第三代生物燃料 ——微藻生物燃料
微藻生物柴油的现状与进展
微藻生物柴油的现状与进展一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护意识的日益加强，寻找可再生、环保的替代能源已成为全球科研和工业领域的热点。
微藻生物柴油作为一种新兴的绿色能源，其独特的优势与潜力正逐渐受到人们的关注。
本文旨在全面概述微藻生物柴油的当前发展状况、技术进步、应用前景以及面临的挑战，以期对微藻生物柴油的研究与应用提供有益的参考和启示。
文章将首先介绍微藻生物柴油的基本概念、特点及其作为可再生能源的重要性，然后重点分析微藻生物柴油的生产技术、产业链构建、市场应用等方面的现状与进展，最后探讨其未来发展趋势和可能遇到的问题。
通过本文的阐述，读者可以对微藻生物柴油有一个全面而深入的了解，为相关研究和产业发展提供有益的参考。
二、微藻生物柴油的基础知识微藻生物柴油是一种由微藻经过特定培养和处理过程后提取出的可再生能源。
微藻，作为一类微小的水生植物，具有生长迅速、光合作用效率高、生物量产量大等特点，因此被视为生物柴油生产的理想原料。
微藻生物柴油的生产过程主要包括微藻的培养、收获、油脂提取和生物柴油的合成等步骤。
在微藻培养阶段，需要选择适合的培养基和光照条件，以促进微藻的生长和油脂的积累。
收获阶段则采用离心、过滤等方法将微藻从培养液中分离出来。
油脂提取则利用有机溶剂或物理方法将微藻细胞内的油脂提取出来。
通过酯化或酯交换反应，将提取出的油脂转化为生物柴油。
与传统的化石柴油相比，微藻生物柴油具有可再生、环保、可持续等优点。
微藻生物柴油的原料来源广泛，生长周期短，不受地域限制，因此具有巨大的生产潜力。
微藻生物柴油的燃烧产物主要是二氧化碳和水，对环境影响小，有利于减缓全球气候变化。
微藻生物柴油的燃烧效率高，动力性能良好，能够满足现代交通工具的需求。
然而，微藻生物柴油的生产也面临一些挑战和限制。
微藻生物柴油的生产成本较高，主要包括微藻培养的成本、油脂提取和生物柴油合成的成本等。
微藻生物柴油的生产过程中会产生一些废弃物和废水，需要进行有效的处理和处置。
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）。
液体生物燃料技术
个调配中心、1万公里输送管道和1千万立储罐
现有1条乙醇管道，规划到2012年前，将新建2条乙醇输送管道，新增输送 能力1350万吨/年，总投资23亿美元。
国内外燃料乙醇相关政策
奥巴马政府推出税收激励、现金奖励及政府合约等一系列政策措施 大力推进生物燃料新技术的开发和应用
美国
鼓励地方投资兴建生物燃料炼厂 提出终止对谷物乙醇燃料的补贴、关税和价格优惠政策
辛烷值或十六烷值 汽化潜热(kJ/kg)
112(RON) 111(RON) 1109 904
91(RON) 297
基本概念
车用汽油的牌号是按照辛烷值区分的。如93，97号等。93号车用汽油 即表明该汽油辛烷值不低于93。根据辛烷值的实测结果可判定属哪一 牌号的车用汽油； 汽油的辛烷值越高，抗爆性就越好，发动机就可以用更高的压缩比。这 样既可提高发动机功率，增加行车里程数，又可节约燃料，对提高汽油 的动力经济性能是有重要意义的。
基本概念
燃料酒精（Alcohol Fuel）主要是指通过生化工艺生产的前四种脂肪族 酒精（甲醇、乙醇、丙醇、丁醇），他们的物理化学特性与汽油相似， 是替代汽油的重要发展方向，一般采用生化工艺生产，也称作生物酒精
（Bioalcohol）。脂肪族酒精的化学式是CnH2n+1OH，辛烷值都与汽油
相近，但是能量密度差异较大，n 值越大能量密度越大。 丁醇是汽油的最佳替代品，但是相对于甲醇和乙醇，丙醇和丁醇的生
淀粉原料乙醇生产工艺流程
纤维燃料乙醇生产工艺流程
生物质原料的结构
• 纤维素呈结晶状拧合成纤维束 • 半纤维素和其他多聚糖缠绕着纤维束
• 木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质
• 水解酶或其他化学物质很难渗透到纤维素表面
利用微藻制备生物燃料现状及应用前景
