2010年第6期精细化工原料及中间体专家论坛
粮食是人类赖以生存的重要物质基础。但由于人口数量不断增长、可耕地面积逐年减少以及发展不平衡等因素，世界粮食生产的安全形势十分严峻。据联合国粮农组织最新数据显示，目前全球饥饿人口已达9.2亿。为了应对粮食紧缺，世界各国已经放弃以玉米和大豆为原料的生物质能。另外，化石能源蕴藏量逐渐下降、国际油价将持续高位运行，温室气体排放日益严重，因此发展替代能源将是缓解能源紧张的有效方法。其中微藻被认为是一种最具前景的生物燃料原料。
1利用微藻生产生物能源的特点微藻是水生植物的一种，其特有的化学组成和结构注定它是获得生物柴油和生物质油的优良原料来源。微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等。根据微藻细胞这种特有的化学成分，一方面，利用高温高压液化技术或超临界CO2萃取技术，可以获得细胞中的油脂。再通过酯交换技术将其转变为脂肪酸甲酯即生物柴油；另一方面，可以利剧微藻直接热解制备生物燃料，即在绝氧的条件下将微藻加热到500℃左右，使其分解转化为其它液体、固体及气体。用以生产高芳烃、高热值、高稳定性、高辛烷值的生物质油以及到焦炭、合成气、氢气等多种燃料物质。在沸石催化剂的作用下，微藻通过热化学转化可生产出汽油型燃料；生长在海水中的绿藻，能积累大量游离的甘油以平衡环境中的盐浓度，其甘油的含量可占自身干重的50%-60%。生物质油及副产燃料有着能源密度高、易储运、含硫低等优点，与生物柴油一样，可以直接作为民用燃料和内燃机燃料。利用光合作用生长繁殖，捕获废气中的CO2，可起到保护环境的作用。有些微藻能把光合作用产物转化成油贮藏起来，在细胞内形成油滴。从这些微藻提取的油通过转酯化后可转变为脂肪酸甲酯（生物柴油）。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。与柴油相比，生物柴油除了具有较好的燃料性能、润滑性能和安全性能，还具有二氧化硫和硫化物排放低、不含芳香族烷烃等环保特性。与一些产油植物相比，微藻作为生产生物柴油原料，具有以下特点：（1）种类繁多，广泛分布于淡水和海水中，全球已经鉴定的微藻大约有40，000种，而且其数量还在不断增加；（2）相对于传统的油料作物，微藻具有生物量大、生长周期短。微藻的生长速率远远高于陆生作物，一般微藻在24h内其生物量就可以加倍，在指数生长期的生物量倍增时间一般为3.5h；（3）微藻油的成分与植物油相似，是植物油的替代品，可直接运用现有技术生产生物柴油；（4）一般微藻的含油量可达20％-50％，部分微藻的含油量可以超过其干质量的80％。如油质绿藻在正常和外界条件胁迫下的平均总油脂含量为25.5％和45.7%；油质硅藻平均总油脂含量分别为22.7％和44.6%。（5）微藻能用海水培养，能耐受沙漠、干旱地、半干旱地等极端环境，不占用耕地，因此不会对粮食作物的生产产生威胁；（6）微藻能吸收并利用工农业生产中排放出的大量CO2和氮化物或从废水中取得氮、磷等，有利于改善环境；（7）微藻尽管是在液体培养基中培养，但与传统的油料相比较，只需要较少的灌溉用水；（8）微藻的生物化学成分可以通过环境条件的改变加以调节，从而提高含油量；（9）能生产出有高附加值的副产品，如生物高聚物、蛋白质、色素、动物饲料、酒精以及氢气等。目前，采用微藻生产生物柴油需要实现工业化，主要需解决的以下几个问题：（1）降低生产成本。高昂的生产成本是利用微藻生产生物柴油所面临的第一个瓶颈。假设采用含油量为30％（细胞干重）的微藻来生产生物柴油，那么从培养、收集、提炼到成品，成本约为19.1元/L。而我国2008年0号柴油的价格只有6.1元/L，此价格还包含了税收、利润、运输等费用。（2）高等植物种子中的油脂大都属于中性脂，易于通过压榨的方式提取，因此提取后的油脂基本上不存在极性脂及色素。而微藻细胞小，难以采取常规的压榨方式以获取油脂，用有机溶剂来提取，油脂中不可避免地存在着色素及磷脂等极性脂，为后续提炼等过程带来了相当大的隐患。（3）生产过程利用微藻开发生物能源前景广阔
２０１０年第４期（总第６１期） 矽 红｝ｉＩ占 ｊＩｉ
ＳＨＡＮＸＩ ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ ２０１０年８月
浅谈海藻生物柴油的研发状况
王克范
（太原化学工业集团有限公司，山西 太原０３００２１）
摘 要： 叙述了美国、澳大利亚及中国从海藻中提取生物柴油的研发状况，指出，发展从海藻中提取生物柴油的未来发
展可促进ｃＯ２的消化，实现碳封存、获得更多的副产品及培养更优质的藻类品种。
关键词： 海藻；生物柴油；研究；发展状况
中图分类号：ＴＥ０９ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７４—３９９７ （２０１０）０４—００６９—０３
Ｏｎ ｔｈｅ Ａｌｇａｅ Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ＶＶＡＮＧ Ｋｅ—ｆａｎ
（Ｔａｉｙｕａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２ １，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ ｆｒｏｍ ａｌｇａｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ，Ａｕｓ—
ｔｒａｌｉａ ａｎｄ Ｃｈｉｎａ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ ｆｒｏｍ ａｌｇａｅ，ｗｅ ｃａｎ ｐｒｏｍｏｔｅ ｄｉｇｅｓｔｉｎｇ
Ｃｏ２，ａｃｈｉｅｖｅ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ，ｏｂｔａｉｎ ｍｏｒｅ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ，ａｎｄ ｃｕｌｔｉｖａｔｅ ｂｅｔｔｅｒ ａｌｇａｅ ｓｐｅｃｉｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｇａｅ；ｂｉｏ—ｄｉｅｓｅｌ；ｒｅｓｅａｒｃｈ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
