© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第卷《年总第第期期润滑油与燃料专论黑利用微藻制备生物燃料现状及应用前景张璐瑶,李雪静中国石油石油化工研究院,北京以

摘要微藻是生产生物燃料的优良原料,有望成为最重要的可再生能源之一。本文综述了国内外微藻制备生物燃料的研发历程以及最新进展,并探讨了该研究领域的应用前景。关键词微藻藻类生物燃料

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。

国内外利用微藻制备生物燃料研究历程和最新进展研究历程回顾国外微藻的研究起步较早,早在上世纪年代,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〔’〕。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,简称项目,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。中试装置运行了年,

可获得高达岁的工程微藻,微藻的含油量达到一。一年期间累计投人科研经费万美元〔’。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,年底美国能源部又将这个中断了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”。他用条长、间隔左右的平等轨道固定大塑料袋,一旦海藻长成,就被送到炼油厂制备油料。然后再转化成生物柴油。美国和日本的一些研究机构也开展了相关工作,如年美国科罗拉多州戈尔登太阳能研究所在个直径的池塘中培植微藻,年收获微藻,从中提炼出多升燃油。年日本

一家公司发现绿藻能吸收大量二氧化碳生成油

作者简介张璐瑶,女,年毕业于中国石油大学北京。现从事战略与信息研究工作。© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

专论器润滑油与燃料第卷总第期

脂,提出了利用绿藻将二氧化碳转化为石油的设想。年,以色列耶路撒冷希伯里大学教授成功地用高蛋白质含量的盐藻获得了低硫、低氮的优质石油。最新进展概述进人世纪后,国外在该领域的研究工作出现新进展,逐步从实验室走向中试和生产放大阶段。年,美国圣地亚国家实验室利用分子生物学反应工程技术进行了增加微藻细胞含油量和产量方面的研究,制取出性能类似大豆油的海藻油,油脂含量丰富,可生产生物燃料。该实验室称,此技术仅需美国土地面积的就可生产出满足全美国需要的运输燃料。该项目的目标是到年能获得经济可行的生物柴油〔’〕。在我国,虽然微藻养殖历史不长,技术上较先进国家存在一定差距,但近十多年来却发展很快。除了养殖发展十分迅速外,在利用微藻制备生物燃料的研究上也取得了很大进展。年,清华大学生物技术研究所缪晓玲教授等发表论文阐述其研究进展和成果,该研究团队通过异养转化细胞工程技术获得了高脂含量的异养小球藻细胞,

其脂含量高达细胞干重的质量分数,是自养藻细胞的倍,利用酸催化醋交换技术一步得到的生物柴油符合的相关标准叫。清华大学还开发了微藻异养发酵生产生物柴油技术。通过细胞控制技术获得异养小球藻。异养小球藻细胞中油脂类化合物大量增加,蛋白质含量下降。实验室研究结果表明与常规制备技术相比,成本下降一倍,油脂质量分数达以上。中国水产科学研究院、中科院海洋研究所等单位也于年申请并得到资助,经过年来的努力,建立了化学法和脂肪酶法生产生物柴油关键技术与工艺路线,生物柴油的纯度达到以

上,并对海藻油脂的制备进行了研究。此外,山东海洋工程研究院、抚顺石化研究院均已开展微藻利用的探索,在微藻筛选和培育方面进行了深人研究,目前都已取得一定的成果。阂恩泽院士近年来进人绿色化学领域,积极倡导开展微藻生物质燃料的研究,在其倡议之下,

年月日,中石化与中科院“微藻生物柴油成套技术”合作项目。阂恩泽指出,从微藻转化为生物柴油的过程中,微藻是基础,光反应器是转化关键,要自始至终加强战略研究。中国科学院与中国石化合作开发微藻生物柴油技术,近期要完成小试研究年前后实现户外中试装置研发远期将建设万吨级工业示范装置。年,美国技术公司开发的海藻技术于在的电厂完成了中试。选用高生长率的海藻,置于装有水的大型试管内,并曝置于直接的阳光照射下。这项技术预计年开始商业化生产。加拿大国际能源公司于年月初宣布启动“海藻变油”研发计划,将从完全基于海藻的光合成来生产可再生柴油和喷气燃料,海藻具有独特的吸收二氧化碳并使之转化为高密度天然油的能力,〕。美国全球绿色解决方案公司于年月中旬发布海藻作为生物燃料原料的工艺的初步试验数据。试验表明,采用该公司的生产系统,每年每英亩可生产海藻生物质。将海藻作为燃料的原料,可每年每英亩生产约万加仑海藻油。年月,美国产品公司又与全球绿色解决方案公司宣布,将其专有的工艺推向商业化已处于最后阶段,包括海藻生长、海藻收集和萃取海藻油用于生物柴油个步骤。工艺的核心是建在工业公© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

专论器司的连续闭环生物反应器。在生物反应器中,水中的海藻通过根英尺长紫外线稳定的直立塑料管循环,在塑料管中海藻暴露在太阳光下。上方敞口的生物反应器的重要特点是,有很大的表面暴露在太阳光下,没有水的蒸发损失。在