利用微藻制备生物燃料现状及应用前景发布：icasolar1 来源：《润滑油与燃料》2009年第5/6期浏览次数：4作为化石燃料的替代，生物燃料的发展已在国际上得到广泛的重视。
在生物燃料的众多原料中，藻类由于具有分布广、油脂含量高、生长周期短等特点，而被科研人员认为是最有希望和前途的可再生能源之一。
藻类中用于制备生作为化石燃料的替代，生物燃料的发展已在国际上得到广泛的重视。
在生物燃料的众多原料中，藻类由于具有分布广、油脂含量高、生长周期短等特点，而被科研人员认为是最有希望和前途的可再生能源之一。
藻类中用于制备生物燃料的是微藻。
微藻种类繁多，分布极其广泛川，生长条件要求很低。
利用微藻制备生物燃料已成为热点。
1 国内外利用微藻制备生物燃料研究历程和最新进展1.1研究历程回顾国外微藻的研究起步较早，早在上世纪50年代，美国麻省理工学院就在校园内建筑物的屋顶开始进行养殖藻类生产生物燃料的试验，并在研究报告中第一次提到了藻类生物燃料。
1978年，美国能源部可再生能源国家实验室开展了养殖微藻生产生物燃料项目研究(Aquatic Spices Program，简称ASP项目)，从微藻筛选、微藻生化机理分析、工程微藻制备到中试研究。
该项目持续到1996年，在实验室研究的基础上，研究人员在美国加利福尼亚州、夏威夷州、新墨西哥州等地进行了中试放大。
中试装置运行了1年，可获得高达0.05kg(m2/d)的工程微藻，微藻的含油量达到40%一60%。
1978一1996年期间累计投人科研经费2505万美元。
该研究室也是迄今对微藻研究最全面和权威的机构。
由于油价上涨，2007年底美国能源部又将这个中断了11年之久的项目重新启动川。
更直接将微藻用于生产生物柴油的是美国人吉姆·塞尔斯，他为此还专门建立了一个生物柴油公司。
他用透明的大塑料袋种植海藻，这既可以让充足的光线进人，又能防止其它种类的海藻人侵。
他称自己的发明是全规模海藻“反应堆”。
新一代生物柴油原料_微藻
新一代生物柴油原料——微藻 童 牧 周志刚（上海海洋大学农业部水产种质资源与利用重点开放实验室，上海 201306）摘 要：生物柴油是指来自生物体的油脂经转酯作用而形成的单烷基脂肪酸酯。
从目前的情况来看，以高等植 物、动物等油脂为原料生产的生物柴油根本无法满足人们的需求。
某些微藻因含油量高、易于培养、 单位面积产量大等优点，而被视为新一代的、甚至是唯一能实现完全替代石化柴油的生物柴油原料。
该文结合中国生物柴油的发展状况，剖析了利用微藻生产生物柴油的优势，并就其存在的劣势重点地 从优良藻种的筛选、产油培养条件与技术的改进、生物柴油提炼方法与过程系统化等方面，提出了应 对措施，并展望了其应用的前景。
关键词：微藻；生物柴油；中性脂；可再生能源；转酯作用 0 引言 石油是一个国家的经济和社会发展的命脉。
随着化石能源资源的枯竭，原油价格一路飙升，世界各国不得不考虑加快石油替代原料的研究与开发步伐，其中生物柴油被视为一种可再生的取代能源越来越受到重视[1]。
如今我国对石油的需求量已居世界第二，石油一旦出现危机必将会严重影响我国经济的发展与社会的稳定。
所以，中国工程院院长徐匡迪及众多的中国能源专家都认为“立足于本国原料大规模生产替代液体燃料——生物柴油（biodiesel），对增强中国石油安全具有重要的战略意义”[2]。
然而在生物柴油开发和利用的同时，世界各国都面临着生物质原料供应不足这样一个“瓶颈”问题，因此，寻找新一代的生物柴油原料已经迫在眉睫。
某些微藻（microalgae）因含油量高、易于培养、单位面积产量大等优点，被视为新一代的、甚至是唯一能实现完全替代石化柴油的生物柴油原料。
微藻也称单细胞藻类，是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小藻类。
相对于高等植物，它们能更有效地利用太阳能，将水和CO2等无机物质合成为有机物质[3]。
微藻能提供不同种类的生物燃料（biofuel），如甲烷、生物柴油、氢甚至生物乙醇等[4-6]。
以微藻为原料的第三代生物燃料的研究概况
以微藻为原料的第三代生物燃料的研究概况摘要温室效应与石化能源紧缺已成为全球问题，生物燃料作为一种可再生且环境友好的替代能源受到人们的普遍关注。
