藻类产油
微藻柴油的简介及其面临的主要问题
任课教师：张正义微藻柴油的简介及其面临的主要问题目前制约生物柴油发展的难题，主要是原料昂贵、来源不稳定。
由于世界各国采用的多为油料植物、粮食作物等原料，成本高、生长周期长并受环境限制，因此生物柴油的价格远高于传统柴油。
选取合适的、低成本植物油脂资源来发展和生产生物柴油成为各国的研究热点。
而利用藻类生物质生产液体燃料对缓解人类面临的粮食、能源、环境三大危机，有着巨大的潜力。
藻类是最低等的、自养的放氧植物，也是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群，具有生物量大、生长周期短、易培养及脂类含量较高等特点，是制备生物质能源的良好材料。
此外，藻类在增值过程中大量吸收温室气体二氧化碳，在实现清洁能源生产的同时，减排二氧化碳。
微藻生物柴油能够解决目前使用植物原料发展生物柴油面临的耕地不足、气候变化对产量影响大和引起农作物价格上涨等突出问题。
通过转基因技术培育“工程微藻”，繁衍能力高，生长周期短，比陆生植物产油高出几十倍，并且能用海水作为其天然培养基进行工业化生产。
面对植物原料生产生物柴油的诸多问题，利用微藻产油具有不与农业争地的明显优势，而且可用海水作为天然培养基进行大量繁殖。
跟植物一样，微藻也是利用光照产油，但却比植物作物的效率高很多。
大多数微藻的产油量远远超过了最好的油料作物。
不像其他油料作物，微藻生长极为迅速，而且含有极其丰富的油脂。
藻类光合作用转化效率可达１０％以上，含油量达３０％。
微藻的生物柴油产量是最好的油料作物的８～２４倍。
微藻不是一个分类学的名词，而是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类群体。
微藻通常是指含有叶绿素ａ并能进行光合作用的微生物的总称，其中还包括蓝细菌。
目前发现的藻类有三万余种，其中微小类群占７０％，广泛分布于各种水体。
目前应用生物技术进行大量培养或生产的微藻分属于４个藻门：蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。
当前，国内外有许多科学家在探索发现新的藻种，并研制“工程微藻”，希望能实现规模化养殖，降低成本，为获取油脂资源提供一条可靠的途径。
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”。
3利用微藻热化学液化制备生物油的研究进展
利用微藻热化学液化制备生物油的研究进展前言随着现代工业的飞速发展，大量化石能源消耗所带来的化石燃料紧缺和严重的环境污染问题已成为制约全球可持续发展的两大难题。
生物质能储量丰富，并且是唯一可以转化为液体燃料的可再生资源，现已逐渐成为国内外新能源研制和开发的热点。
而在众多的生物质中，微藻具有光合作用效率高、生物量大、生长周期短、环境适应能力强、易培养、脂类含量高、生长过程中可高效固定二氧化碳等特点，是制备生物质液体燃料的良好材料[1~5]。
利用微藻制备液体燃料在环保和能源供应方面都具有非常重要的意义，商业化前景良好[6，7]。
2007年， Williams[8]综合近年来的研究成果，指出微藻生物燃料的开发可以降低因使用化石能源给社会和环境带来的影响，将会成为未来生物燃料开发的趋势。
Ayhan Demirbas[9]则指出藻类即将成为最重要的生物燃料来源之一，微藻能源的广泛使用将会解决威胁全人类的全球气候变暖问题。
微藻热化学液化制备生物油技术将藻类转换成液体燃料的研究始于 20世纪 80年代中期，当时人们通常用溶剂萃取微藻中的脂类成分，分离得到油脂后进一步甲酯化或乙酯化生产生物柴油(萃取酯化法)。
该技术起步早，生产工艺相对成熟，所得油品质量好，使用性能与矿物石油基本相当，是目前国内外研究者以微藻为原料制备液体燃料最常用的实验室方法。
但萃取酯化法只能将微藻的脂类组分能源化，对原料脂类含量有较高要求，所得产物性能受脂类组成的影响很大，并存在生产步骤多、过程总体效率较低、能耗高等缺点，难以实现大规模工业化应用。
近年来，人们又研究采用热化学液化的方法将微藻转化为优质的生物油。
生物油是便于运输、存储的绿色燃料，经过精制可转化为替代石油的常规燃料。
生物油(由快速热解木材和微藻制备)与石油的部分典型属性值比较见表1[10]。
热化学液化方法预处理和生产过程简单、生产成本相对较低、转化率高，是实现藻细胞所有组分能源化，获得高产率绿色液体燃料的有效方法，对其进行深入研究，对于解决当前化石能源短缺和环境污染问题具有重要的现实意义。
生物质藻类研究的状况-2010-11
