微藻b
微藻c
136,900
58,700
2
4.5
1.1
2.5
a 满足美国交通燃油需求量的50% b 油含量达到细胞干重的70% c 油含量达到细胞干重的30%
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海洋微藻生物质能开发具有的特点和优势
(1)生长速度快，光合效率高：微藻是光合效率最高的光合生物之一，可 能提供足以解决全球需求的非粮食可再生的生物质能。 (2)适应能力强，不争地，不争水：一些微藻具有盐碱适应能力，可利用 海水、地下卤水等在滩涂、盐碱地进行大规模培养；利用封闭式光生物 反应器培养微藻，生产相同量的生物质，其耗水量仅为农作物的1％。 (3)大量积累脂质，因而可高效生产生物燃油：一些产油微藻的脂肪酸总 量可达干重的50％-90％，有望成为最有前景的生物燃油来源。 (4)具有减排效应，可以直接处理工业废气：微藻可以通过光合作用利用 废气(CO2、NO2)和废水，不仅能缓解温室气体的排放，而且可以通过利 用废水废气降低生产成本，一些微藻还可以通过胞外CO2浓缩机制直接 吸收CO2并转化为碳酸氢(盐)，具有显著减排效应，有望进行商业化减排。 (5)可高值化综合利用：微藻含有丰富的生物活性物质，在制备生物燃油 的同时可进行高值化综合利用，相对降低微藻产油的成本。可开发的高 值产品包括虾青素、活性蛋白、活性多糖、不饱和脂肪酸、天然色素、 生物肥料和饵料等。
在2008年至2012年，需将其人为温室气体排放水平在
1990年基础上平均减少5.2%。其中，欧盟为8％，美国 7％，日本6％，澳大利亚增长8％。 向发展中国家提供新的和额外的资金和技术援助。 帮助发展中国家提高应对气候变化的能力建设。
减少温室气体排放的成本差异
发达国家国内减排成本平均在100美元/吨碳以上 发展中国家的平均减排成本只有几美元至几十美元 这种巨大的减排成本差异，推动了清洁发展机制 （CDM）的发展： 气候公约和京都议定书允许发达国家通过境外减排方 式履行在气候公约和京都议定书下的义务。
的发展给CO2减排压力的缓解带来了新希望。
二、微藻生物柴油研究进展
（研究的背景、独特优势、与CO2减排的耦合）
微藻生物能源的发展历史
• 1978~1996年，美国能源部资助 “Aquatic Species Program—Biodiesel from Algae” 项目，在能源微藻藻种筛选方面做了大量工作并在户外敞开池大规模
定性差。
• 5 生物柴油润滑性能好 • 6 生物柴油成本视原料价格而有差异，一般比石油柴油 高（除非原油价位高时），有些国家对城市公交客车使 用给予补贴。
生物乙醇和生物柴油的扩大应用
• 1 从生物来源和清洁燃料的角度，生物柴油和乙醇汽油 是很好的代用燃料。 • 2 原料的来源与各国国情密切相关，要具体分析。 • 3 乙醇的生产原料可扩大到多种含纤维素物料，比较容易
生物质能开发存在的问题
• 生物质能规模化生产逐渐引发了粮食、耕地和水 资源危机，以及土壤结构和植被生物多样性破坏 等生态问题。联合国近期公布的分析报告指出， 生物质能的开发对粮食涨价的贡献达到了75％。 由于上述原因，2008年，美国与欧盟相继修正甚 至中止了利用农作物开发生物质能的项目。美国、 欧盟、澳大利亚、日本、印度等国政府和企业都 投入了大量资金来进行海洋生物质能的开发，力 图改变当前以粮食作物为主要原料的局面，试图 提出一种全新的解决思路。
以及厨房回收油，将其与甲醇进行酯交换反应，
得到脂肪酸甲酯（FAME）即生物柴油，并副产 甘油。
生物柴油的制备方法
生物柴油
• 3 通常掺入柴油 中的比例 10%--20%，性能变化不大，
如 100% 代替，则存在寒冷地区或季节流动性能不良和
对橡胶材料侵蚀问题。 • 4 原料中含不饱和脂肪酸多时，所制得的FAME 氧化稳
化石能源不可持续性
马尔代夫总统纳希德在水下 内阁会议上签署环保倡议书
1.0
1998年
0.5
温 度 距 平 (℃) -0.5
0
北半球地表温度变化
1000 1200 1400 1600 1800 2000 年
20世纪是过去1000年中最温暖的100年。
新能源－可再生能源－生物能源
新 能 源
太阳能、生物能源、风能…
生物柴油的概念
• 生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆
和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油 料林木果实、工程微藻等油料水生植物以 及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液 体燃料，是优质的石油柴油代用品。
生物柴油
• 1 已在欧洲和美国等地使用多年，属于源于生物
的环保型清洁燃料。
• 2 原料为油菜籽油、大豆油、葵花籽油、棕榈油
清洁发展机制基本内容
清洁发展机制（CDM）系京都议定书第12条确立的机 制，其核心内涵是：发达国家通过提供资金和技术的方式， 与发展中国家合作，在发展中国家实施具有温室气体减排效 果的项目，项目所产生的温室气体减排量用于发达国家履行 京都议定书的承诺。 简言之，就是“资金＋技术”换取更多的温室气体排放权
可用50 年
1000
500
2006年
1980 2000 2020 2040
能源供给
* 煤
炭：储量5500亿吨 可用200年
0
1960
2060
（亿吨标准煤）
25 20 15 10 5 0 能源消费 能源供给
我国能源消费与供给趋势
19 80 年 19 85 年 19 90 年 19 95 年 20 00 年 20 03 年 20 05 年
燃料 酒精
生物 柴油
生物 氢能
生物 燃气
* * * *
可再生能源. 清洁能源,环境污染相对较少. 易于储存和运输. 分布广泛.