不少微藻油含量高，环境适应性强，净碳值几乎为零，是第三代的生物燃料最重要的原料之一。
本文综述了目前海藻在生产生物燃料过程中的优势、培养方法、技术概况等，提出了目前存在的问题及未来的发展期望。
关键词：微藻;生物燃料;培养方法;转化技术AbstractBiofuel is payed more and more attention as a kind of renewable and environmentally friendly alternate energy source as global warming and fossil energy shortage are becoming global problems. Many microalgaes have higher oil content, better enironmental adaptation and net carbon value is almost to zero. It's the most important raw material of the third generation biofuel. In this article, the advantages of the process of microalgaes' producing biofuel at present, the training method and the outline of technology is reviewed in this article. The problems exists now and the future prospect are proposed as well.Key Words:Microalgae;Biofuel;Training;Method;Transforming Technology1 前言20世纪90年代以来，以燃料乙醇和生物柴油为代表的第一代生物质能得以发展。
每日科普微藻“吃掉”二氧化碳，产出“生物柴油”
每日科普微藻“吃掉”二氧化碳，产出“生物柴油”二氧化碳过度排放是全球气候变暖的罪魁祸首之一，怎么减少大气中的二氧化碳？比如，能不能把二氧化碳“吃掉”？还别说，有一种古老的生物就有这种好胃口，它们不仅可以捕食大气中的二氧化碳，还能利用二氧化碳生产“生物柴油”，成为我们利用自然规律实现固碳减排、碳中和的得力助手。
一呼一吸间，离不开的小小微藻微藻（microalgae）是细小藻类群体的总称，属于单细胞生物。
微藻是浮游植物，通常存在于淡水和海洋系统中，在陆地系统也有分布，它们体积很小，从几微米到几百微米不等，通过肉眼难以捕获到。
微藻单独存在或者以群体形式存在于环境中。
与高等植物不同，微藻没有根、茎、叶组织构造。
它们特别适应以黏力为主导的环境中。
当然在其他极端环境也会有发现，比如螺旋藻是最耐碱的生物，在pH 值11以上的环境也能存活。
微藻体内含有叶绿体，意味着它可以进行光合作用。
另外，部分微藻细胞体外有细胞壁，可以起到保护作用，还有部分微藻表面具有鞭毛，可以帮助其在水中游动。
微藻有原核微藻和真核微藻两大类。
目前我国学者一般将藻类分为11门：蓝藻、红藻、隐藻、甲藻、金藻、黄藻、硅藻、褐藻、裸藻、绿藻、轮藻。
如下图所示，微藻的形状奇奇怪怪，有球状、三角状、椭圆状、星状，以及其他不规则形状。
另外，微藻体内还含有各种色素，比如雨生红球藻体内含有的虾青素，使得其颜色为红色。
种类繁多的微藻构成了一个奇特的小世界。
奇形怪状的微藻微藻是自然生态系统中的重要组成部分，在物质循环过程中发挥着重要作用。
比如微藻体内具有光合色素（叶绿素等），能高效地利用光能、二氧化碳和水进行光合作用，产生氧气并合成碳水化合物，与其他光合细菌一起为食物链上游端生物提供营养，并且微藻本身也可以利用二氧化碳以光营养的方式生长。
微藻能够进行光合作用对地球上的生命非常重要，可别小瞧了这个过程，地球的大气氧气中约有一半都是靠这些微藻进行光合作用产生的。
“吃”的是二氧化碳，挤的是“生物柴油”让我们“文艺复兴”回到2013年的电影《泰囧》，影片中，徐峥给王宝强展示了一种叫做“油霸”的液体，“你去加油站加油，加到一半，滴几滴'油霸’，油箱自动涨满”。