藻类提炼生物质燃油和二氧化碳吸收相关研究个人总结：1.藻类作为可再生能源的研究，其主要目的为开发生物燃油，藻类的繁殖能力和含油脂的比例是其最为突出的两大优点，但事实上，这两点之间是有冲突的；2.随着大众对CO2在地球变暖过程中的作用加深，CO2的减排更为迫切，培养藻类吸收二氧化碳也是具有前景的一种减排措施；3.藻类产油方面的研究主要几个方面：（1）藻类的筛选和基因改良；（2）藻类的培育；（3）藻类的加工。
其中，开发高效的光生化反应器以及降低培养液的成本是藻类的培育主要难点。
从网络相关文献了解到的知识来看，AlgaeLink NV在反应器技术方面是比较突出的，而以色列Seambiotec公司（唯一具有中试规模）采用经过处理的火电厂排放的烟气作为藻类的培养液是一大突破，并对二氧化碳减排也具有重要意义。
4.国内开展这方面研究主要以中科院，中石化，中国海洋大学以及其他生化、石油方面的研究机构为主，浙江大学和上海交大有个别热能动力工程的老师开展这方面的研究。
5.如果构建相关藻类研究的实验室，需要下面几个部分：（1）藻类的培育池（或者光反应器）；（2）监测仪器；（3）培养液供给系统；（4）捕捞、加工设备；总的来说，对于广东电科院锅炉所的现有资源，开展相关研究具有一定的难度！一．开发藻类植物的意义生物质能源是地球上最普遍的一种可再生能源，它是通过植物光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在生物体内的一种能量形式，也被称为绿色能源，藻类就是生物质能源中非常重要的一种。
藻类是最低等、最古老的一类植物，虽然结构简单，但却能产出相当于石油的“生物原油”。
这种“生物原油”可用来提炼汽油、柴油、航空燃油，以及作为塑料制品和药物的原料。
同时，多数藻类植物还能制造出大量的碳水化合物等中间产品，这些产品经过发酵处理可以转化为乙醇燃料。
利用藻类，特别是微藻，发展“生物原油”有许多其他陆地植物不具备的特殊意义。
第一，生长环境要求简单。
海藻变“原油”,只用一小时
海藻变“原油”，只用一小时在已知的生产清洁能源的方法中，利用藻类生产的生物燃料最接近于海底沉积物产生的原油。
在数百万年的时间里，海底的沉积物经由微生物的作用变成了我们所熟知的石油。
而最近，美国能源部的科学家们的研究成果，使得这一需要进行数百万年的反应得以在1小时内完成。
这项研究由美国能源部西北太平洋国家实验室（PNNL）的科学家进行。
研究人员找到了一种能够重复并加速这一“发酵”反应的方法。
在一个复杂的反应体系中，水和藻类的混合物会在不到一个小时的时间中转化成的原油。
在产生这些燃料的同时，人们可以通过这一技术获得一些有用的副产物，包括化学原料和矿物质。
如果藻类的数量够大，也许还能获得一些肥料。
这一研究将使得藻类产油能够更好的被应用于日常生活，有分析认为，利用这一成果产生的原油成本将低至每加仑2美元。
作为原料的藻类（左）、反应后得到的生物原油（中），以及精炼后得到的烃类燃料（右）。
图片来源：PNNL负责这项研究的科学家道格拉斯·埃利奥特（Douglas C. Elliott）评论说，“美国人不像欧洲人那么在乎他们的碳排放量，如果这项研究最终使得油价更加便宜，那么大多数人都会欣然接纳这一技术。
”埃利奥特教授的研究小组依据水热液化（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，研究人员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.科学家们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。
华南地区淡水产油微藻藻株的分离与筛选
华南地区淡水产油微藻藻株的分离与筛选随着人口的不断增长和工业化的发展，能源需求的不断增长已经成为全球面临的共同挑战之一。
随着石油资源不断减少，传统的石化能源已经不再能满足人们的生产和生活需求。
因此，寻求替代能源已经成为当前能源领域的重要研究领域之一。
生物燃料因为它具有非常显著的环境友好型和生产成本较低，受到质疑，成为了最有潜力替代能源的研究方向。
在生物燃料领域，微藻因为它们的生长速度快，易于种植和管理以及高石油产生量和其它生物燃料比较，成为研究的焦点之一。
华南地区因为土地资源有限，气候条件优越，水资源丰富，中高气候适宜生物燃料生长，因此成为目前我国的微藻产生研究的一个热点。
华南地区淡水产油微藻的筛选和培育已经成为关注度极高的课题。
淡水产油微藻是指淡水中生长的微型单细胞藻类，具有较高的生物质产率，因此在生物燃料产业中具有较高的潜力。
但是，淡水产油微藻的筛选和培育受到很多因素的影响，如野生菌种选择、氮素和磷元素浓度、pH值和光照强度、水温、CO2含量等。
实验设计实验目的本实验的目的是通过筛选和培养筛选出优良的淡水产油微藻菌株，并研究其生长条件，了解不同环境因素对不同淡水产油微藻菌株的生长和油脂产生的影响。
实验材料和设备微藻样品，生产培养基，溶解液，显微镜，荧光显微镜，离心机，环境设备等。