我国能源储量及可利用能源资源
化石能源储量（亿吨标煤） 可再生能源（亿吨标煤／年）
煤炭：9883 石油：46
太阳能：13543 生物质能：8
天然气：9
铀矿：25
水能：4.1
风能：1.7
微藻生物柴油的优势
生产生物柴油的资源比较
资源 玉米 大豆 油菜 麻风树 椰子 油棕榈 油产量 (L/ha) 172 446 1190 1892 2689 5950 所需耕地面积 (M ha)a 1540 594 223 140 99 45 占美国现有耕 地面积的比例 （%） 846 326 122 77 54 24
减少温室气体排放的主要途径
• 提高生产效率尤其是提高能源效率；
• 削减化石燃料消费；
• 寻找替代化石燃料的能源
• 二氧化碳的收集和储存
生物质能的研究概况
• 早在20世纪70年代美国、日本、西欧等国家就开始了生
物质能的前期探索和研究工作，如美国的海洋生物质能源
计划（1974）、水生物种计划（1978）；日本的新能源 开发计划（阳光计划，1974）、节能技术开发计划（月
3. 微藻生物柴油生产过程与CO2减排的耦合
• CO2减排已成为亟待解决的全球性问题，随着2012年的接近，中国企业
CO2减排压力越来越大，CDM市场非常巨大。
• 微藻的光自养生长过程可固定大量CO2，这对于CO2减排问题的解决具 有重要的潜在应用价值。 • 微藻培养成本高（2万元/螺旋藻、5万元/小球藻），仅 • 已有微藻生物技术产业规模很小（全球微藻粉的产量约2万吨/年），即 使全部利用CO2作为碳源，其消耗量也很少（每年不超过4万吨CO2，但 排放62亿吨/47.6亿吨），且利用微藻吸收CO2技术目前尚不成熟。 • 生物柴油的市场需求量极大（中国1亿吨/年），因此微藻生物柴油产业
•
1990～2000年，日本国际贸易和工业部曾资助了一项名为“地球研究更新技
术计划”的项目。该项目利用微藻来固定CO2, 并着力开发密闭式光生物反应 器技术，通过微藻吸收火力发电厂烟气中的CO2来生产生物能源。10年间共投 资约25亿美元，筛选出多株耐受高CO2浓度、生长速度快、能形成高细胞密度 的藻种，建立了光生物反应器的技术平台。
和美国已广泛采用,我国也已在几个省份试用, 属于环境友 好的燃料组分。 • 一般以10%的比例掺入汽油, 因乙醇发热量较低, 大约 1
吨乙醇可节约 0.9 吨汽油。
• 通常以玉米、甜高粱等粮食作物为原料经发酵过程生产。 当汽油价位低时难与竞争，需政府补贴。 • 正在开发中的利用玉米秸秆的纤维素、半纤维素加酸或 酶水解转化成葡萄糖然后发酵的工艺可免与粮食争原料， 但成本偏高。
得到。FAME 原料仅限于油料作物，数量有限。
• 4 专家估计在欧盟替代 5% 汽油，需占用 5% 耕地，替代 5% 柴油，需占用 15% 耕地；而在美国上述占用比例分别
为 8% 和 13% 。
• 5 美国目标是将生物源的替代运输燃料所占比例从目前的 不足 5% 提高到2020年的 10% 和2030年的 20% 。
光合作用效率高、含油量高、微藻生物柴油的面积产率非常高
可固定大量的CO2，这不仅对于CO2减排问题的解决具有重要的潜在 价值，且可使微藻生长所需碳源成本（1万元/吨螺旋藻）降为0
可利用废水中的N、P等营养，不仅可降低水体富营养化，且可使微
藻生长所需N源成本（0.3~0.4万元/吨螺旋藻）、P源成本（0.3万元/吨 螺旋藻）降为0 不与农作物争地(可用滩涂、盐碱地、荒漠、海面等) 、争水(可用海 水、盐碱水和荒漠地区地下水等 )：如利用封闭式光生物反应器培养 微藻，生产相同量的生物质，其耗水量仅为农作物的１％。 微藻个体小、木质素含量很低，易粉碎、干燥，用微藻来生产液体燃 料所需的后处理条件相对较低
光计划，1978）、环境保护技术开发计划（1989）、能
源与环境领域综合技术开发推进计划（新阳光计划， 1993）；印度的乙醇利用计划（1975）、巴西的乙醇能 源计划—普洛阿尔库尔计划（1976）等。经过多年的研 究和开发，很多国家以粮油作物为资源的生物质能开发已 实现了规模化生产。