一天之后就可以收集海藻,这时海藻的含油量约在左右。用工艺,生物柴油的产

量要比用常规农作物生产的生物柴油多倍,而用水量只有【。美国生物技术公司于年月日生产出第一批海藻基可再生生物柴油,这种生物柴油的化学组成与标准的石油基柴油相同,并且,完全可以与现有的运输燃料基础设施相匹配’〕。年月圣丹斯电影节期间,展示了第一辆使用该公司所研制的海藻生物燃料比例为,并实际在道路上行驶测试的车辆。美国公司于年月宣布在美国娜投运了世界上最大的海藻库场,目标是在美国沿海地区建设海藻制乙醇工场。该公司估算可从一英亩土地生产力目仑乙醇。按照估计,如果美国所需乙醇全部从海藻制取,则仅需使用谷物制取乙醇需用土地的〔‘。美国可再生能源集团公司于年月日宣布,该公司已拥有规模化的商业化技术,可炼制和生产大量高质量的海藻生物柴油。公司计划采用专有预处理技术对粗海藻油进行净化和精制。然后采用与目前商业规模生物柴油生产过程相似的系统,使之转化为生物柴油。公司表示,该公司已拥有从各种海藻菌株产生油的炼制技术,生产的海藻生物柴油质量超过标准。该公司已能够中型规模预处理和生产高质量海藻生物柴油,并将使海藻基生物柴油技术推向商业化生产。在放大方案中,公司计划使海藻生物柴油商业化生产量与现在应用的其他植物油和动物脂肪为原料的装置相当。作为商业化工艺过程的一部分,采用公司的预处理技术对粗海藻油进行净化和精致。然后采用与现在商业规模生物柴油生产过程相似的系统,使之转化为生物柴油。尽管加工海藻油存在各种挑战,但公司生产的产品质量已超过和规格。美国亚利桑那州立大学于年月日宣布,与开发公司和亚利桑那科学基金会合作,取得了一项研究与商业化突破,从海藻开发、生产和销售煤油基航空燃料。据称,研究人员在海藻基生物燃料和生物材料方面的研究工作,已从实验室走向中试和生产阶段。他们的发现可取得降低成本的效益成果。除科研机构外,众多的生物燃料公司、投资公司也涌人该研究领域。美国公司于年月宣布投资亿美元开展养殖海藻生产生物燃料的研究,比尔盖茨私人名下的投资公司和为洛克菲勒家族服务的投资合作商’〕是该公司个引人注目的投资商。公司于年月日宣称通过一种用太阳光、二氧化碳和光合海藻的工艺研制出了辛烷值达的绿色汽油。石油公司也加人了这股热潮。公司与美国从事海藻生物燃料业务的生物石油公司于年月组建合资企业公司,在夏威夷用公顷面积的实验基地作为海藻养殖场,建设利用海藻生长和生产植物油用以转化为生物燃料的中试装置,进行为期年的生产生物柴油实验’”〕。公司也与美国可再生能源国家实验室、出守公司签署了协议,共同开展© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

润滑油与燃料第卷总第凶期显,已经逐渐掀起一股热潮。美国能源部对利用微藻制备生物燃料已进行了多年的研究,并取得了很大进展。其他国家、科研机构、各大公司包括著名的、等大型石油公司也在该领域纷纷投人资金。全球有很大的海域还没有开发利用,若充分利用这些海域大量培养藻类,

可以最大效用的利用资源和带来经济收益。但同时该研究也面临着问题,包括如何选择、种植微藻,以及如何更有效地提炼油脂、降低前期研发投资等,都有待科研人员进一步深人解决。

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利用微藻制备生物燃料的应用前景大力发展利用微藻制备生物燃料产业,不但可以解决传统原料来源单一、价格昂贵等一系列问题,它还有着其自身的发展优势,包括〔川和现已初步实现产业化的玉米等粮食作物制取生物柴油的方式相比,海洋微藻产量高,单位面积产量是粮食的几十倍,生长周期短、繁殖快,并且培养时间短,在很短的时间内可获得大量产品。微藻在水域淡水或海水均可中生长繁殖,不依靠土壤,不存在与农业用地相竞争的问题,不占用耕地,不影响农业生产。微藻的含油量相对较高,其生长繁殖和油脂的制备都可以实现工业自动化。微藻个体小、木素含量很低,易粉碎干燥,

用藻类来生产液体燃料所需处理和加工条件相对较低,生产成本与其他生物燃料原料相比相对较低。微藻生长可以消耗大量的二氧化碳,并且在微藻培育过程中加人二氧化碳,可令微藻的产量大幅度增加,从微藻到油的生产过程也可以实现零排放,具有良好的环保效益。例如,我国海南绿地微藻生物科技公司通过利用二氧化碳废气来养殖微藻生产生物柴油的试验近日在海南省乐东黎族自治县获得成功,微藻含油率达到,该公司计划投资万美元在海南建设干微藻项目,项目建成投产后可形成年产生物柴油万的生产能力。