实验流程1.样品收集：根据华南地区地理环境和气候条件，收集到适合淡水产油微藻生长的自然水体样品。
样品含盐度约为2%左右，温度约为24°C。
2.分离微藻：将样品用分离液解开，分离出单细胞微藻。
3.优选菌株：选择合适生长培养基，并将分离出来的微藻以单株方式接种到生长培养基中，在不同环境条件下培育，选取生长力强、油脂含量高的细胞筛选出优良的微藻菌株。
4.鉴定菌株：在菌落计数法、形态学鉴定和遗传分析等多方面加以鉴定，确认选出的微藻菌株为产生淡水产油微藻。
5.培养微藻：选出的淡水产油微藻菌株，通过稳定的方式，定期更换生长培养基，控制氮素和磷元素浓度、pH值和光照强度、水温、CO2含量等，以促进淡水产油微藻菌株的生长和油脂产量。
绿色石油新工艺：30分钟藻类变原油
Green Oil: Scientists Turn Algae Into Petroleum In 30 Minutes绿色石油新工艺：30分钟藻类变原油Scientists at the Pacific Northwest National Laboratory are claiming success in perfecting a method that can transform a pea-soupy solution of algae into crude oil by pressure cooking it for about 30 minutes. The process, called hydrothermal liquefaction, also works on other streams of organic matter, such as municipal sewage. And the crude oil created is lightweight and low in sulfur and can be “dropped in” to refineries that process fossil crudes.美国西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory；下简称PNNL）的科学家宣称，他们成功完善了一种将藻类转化为原油的新工艺，方法是对藻类原料进行30分钟的“高压蒸煮”。
这种工艺名为“水热液化”，也适用于其他有机物流（如城市污水）的处理。
由此产生的是轻质低硫原油，可加入处理化石原油的炼油炉，得到进一步的提炼。
“It’s a bit like using a pressure cooker, only the pressures and temperatures we use are much higher, ”said researcher Douglas Elliott in a statement. “In a sense, we are duplicating the process in the Earth that converted algae into oil over the course of millions of years. We’re just doing it much, much faster.”“这有点像使用高压锅，只不过我们所采用的压力和温度都要高得多，”研究员道格拉斯·艾略特（Douglas Elliott）在一份声明中说，“从某种意义上说，我们复制了地球在几百万年中将藻类转化为石油的过程。
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。
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生物柴油
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。
目前，国际上制造生物柴油的主要技术有三种：
➢化学合成法 ➢生物酶解法 ➢工程藻类
人们充满期冀的目光投向了一团小小的绿意
藻类能源研究史
• 把藻类作为能源作物的构想起源于二十世纪中叶， 五六十年代的一系列实验证明，在周围环境缺少 氮元素或硅元素等必须矿物质时，某些藻类会在 这种“饥饿”状态下产生大量脂质，最终在细胞内 形成油滴。虽然缺乏养分能刺激藻类产油，但养 分太过贫乏时，又会造成藻类抑制细胞分裂，生 长也过度放缓，总产油量将不升反降。因此，要 让藻类大量产油，矿物质的含量控制必须十分精 确。
草业092班 刘艾京
2009010914
体的藻类无疑拥有最广泛的种植空间–淡水、半盐水、海水， 甚至油田采出水、工业污水，原本无法利用的贫瘠的非耕地， 各种环境恶劣的穷山恶水，都可以成为藻类生长的乐土。
第三，藻类生产的油类蕴含着巨大的燃烧热能。
单位产量高，种植面积广，能量密度高– 这三者令藻类当之无愧地成为生物能源 的潜在产量之王。
