2020年 (i)二氧化碳的排放量比1990年少20% (ii)再生能源佔總能源使用量20% (iii)減少化石能源使用量20%
美國
575百萬公噸油當量
印度
213百萬公噸油當量
曰本
121百萬公噸油當量
俄國
116百萬公噸油當量
10
貳、臺灣及國際上能源之使用現況(5/5)
種類 國別
美國 日本 韓國 台灣 中國
各國能源供應結構(2005年) 石油 煤 天然氣 核能
其他
40.7% 23.5% 22.1% 9.1% 4.5% 47.8% 21.7% 13.2% 13.8% 3.4% 47.6% 23.5% 11.9% 16.0% 1.03% 44.0% 35.9% 8.5% 9.9% 1.7% 19.2% 60.3% 2.5% 0.8% 17.3%
35
伍、微藻之培養
• 生長快速 • 佔地面積少 • 操作培養容易 • 油脂含量高 • 品質穩定 • 具附加高單價化合物
36
伍、微藻之培養
環境因子影響微藻生長
CO2
光強度
微藻
溫度
氮源
碳水化合物
鹽度
葡萄糖
澱粉
纖維素
油脂
37
伍、藻類之培養
培養營養源對微藻生長之影響
生物量 (克/每升)
氮源濃度 (克/每升)
2.5
0.35
0.300 g/L
0.30 2.0
0.150 g/L 0.25
1.5
0.100 g/L 0.20
1.0
0.15
0.050 g/L
0.10
0.5
0.025 g/L
0.05
0.0
0.00
01234567
時間 (天)
38
產油量 (克/每升)
伍、藻類之培養
培養營養源對微藻產油之影響
0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20
種類
蘊藏量
可開採年限
日產
石油 1.2007兆桶 40.6年 8109萬桶
天然氣 179.8兆m3
65.1年
2.76兆m3
煤 9090.6億公噸 155年 28.87億公噸