利用海藻发展生物燃油
第三代生物质能藻类生物燃料
第三代生物质能：藻类生物燃料上海科学技术情报研究所陈晖供稿2010-03-04 关键字：藻类生物燃料研发进展政策浏览量：184在众多的非粮食生物质中，藻类具有分布广泛、油脂含量高、环境适应能力强、生长周期短、产量高等特点，用藻类制备生物燃料的研究开发方兴未艾。
美国能源部已进行了20 多年的研究，取得了很大进展，日本、德国、印度等国也都进行了研发。
众多的科研机构、生物燃料公司、投资公司在该领域投入大量资金，比尔·盖茨和洛克菲勒家族是其中最著名的投资商，壳牌（Shell）、雪佛龙（Chevron）、埃克森美孚公司（Exxon Mobil）等大型石油公司也正在与有关机构或公司进行合作研究。
相关研究人员认为，利用藻类生产生物燃料具有广阔的发展前景。
藻类生物燃料很可能成为未来最重要的可再生能源之一。
1．藻类生物燃料的基本生产方法及其经济效益藻类是最原始的生物之一，通常呈单细胞、丝状体或片状体，结构简单，整个生物体都能进行光合作用，具有光合效率高、生长周期短、速度快的特点。
藻类按大小通常分为大藻（海带、紫菜、裙带菜等）和微藻（单细胞或丝状体，直径小于1mm）。
其中用于制备生物燃料（乙醇、生物柴油、燃料油或者氢等）的是微藻。
微藻种类繁多，分布极其广泛，其生长几乎不需要特别养分，只要有阳光、水和二氧化碳，无论在海洋、淡水湖泊等水域，或在潮湿的土壤、树干等处都能生存，也可在不适合种植庄稼的土地上种植，甚至可生长在咸水里。
目前用于生产藻类生物燃料的方法主要有光合反应器法、封闭环路系统法和开放池法。
这三种方法要么是近似纯粹的自然放养（开放池塘法），要么是由人工控制某些因素的封闭式培养（固化反应器法和封闭环路法），三者各有利弊（见下表1）。
目前，养殖微藻的研究主要集中在封闭式光生物反应器。
大规模养殖的微藻种类主要有螺旋藻、小球藻、盐藻、栅藻等。
表1 藻类生物燃料的主要生产方法资料来源：根据相关资料整理、编制（上海科学技术情报研究所）从燃料的生产效率来看，藻类较之于粮食类生物质具有明显的优势（表2）。
海藻炼油或成新能源概念下一站
14澳大利亚煤炭发电站利用藻类减少碳排放海藻炼油或成新能源概念下一站澳大利亚最大的一家煤炭发电站将成为全世界第一个种植藻类来捕捉二氧化碳的发电站，这些藻类随后还可以转化为可再生的柴油和航空燃料。
位于澳大利亚新南威尔士州的贝丝沃特发电站计划将其排放的一部分二氧化碳注入育有藻类的密封水箱中。
水箱里吸收了二氧化碳的藻类收获后经过处理将成为生物燃料。
这项耗资1.4亿美元（约为8.6亿元人民币）的计划得到了澳大利亚联邦政府、新南威尔士州政府及澳大利亚电力巨头麦考瑞电力公司的支持。
据《悉尼先驱晨报》报道，在明年开始进行的第一阶段里，贝丝沃特发电站的排气烟囱将向400个与集装箱差不多大小的密封水箱中注入排放出的二氧化碳，以刺激水箱中人工藻类的繁殖。
这些藻类从本质上来说是一种植物油，它们将在附近的工厂中接受处理成为可出售的燃料。
该计划对贝丝沃特发电站碳排放量造成的改变很微小，但不容忽视。
目前该发电站每年排放二氧化碳1900万吨，这项计划预计可以捕获其中的27万吨，并且在未来几年中逐渐增长到130万吨。
这种处理藻类的方式造成的浪费也相对较小，转化为燃料废弃的藻类残渣将用于生产家畜饲料。
新南威尔士州能源部长克里斯·哈切尔（Chris Hartcher）表示，该州一直支持有可行性的清洁生近期，海藻炼油引起了投资者关注。
据外媒报道，泰国国家石油公司于2013年7月8日透露，该公司已和澳大利亚科研机构合作研究海藻炼油项目，预计将于2017年实现投产，从而缓解泰国面临的能源危机。