养分缺乏刺激藻类产油
• 七十年代早期对化石燃料的过度依赖，推动美国能 源部开展了水生物种计划。最初的研究是用藻类的 生物质进行厌氧分解，以产生甲烷（沼气）与氢气。
• 后来随着部分能大量产油的藻类品系被发现，脂类 燃料–即俗称的“生物柴油”才成为研究重心。
• 从1978到1996年，研究者们从美国各地收集了三千 多种藻类，测试它们在温度盐度酸碱度各异的水体 中的产油能力，并最终筛选出三百多种希望之星– 大多是绿藻和硅藻。
由于它的生产只在容器中进行故 不需占用良田，完全可建于沙漠 等无利用价值的地方，更为可贵 的是由于藻类产油是将环境中的 碳固定于石油中，石油燃烧再回 到环境中，从而使环境中的碳值 固定在一个值而不会增加环境中 的碳含量,也不会加速全球变暧. 而海洋对碳是有吸收作用的，所 以如果发展这一类藻产石油可延 缓全球变暖，甚至于将我们的地 球环境调至一个正常稳定的状态 下。
体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境， 发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物 柴油的一大趋势。
目前种植藻类主要有两大流派，一是种在开放的池 塘中，一是种在封闭的光合反应器中。
开放式池塘养藻对设备要求较低，但极大地 受到日夜与季节间的天气变化影响，冬日和 夜间低温都会大大影响产量。此外，池塘每 日需要补充的水量也很可观。
美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物 技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工 程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻” 中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可 增加到40%以上，而一般自然状态下微藻的 脂质含量为5%-20%。
脂质含量高的原因
“工程微藻”中脂质含量的提 高主要由于乙酰辅酶A羧化酶 (ACC)基因在微藻细胞中的高效 表达，在控制脂质积累水平方 面起到了重要作用。
“工程微藻”法生产生物柴油，为柴油 生产开辟了一条新的技术途径
任何能源要有效替代化石燃料，都必须克服两大难关 –产量与成本。而与其他燃料作物相比，藻类在这两 点上都有着过人之处：
首先，藻类的单位产量极高。同时，与其他作物的季节性产出
不同，藻类可况下，能利用各种水质的水
目前，正在研究选择合适的 分子载体，使ACC基因在细菌、 酵母和植物中充分表达，还进 一步将修饰的ACC基因引入微 藻中以获得更高效表达。
“工程微藻”优越性
利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意 义和生态意义，其优越性在于：
1、微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约 农业资源；
2、比陆生植物单产油脂高出几十倍； 3、生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气
• 要想解决这一问题，产油藻类似乎成为最受关注 的宠儿，因为藻类的高产所以几乎完全可以用来 弥补国内的石油需求。其它的关于氢气、核能、 太阳能以及能源植物的应用远不及产油藻类来得 高效且环境友好。
关于藻类产油的展望
首先产油藻于环境 无害，它所需要的 生存环境只是一个 容器，更为有利的 是它可将工业废水， 工厂排放废气做为 养料，从而减少了 环境的污染，也降 低了成本。
封闭式光合反应器的优点在于水分不易散失，可以长期省水省 肥地培养藻类。但缺少了水分蒸腾这一天然降温手段，就需要 额外耗费能量控温。此外，密闭的容器内部容易形成细菌菌落 的生物被膜（biofilm）结构，造成细菌大量繁殖，因此需要定 期清洁，这也是一大笔开支。
关注能源危机
• 众所周知，中国现今的石油储备远远落后于美国 等发达国家。而且越来越依赖于进口。一旦进口 受阻，国内储备石油仅够支撑5~15天，而美国则 可有120天的调整时间，这对于我国的国防、国民 经济等是非常不利的。
——藻类
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。它们的体形大小各异，小至 长1微米的单细胞的鞭毛藻，大至长达60公尺的大型褐藻。藻 类按大小通常分为大藻（海带、紫菜等）和微藻（蓝藻、绿藻 等），其中用于制造生物燃油的是微藻。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。高产油藻类主要为绿藻、硅藻、金藻等真核藻。