利用藻类生产生物燃料的研究

四川大学生命科学学院生命科学大类2009级

2010年1月14日

秦超毅 0942041061

任课教师：张正义

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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。

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.

微藻的光合作用与能源转换

微藻是一类微小的藻类生物，它们在自然界中广泛分布于淡水和海水中。微藻具有很高的光合作用效率，能够将光能转化为化学能，并且在这一过程中释放氧气。由于微藻具有高效的光合作用能力，因此被广泛研究用于能源转换领域。本文将探讨微藻的光合作用机制以及其在能源转换中的应用。

## 微藻的光合作用机制

微藻是一类单细胞生物，其细胞内含有叶绿素等色素，这些色素能够吸收光能并将其转化为化学能。微藻的光合作用主要包括光合色素吸收光能、光合电子传递链、ATP合成和碳同化等过程。

### 光合色素吸收光能

微藻细胞内的叶绿素、类胡萝卜素等色素能够吸收不同波长的光能，其中叶绿素主要吸收蓝光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝绿光。吸收光能后，这些色素分子会激发，释放出电子，从而开始光合作用的下一步。

### 光合电子传递链

在光合作用中，释放出的电子会通过光合电子传递链传递，这一过程中伴随着质子的转移。电子的传递会释放能量，用于ATP的合成和NADPH的生成。

### ATP合成 ATP是细胞内的能量储存分子，光合作用中释放的能量被用于ATP的合成。ATP是细胞进行各种生物化学反应所需的能量来源，也是细胞能量代谢的重要组成部分。

### 碳同化

碳同化是光合作用的最终步骤，也是微藻将二氧化碳转化为有机物的过程。在碳同化过程中，微藻利用ATP和NADPH的能量，将二氧化碳还原成有机物，如葡萄糖等，从而完成光合作用的能量转化过程。

## 微藻在能源转换中的应用

由于微藻具有高效的光合作用能力，能够将光能转化为化学能，因此被广泛研究用于能源转换领域。微藻在能源转换中的应用主要包括生物燃料生产、生物氢气产生和生物柴油生产等方面。

### 生物燃料生产

微藻可以通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，其中一部分有机物可以被提取并用作生物燃料的原料。通过对微藻进行培养和提取，可以获得生物柴油、生物乙醇等生物燃料，这些生物燃料具有较高的能量密度和清洁环保的特点。

・２・　生物学教学２０１２年（第３７卷）第７期　

水生能源植物微藻的开发利用研究进展　

肖　军　（山东省泰山学院生物与酿酒工程学院２７１ｏ２１）　

摘要本文介绍了利用微藻生产生物柴油的优势及技术进展，分析了目前藻类生物燃料研究中存在的困难，并展望了微藻产油　制备生物柴油的研究方向。　关键词微藻生物柴油可再生能源　

随着全球经济的增长，化石能源短缺危机已初露　

端倪，对可再生能源的关注已经成为热点。植物能源　作为一种来源广泛的可再生能源，将是人类未来解决　

能源问题的理想选择。在众多植物能源中，微藻生物　

柴油以其无可比拟的独特优势，吸引了越来越多决策　者和研究者的关注。利用微藻不仅可以生产氢气和生　

物柴油等能源，而且还可以吸收大气中的二氧化碳，有　利于环境保护，具有广阔的发展前景。　１　利用微藻生产生物柴油的优势　

微藻不是一个分类学的名词，通常是指含有叶绿　

素Ａ并能进行光合作用的单细胞藻类或单细胞藻群　体。目前发现的藻类有３万余种，其中微小类群就占　

了７０％，约２万余种，广泛分布于各种水体。微藻能够　

把光合作用的产物转化成油滴在细胞内贮藏起来　如　葡萄藻、小球藻、盐藻、栅藻、雨生红球藻等。有些藻类　

在缺氮等条件下，可大量积累油脂，含油量高达８０％。　

通过萃取、热裂解等方法，从这些微藻中将油提取出　

来，再通过转酯化后可转变为脂肪酸甲酯，即生物柴　

油。以微藻为原料生产生物柴油的优势主要体现在以　

下几个方面：　

Ｉ．１不与传统农业争地、争水微藻适应能力强，不　管是海水或淡水、室内或室外，还是一些荒芜的滩涂盐　

碱地或废弃的沼泽、鱼塘、盐池等都可以用来进行大规　

模培养。另外，利用封闭式光生物反应器培养微藻可　生产相同量的生物质，而其耗水量仅为农作物的１％。　

１．２光合作用效率和产油率高藻类是光合自养生　

物，直接将太阳能转化为化学能，能量只需一次转化，　

光合作用效率高，其太阳能转化率达到３．５％，可提供　足以解决全球需求的非粮食可再生的生物质能。一般