泰国国家石油公司研究和技术机构负责人威集·唐奈说，基于目前技术，海藻炼油的成本要比棕榈油炼油高3到4倍，但从长远来看，海藻炼油有助于改变泰国依赖化石燃料的能源现状，海藻有朝一日也可能成为一种被广泛物燃料开发，特别是这一产业为新南威尔士州提供了诸多就业岗位。
他评价道：“捕捉和再利用发电站碳排放的革新计划为新南威尔士州的这项重要产业展现了美好的前景，令它可以长期可持续地发展。
海藻提炼生物油的原理
海藻提炼生物油的原理
海藻提炼生物油的原理是利用海藻中的油脂成分，通过化学反应或物理分离等方式将其提取出来，形成生物油。
海藻是一种特殊的植物，其细胞壁中含有大量的藻胶和藻酸，同时富含脂肪酸和磷脂等有机化合物。
不同种类的海藻油含量不同，通常可以达到10%~70%不等。
提取海藻生物油的方法有多种，如化学溶解、物理压榨、胶体电泳等。
其中，物理压榨是最常用的方法之一。
其原理是利用高压力将海藻中的油脂挤压出来。
这种方法具有操作简单、效率高、成本低等优点，但提取率相对较低，并且容易导致过度提取，破坏海藻细胞结构，影响后续的品质和产量。
化学反应法是另一种常用的方法。
其原理是利用化学反应将藻类的有机物质转化为油脂，然后通过物理分离的方式将油提取出来。
这种方法操作相对复杂，但可以提高产率和提取率。
相比较而言，化学法提炼生物油能够保证提取率高，并且由于采用化学反应的方式，可以针对具体的海藻品种进行调整，优化提取流程，在提高原料利用率的同时，还能保证生产出的生物油质量高、稳定性好，适合广泛的应用领域。
总之，海藻提炼生物油的原理是通过物理压榨或化学反应等方式将海藻中的油脂
提取出来，形成生物油。
这种生物油具有广泛的应用前景，在新能源领域、化工领域、医药领域等多个领域都有着重要的应用价值。
汽车里的燃油可以通过种植油藻和藻类语段阅读
汽车里的燃油可以通过种植油藻和藻类语段阅读汽车里的燃油可以种植出来，你是不是觉得有些不可思议？最近一期的《科学美国人》列举了改变世界的二十大科技创新，其中一项就是藻类产油。
美国一些研究人员认为，在城市里大规模种植藻类来生产生物燃油，可以降低城市对石油的依赖程度，并且有效保护城市的环境。
一般的植物需要燃烧发电才能被人们所利用，而有些植物可以榨出被交通工具和工厂直接使用的燃油，这比燃烧发电利用起来要简单得多。
因此，发展生物燃料的重点是发展生物燃油。
大豆、花生、油菜籽、茶籽、葵花籽、玉米等都是我们所熟知的产油原料。
科学家近年来发现，我们所讨厌的藻类植物也是重要的产油原料。
这些藻类分布在海洋、江河、湖泊中，甚至在气候变暖的形势下大规模暴发，一度导致一些水域出现“绿色污染”。
然而，在能源领域藻类并不令人讨厌，而且成为世界生物燃料领域的香饽饽。
藻类植物所产的油虽然不能食用，但是可以驱动汽车、轮船、飞机和工厂里的机器。
藻类是最原始的生物之一，主要生长在水里，具有光合效率高、生长周期短、速度快的特点。
藻类按大小通常分为大藻(海带、紫菜等)和微藻(蓝藻、绿藻等)，其中用于制备生物燃油的是微藻。
研究人员发现，藻类是一种含油量很高的植物，其产油量是玉米、柳枝稷等生物燃料植物的15倍。
尽管如此，大部分藻类的产油量不超过自身重量的10％，能源厂商因此觉得藻类燃油的生产成本有些高，他们希望能够有产油量更高的藻类，一种方法是寻找天然的产油量高的油藻，另外一种方法是借助转基因工程获得油藻。
美国埃克森美孚石油公司于2009年7月宣布投资6亿美元，目标是培育出一些产油量高的转基因藻类。
与之合作的朱尔生物技术公司宣称已经培育出转基因油藻，但是他们尚未透露任何专利细节。
据一些研究人员推测，朱尔生物技术公司很可能是将花生、油菜籽等产油量高的植物的产油基因转移到一些藻类中，培育出产油量高的转基因油藻。