微藻生物质能的生产及利用
微藻生物质能的生产及利用微藻生物质能：新能源的未来随着能源消耗的不断加剧，化石能源愈发显露出其有限和不环保的弊端。
近年来，人们对新能源的研究逐渐受到了持续的关注。
而微藻生物质能，由于其丰富的品种、高效的生物固碳、种植周期短等特点，已经成为研究的热点。
一、微藻生物质能的基本特点微藻生物质能，是指微小单细胞生物体——微藻的生物质，能够被用作生产氢、甲烷、乙醇、生物柴油等生物燃料的原材料。
微藻是在海洋、淡水，甚至是陆地上都可见的微小单细胞生物体。
其生长迅速，在适宜的生长环境下，微藻的繁殖率可以达到每天两倍以上，且一般一周左右即可收获。
此外，微藻对光照的利用率也比较高，具有较高的光合效率，能够很快地进行光合作用，将太阳能转化为发电、制氢、制油等燃料。
二、微藻生物质能的生产方法水培法是微藻生物质能的主流生产方法之一，将微藻培养于水中，充分利用温室、太阳能等自然能源，同时添加适量的营养物质来促进微藻的生长，可在短时间内收获大量的微藻。
此外，还可使用土壤培养法、液体培养法等方法进行微藻的培养。
三、微藻生物质能的应用前景1.替代传统的化石能源，对环境有利微藻生物质能是一种新型、环保的能源，可以代替部分的传统化石能源，从而减少二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等有害气体的排放，有利于环境的保护和改善。
2.应用范围广泛由于微藻生物质能的生产方法简单，并且能够在不同的生境中进行生长，而且微藻生产的燃料种类繁多，因此微藻生物质能的应用范围非常广泛，不仅能够用作发电、制氢、制油等化工品，还能被应用于养殖、医药等众多领域。
3.可生产高附加值产品微藻生物质能除了能够生产含油、含脂等燃料产品外，更可以制成余糖、珍珠粉、色素、蛋白质等高附加值产品，形成完整的微藻产业链。
4.可以为农村经济发展提供一条新思路由于微藻生物质能的生产方法较为简单，对生态环境的要求较低，因此对于农村地区的经济发展具有巨大的促进作用。
通过微藻生产提供新的资源和新的产业链，将为农村经济的发展提供强有力的支撑。
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微藻生物燃料动态
机构
University of Brighton, University College London United States Department of Energy University of Texas at Austin, University of Maine
与一些产油植物相比，利用微藻生产生物柴 油的优势在于以下几个方面： 微藻单位面积的产率高出高等植物数十倍 微藻可在缺氮等条件下存活，并可大量积 累油脂，含油量可高达70％ 微藻可以不与 农作物 争地、争水 微藻的培养可利用工业废气中的二氧化碳， 减少环境污染
藻类制备生物燃料简介
原料：微藻（单细胞或丝状体 d＜1mm）
Algal Biomass Organization National Algae Association
微藻生物燃料动态
公司
Aquaflow Bionomic Corporation Sapphire Energy Solazyme
Pond Biofuels Inc. Shell
微藻生物燃料动态
Unitel公司开发微藻生物燃料生产新工艺 美国Unitel技术公司于2010年7月宣布，其专 利的新技术将应用于从微藻生产生物燃料， 使微藻侧重于生产脂肪酸，而不是微藻油 的提取。该脂肪酸经转化，可制取生物喷 气燃料
微藻生物燃料动态
会议
Fast Track Algae Commercialization, Production, Research and Networking Conference （September 23-24, 2010,Sheraton North Houston Algae Biofuel Workshop 2010 (12 to 13 April 2010,India, Delhi, India )
小球藻
盐藻
藻类制备生物燃料简介
微藻规模化培养制备路线