研究人员表示，如果转基因油藻真的培育成功，可以推广到城市种植。
以色列科学家研究从海藻中提取生物燃料
际
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８ ３
船 在 作业 上 所 需 要 的船 只天 数 为 基 础 的计 算 方
式 。 日本 对 此感 到束 手无 策 。 日本 和密 国为 了研 讨 这 个 问 题 ， ２ １ 于 ０ １年
小 组 一直 在对 大 型海 藻进 行 研 究 ， 们 的研究 结 他 果 表 明 ， 通 海 藻 比陆 地 上 的 农 作 物 生 长 得 更 普
污染物 ， 因为它们 破 坏 了海 洋 的 生态 系统 。海 洋
缪 圣赐 摘 译 自 日本 《 产 周 报 》， ０ １年 ， 水 ２１
Ｎ０．１ ３ ５ ８
中 的滤 食 性 动 物 如 牡 蛎 和其 它 贝 类 能 够 有 效 地
吸收这些营养物质 ， 而且它们还能将其转化成海
以 色 列 科 学 家 研 究 从 海 藻 中 提 取 生 物燃 料
研究小 组 对他们 的研 究 充 满 信 心 ， 且 相信 并
未来 海藻将 会 成为 生物 燃料 的主 要原 料 。
摘译 自 Ｆｓ ｅｍ， ０ ２～ ｉ ｏ ２ １ ３—８ ．
印度 在 阿拉 伯 海 开 发 深 海 鱿 鱼 资 源 获 得 成 功
印度 中央 海 洋 渔 业 研 究 所 （ ＭＦ Ｉ 在 进 行 Ｃ Ｒ）
长， 珊瑚礁 遭 到毁灭 性破 坏 。
等 ， 在 以后 召 开 的 俄 日（日俄 ） 同委 员 会 、 将 共 联 合委 员 会进行 报 告 ， 为 渔业 科 学 知 识 进 行 有 效 作
地运 用 。
参加 研究 的科 学 家们 建 造 了一 个 模 拟 的 “ 生 态 系统 ” 他们 称之 为 “ ， 多用 途水 生 动植 物 混 合 养
海洋生物质燃料的生产与利用
海洋生物质燃料的生产与利用随着全球能源的日益紧张，寻求可再生的清洁能源已经成为世界各国政府和科学家关注的话题。
而海洋生物质燃料作为一种潜在的可再生能源，其生产和利用也越来越引起人们的关注。
本文将从海洋生物质燃料的来源、生产技术和利用前景三个方面进行探讨。
一、海洋生物质燃料的来源海洋生物质燃料是指由海洋中的各种生物质所提供的能源，包括海藻、海草、海洋微生物等。
其中，海藻是最为重要的一种生物质，因其易于培育、高生长速度和丰富的营养价值而备受关注。
目前，世界上已经发现了超过1000种海藻，其中一些种类的生物质燃料产量甚至可以超过传统能源。
二、海洋生物质燃料的生产技术海洋生物质燃料的生产技术主要包括：海藻培育、生物质处理和燃料转化三个环节。
首先，海藻培育是海洋生物质燃料生产的第一步，其培育方法主要有震荡培养、流动培养等。
其次，生物质处理主要是将摘下来的海藻进行干燥等处理，以提高其热值和稳定性。
最后，燃料转化主要包括生物质气化、燃烧和发酵等技术，将处理好的生物质转化为能源。
其中，生物质气化被认为是最为环保、经济和具有前景的一种技术。
该技术将生物质转化成燃气，可以直接用于发电或加热家庭。
同时，燃气的产生也可以用于制造合成燃料，如生物柴油等。
三、海洋生物质燃料的利用前景尽管海洋生物质燃料具有巨大的潜力，但目前其实际利用还存在较多的挑战。
首先，生产成本相对较高，尤其是在海藻的种植、采摘、加工等方面，需要大量的人力物力。
同时，海洋生物质燃料的利用还面临技术不成熟、政策缺乏和市场不健康等问题。
但同时，未来海洋生物质燃料在实现可持续发展、减少碳排放、增加就业机会等方面都存在巨大的潜力。
因此，如果政府和企业可以在资金和政策、技术和市场等方面给予支持，海洋生物质燃料的利用前景必然会更加光明。