光合反应器法 封闭环路系统法 开放池法
藻类制备生物燃料简介
光合反应器法
基本工作原理：在池塘、湖面等封闭水域养 殖藻类 利弊：简便易行、成本较低的特点，但存在 易污染、占地面积大、难以对水体和温度 进行调节从而生产不稳定等缺点，发展受 到很大限制
微藻生物燃料的特点
微藻是遍布全球水体的浮游植物 。微藻把 光合作用产物转化成油贮藏起来，在细胞 内形成油滴。将这些油通过转酯化后可转 变为脂肪酸甲酯，即生物柴油 。某些微藻 能够合成长链烯烃，也具有发展生物燃料 的潜力 。 微藻和高等植物的油属三酰基甘油酯，都 可作为生物柴油的生产原料。
微藻生物燃料的特点
第三代生物燃料
——微பைடு நூலகம்生物燃料 微藻生物燃料
世界上首架使用纯藻类生物燃料的“绿色”飞机。 这架飞机是欧洲航空防务和航天公司用奥地利钻石公司 的DA42型飞机改造而成，刚刚在6月的柏林航空展上进 行了首航。
内容概要
第三代生物燃料的背景 微藻生物燃料的特点 微藻制备生物燃料简介 微藻生物燃料动态
第三类生物燃料的背景
第一代生物燃料：粮食时代 第二代生物燃料：纤维素时代 第三代生物燃料：微藻时代 第四代生物燃料：
微藻时代
微藻燃料的研发始于1978 年美国能源部资助的 “水上能源作物计划/Aquatic Species Program”， 起初是以生物氢为目的。 1982 年逐渐转向了生物柴油和燃料酒精方面。 布鲁克林学院、俄亥俄大学、弗吉尼亚大学、蒙 大拿州立大学、亚利桑那州立大学等高校先后致 力于藻类燃料的研究。 美国之外，以色列、欧洲、加拿大、阿根廷、澳 大利亚和新西兰等国家也逐步开始了微藻燃料的 研发。
微藻生物燃料动态
荷兰瓦赫宁恩（Wageningen）大学
微藻生物燃料动态
波音与中科院青岛生物能源与过程研究所 建立生物燃料研究实验室
2010 5 2010年5月，中科院青能所与波音公司签署协议建 立联合实验室，致力于建立微藻航空生物燃料技 术、航空生物燃料加工炼制技术等研发平台，建 成微藻航空生物燃料中试系统，提供高品质航空 生物燃料产品，推动可持续航空生物燃料的技术 研发与产业示范。9月2日，由中科院青能所与波 音公司共同投资组建的“可持续航空生物燃料联 合研究实验室”在青岛揭牌。
藻类制备生物燃料简介
封闭环路系统法
基本工作原理：在闭合的人造水渠中进行，含有藻类的液 体在其中循环，循环过程中将藻类进行新陈代谢所需的二 氧化碳和养分引入到水渠的液体中 利弊：操作简单，培养条件、参数易控制，条件稳定，成 品质量高，可实现全年无菌纯种培养，能较大幅度地提高 微藻细胞密度，其生长速率和生物量大幅度提高， 近些年 已应用于微藻的商业性、高密度大规模培养生产。但封闭 式光生物反应器在规模培养过程中的生产成本相对较高， 成本为开放式池塘培养法的10 倍以上
微藻生物燃料商业化财团(加利福尼亚 San Diego)：由加州大学带领，这个财 团将集中开发藻类作为一种健壮的生 物燃料原料。任务包括研究藻类作物 保护的新方法、藻类营养运用和回收， 以及开发基因工具。(能源部资助900万 美元)
微藻生物燃料动态
Cellana财团(夏威夷州Kailua-Kona) ：由 Cellana公司带领，这个财团将试验在 海水中生长的微藻大规模生产燃料。 任务包括将新的藻类收获技术与中型 规模培殖试验床构成一体化，并开发 海洋微藻类作为水产养殖产业的动物 饲料。(能源部资助900万美元)
微藻生物燃料动态
可持续微藻生物燃料财团(亚利桑那州 Mesa) ：由亚利桑那州立大学带领，这个财 团将集中测试藻类生物燃料的可接受性， 作为石油基燃料的替代。 任务包括海藻生 物化学转化燃料和产品的研究，以及分析 藻类燃料和燃料中间体的物理化学性质。 (能源部资助600万美元)
微藻生物燃料动态
藻类制备生物燃料简介
固化反应器法 基本工作原理：用一些透明管道装满工厂排 出的废水和废气，管道内的藻类吸收废气 中所含的二氧化碳，用于光合作用。同时， 藻类排出氧气，生成用于提炼燃料的物质。 利弊：（同封闭环路系统）
微藻生物燃料动态
美国能源部 2010年6月29日向三个研究财团资助2400万 美元，以加速实现基于海藻的生物燃料的 商业化规模生产。