总结海洋生物质燃料作为一种潜在的可再生能源，其生产和利用必将成为我们未来能源领域的重要话题。
虽然挑战依旧存在，但通过不断创新和探索，我们相信一定能够突破技术瓶颈，实现海洋生物质燃料的利用和发展。
利用藻类制备生物汽油
利用藻类制备生物原油（两种方法）项目简介克默迪博睿科技（北京）有限公司董事长杨子中第一种方法：干燥藻类水热液化技术藻类中获得原油，需要先对藻类进行干燥，然后进行提取。
水热液化技术“具有能完全利用整个藻体的优点，因此具有显著的优势，因为不再需要单纯追求脂类含量的积累，或脂类的提取了，这种黏液由水和藻类组成，后者的重量占总重的10%到20%。
在转化的时候，黏液被连续输送进一个高科技压力锅，锅内的温度大约为350摄氏度，压强达到近204个标准大气压。
高温高压可以使混合物保持液态。
依据水热液化（HTL）反应设计了一套反应装置。
在这套系统中，藻类和水的混合物被连续的加入到反应釜中进行反应。
反应釜中的高压使得水的温度能够达到300-400摄氏度，此时的水处于介于液相和气相之间的超临界态。
在这样的条件下，藻类中的生物质能够被快速降解。
之后利用一系列收集和过滤装置，即可得到原油及一系列副产物。
在一次HTL反应中，每100克藻类最终可以产生41克原油。
这样的转化效率令人满意。
图片来源：D.C. Elliott et al.（2013）Algal Research.KMD在寻找替代能源方面已经进行了多年的努力，而利用海藻生产原油或将成为这一问题的更好答案。
相较于之前的生物燃料，藻类原油有着更大的优势。
除去更高的产量，相对于汽油而言利用藻类生产燃油更为清洁。
藻类在生长过程中能够吸收大气中的二氧化碳，这一定程度上降低了碳排放。
且由于藻类可以在废水中大量繁殖，其产物也可以生物降解。
在整个生产过程中对环境造成的负担都较小。
相对于粮食作物产生的生物燃料来说，藻类转化生产的燃油具有高热值的优点。
埃利奥特表示：“由玉米等粮食作物生产得到的乙醇在用作燃料时需要与汽油进行混合，而藻类原油则可以直接用来燃烧。
KMD设计的循环系统，经由回收装置，反应中分离的磷酸盐和纯净水可以被回收用于下一轮的藻类繁殖。
1.藻类样本脱水；2.水热液化反应；3.固态沉淀物分离；4.油相/水相分离；5.油相产物加氢处理生成烃类；6.水相碳催化转化为气体燃料及可回收肥料。
由海藻生产乙醇和生物柴油燃料成新宠
国内外动态由海藻生产乙醇和生物柴油燃料成新宠追求生物原料多样化以满足世界燃料和化学品的大量需求是持续发展的重要课题。
对美国而言,如果将美国所有的大豆都以100%植物油形式生产生物柴油,也只能满足现柴油需求量约16%。
即使美国全部的大豆等油料作物用于生产生物柴油,也只能生产37亿升/a,而美国现使用柴油达2270亿升/a。
要发展生物质生产柴油,必须另辟蹊径。
因为海藻含油量高于谷物,并且需用较少的占地就可较大量的生产。
为此,从海藻生产乙醇和生物柴油燃料的途径正在脱颖而出。
美国能源部实验室和加利福尼亚州LiveFuels公司正在开展合作项目,从海藻中提炼原油。
该公司表示,海藻有望成为一个很有潜力的燃料新来源,他们已经资助美国圣地亚国家实验室的数十项工程,目标是到2010年可得到经济可行的生物柴油。
圣地亚国家实验室研究人员在5年前就已开展相关研究,目前已积累了丰富经验。
据介绍,海藻油与大豆油类似,可以用来生产生物燃料。
然而海藻可以在不适合种植庄稼的土地上种植,甚至可以生长在咸水里。
圣地亚国家实验室表示,通过对一种特种海藻的研究表明,仅需美国土地的013%就可生产出满足美国全部运输用燃料。
为了将生物质原油的成本控制在60美元/桶之内,海藻必须生长肥硕而富含油质。
商用海藻如螺旋藻富含蛋白质和淀粉,但油脂不足。
少数富含油质的海藻种类如雨生红球藻有希望用于商业化生产,但在美国,其油脂价格为1200美元/磅左右,过于昂贵而无法用作汽车燃料。
富油海藻似乎与生物质原油原料毫不相干,但人类目前使用的石油正是源自史前的生物质(包括海藻)。
在高热高压条件下,自然界生物质的分解过程持续数百万年之久。
今天使用的很多石油都起至2亿多年前的石炭纪。
LiveFuels公司称目前面临的挑战是在短期内扩大种植海藻面积并将其转变为廉价的生物质原油。
用2000～4000万英亩的贫瘠土地种植海藻,其转化的油便相当全美国进口的石油量。
而其余415亿英亩肥沃的土地仍足够生产美国所需的粮食。
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利用海藻发展生物燃油浅析
摘要：本文介绍了国内外利用海藻发展生物燃油相关技术的研究进展情况，分析了实现产业化发展的关键问题，提出了我国在这一领域的战略思考和重点研究方向。
关键词：海藻；生物燃油；能源；减排；
１引言
随着全球经济的发展，能源将日趋紧张。
传统能源的迅速减少以及严重的污染问题，已经严重危害到全球的经济和环境。
我们必须减少对化石资源的依赖，加大可再生能源的开发和利用。
目前，生物质能生产主要以农作物为原料，对粮食、耕地、水等资源需求巨大，因为资源供给的限制，难以满足市场需求。
海洋生物质能的开发为解决这一问题提供了出路。
２利用海藻发展生物燃料研究的背景和现状
生物质能是以生物质为载体，将太阳能以化学能形式贮存其中，能源主要依靠植物的光合作用产生。
生物能可以转化为固态、液态和气态燃料形式，替代传统的化石燃料，具有环保和可再生双重属性。
工程海藻的研究和开发，为生物质能产业提供充足和廉价的原料供给成为可能。
美国从1976年起就启动了微藻能源研究。
目前，美国的科学家已经培育出富油的工程小环藻，这种藻类比自然状态下微藻的脂质含量提高3至12倍。
2006年11月，美国亚利桑那州建立了可与
1040兆瓦电厂烟道气相连接的商业化系统，成功地利用烟道气的二氧化碳，大规模光合成培养微藻，并将微藻转化为生物“原油”。
2007年，美国启动“微型曼哈顿计划”，计划实现微藻制备生物柴油的工业化。
美国能源局计划在各项技术全面进展的前提下，将微藻产油的成本于2015年降至2至3美元/加仑。
2007年，日本启动了大型海藻的能源计划项目，利用马尾藻生产汽车用乙醇。
预计到2020年，栽培面积将达１万平方公里，每年可收获６５００吨干藻，可以生产约２００万升燃料乙醇，相当于现有日本汽车油耗量的三分之一。
今年，我国微藻能源方向首个国家重点基础研究发展计划（“973计划”）项目“微藻能源规模化制备的科学基础”，已经正式启动。
该项目将以推动微藻能源规模化制备中核心技术的重大突破为目标，提高微藻能源规模化制备系统中各单元的效率为主线，研究从藻种选育到微藻能源规模化制备系统构建过程中亟待解决的生物
学及工程学方面的关键科学问题。
[1]
3 、海藻作为生物燃油原料的优点
海藻主要包括微藻和大型海藻，海藻的种植可以利用海洋、盐碱地等不适合粮食作物生产的空间进行生产，这样避免了传统生物质能对农业资源的需求。
各国研究机构都在运用现代生物技术开发海洋工程微藻，因为海洋微藻本身具备以下特征。
一是光合效率高，生长速度快。
生长周期短、繁殖快。
二是微藻个体小、木素含量低，
易粉碎干燥，生产液体燃料所需处理工艺相对简单，生产成本较低。
三是微藻内大量积累脂质，因而可以大量生产生物燃料。
四是微藻在生长过程中又可以消耗大量的二氧化碳，能缓解温室气体的排放。
五是综合利用价值较高。
微藻在制备生物燃油的同时可以开发虾青素、活性蛋白、不饱和脂肪酸、天然色素、生物肥料等高值产品，以降低微藻产油的成本。
[2]
4、我国海藻养殖优势和存在问题分析
目前，我国拥有世界上最大规模的海藻生产基地，不论是产业规模，还是出口贸易，在世界上都占有举足轻重的地位。
我国海藻养殖业发展较早，并成功的掌握了紫菜、海带等海藻大规模培养的关键技术。
在螺旋藻和小球藻等微藻的藻种选育、规模培养和产业化方面取得了大量技术成果，某些技术已经达到国际先进水平。
与国际上其他国家相比，我国在推动藻类能源规模化制备技术上有一定优势，主要表现为以下几点：一是我国拥有一定的高水平技术人员和技术储备，并在人力成本方面具有明显优势。
二是海藻分类区系、藻种选育和基因工程等领域具备较强的科研力量。
三是我国海洋环境富营养化和赤潮比较严重,可以通过大规模海藻栽培实现对海洋的生态修复。
四是我国在海洋资源方面拥有明显的区位及环境优势。
[3]
我国在海藻能源开发方面有很多不足之处，概括起来主要表现在以下几个方面：一是海藻的燃料转化技术研究投入不足，发展相
对滞后。
二是实现封闭式光生物反应器的规模化生产方面技术落后。
三是我国海藻的栽培局限于近海小规模的试验场，试验项目的投入在技术和资金方面与发达国家相比明显不足。
5、海洋生物质能源发展趋势的必然性
5、1 发展海洋生物质燃料可以满足国家战略需求
我国1993年开始成为石油净进口国，能源安全已成为国家安全战略中最重要的一环，能源发展方向不但决定着能源安全，甚至影响到国家安全。
同时，新能源工业必然要成为未来能源工业的制高点，谁有更大的竞争优势，谁就有更多的话语权。
目前，随着全球气候恶化，国际上很多领域对碳排放指标提出越来越明确的要求。
在航空领域，欧盟去年公布自2012年起对所有抵达或离开欧盟国家的商业航班实施碳排放权配额制度。
作为应对策略，德国开始试飞生物燃油的客机，在6个月试验期间，这架空客a321型客机预计减排二氧化碳1500吨。
如果仍然使用传统燃料，我国民航业为购买碳排放权仅2012年一年需向欧盟支付8亿元人民币。
[4]
另外，根据专门机构的数据和预言，按照目前的发展速度，不久的将来碳交易将发展成为全球规模最大的商品交易市场。
种种迹象证明，无论是出于环境效益，还是经济效益，海洋生物质燃料的发展都已经刻不容缓。
5.2 利用海藻发展生物燃料在技术上可行
2006年全球研发海藻生物燃料的企业大约有4家，到2008年已超过50家，我国目前从事海藻生物柴油研发的企业已有5家。
2009年6月，《美国生物燃料月刊》预测分析认为，到2014年，海藻生物柴油将达到6.13亿升的生产能力，每升的批发价格约为0.34美元。
《生物燃料文摘》评论认为，从理论上看，海藻生物柴油的成本会像过去预计电脑的市场成本一样，很快会降下来。
6关于发展海洋藻类生物质能的几点建议
结合实际情况，就我国发展海洋藻类生物质能研究领域的资源配置及研究重点提出以下几点建议。
一是从国家层面上设计和制定系统的科技发展路线图。
二是明确关键科技问题，开展有针对性的技术攻关。
三是开展海洋藻类基础生物学的研究。
四是加快开展具有共性的关键技术研究的步伐，突破海洋生物质能产业化的技术瓶颈。
五是建立健全海藻环境保护和海藻资源合理有序开发的有关法律法规，制定海藻能源产品的技术标准及相关产业扶持政策，保证海洋生物质能产业得到健康持续的发展。
[5]
7、结语
大力发展海洋藻类生物质燃料是势在必行的，而且是可行的。
我国在海洋藻类养殖方面有一定优势，而且海域和滩涂资源丰富，发展海藻养殖的空间广阔，在这一领域完全具备达到和超过国际先进水平的条件。