０ 引言
海洋里有５×１０ 多种藻类，作为海洋植物的主体，
藻类与生物燃料
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，具有广阔的发展前景。
1 前言：随着全球经济的快速增长，石油和煤炭等化石能源的消耗大幅度上升，化石能源短缺危机已迫在眉睫，对生物质能等可再生能源的关注渐成热点。在众多的非粮生物质中，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。利用微藻制备生物燃料已成为热点。
2 藻类制备生物燃料简介
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。
3 藻类生产生物燃料研究历程和进展
3.1 国外研究历程和最新进展
对微藻的研究起步较早，但真正成为热点是在2005 年以后。通过文献检索可以发现，有
关藻类生产生物燃料的论文，在上世纪90 年代数量极少，到2000 年后数量开始大幅度增长， 尤其是2007 后数量激增，研究增长趋势十分明显。早在20 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始养殖微藻生产生物
燃料项目(Aquatic Spices Program，简称（ASP 项目) 的研究， 研究内容从微藻筛选、微
藻生化机理分析、工程微藻制备到中试。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
第４卷第９期 ２０１３年９月 黑龙江科学 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖ０１．４ Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２０１３ 微藻研究进展及产油的影响因素 张 宇，王志成，张胡，周红霞 （黑龙江省能源环境研究院，哈尔滨１５００２７） 摘要：全球食品资源短缺，能源日益枯竭。开发和利用微藻是解决人类食品和能源问题的重要途径。在这个关键时 刻，我们研究地球上最早的物种——微藻，并且从其中提取食品、燃料、生化试剂产品和其他重要材料，为人类未来发展开 辟了一条绿色途径。 关键词：食品；能源；微藻 中图分类号：ＴＱ６４５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－８６４６（２０１３）０９－００４９－０４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ０ｆ ０ｉｌ－ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｎ ● ’ ０ｔ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ，ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｅ，ＺＨＯＵ Ｈｏｎｇ．ｘｉ （ 疵 ｅ ｏｆＥｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ １５００２７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｏｂａｌ ｆｏｏｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｗａｙ．Ａｔ ｔｈｉｓ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｍｏｍｅｎｔ，ｗｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｅａｒｌｉｅｓｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅｔ ｍｉｅｒｏａｌｇａｅ，ｆｒｏｍ ｗｈｉｃｈ ｆｏｏｄ，ｆｕｅｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｇｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｉｎ ａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｗａｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆｏｏｄ；ｅｎｅｒｇｙ；ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ 目前，世界人口剧增且发展速度呈现出惊人的趋势，这 对陆地资源提出了巨大的挑战。全球食品资源短缺，能源 日益枯竭，开发和利用微藻是长远的解决人类食品和能源 问题的重要途径。藻类不仅含有蛋白质、脂肪和碳水化合 物这些人类生存所需的主要营养，而且还含有可燃性油脂、 多种维生素、氨基酸、抗生素等多种物质，特别是海洋内生 长的单细胞藻称为微藻，被证实是地球上最先诞生的物种， 其中有很多的相关物种已经在地球上生存了３０多亿年。 它们通过长年的演化，可以利用太阳能，将水、二氧化碳和 盐类转化成有机物，属于地球上有机物的最初生产者。同 时它们制造了空气中绝大部分的氧气，并为其他海洋和陆 地生物提供了必不可少的支持。 １微藻的特点 微藻是一类单细胞生物，与陆地微生物相比，微藻具有 以下特点： Ａ．微藻拥有叶绿素，可以非常有效地把空气中的二氧 化碳、水和无机盐合成有机物质，降低温室效应。 Ｂ．微藻繁殖能力强，没有过于复杂的生殖系统。简单 的细胞分裂可以使它大规模的繁殖扩大，并且非常便于采 收，限制极低。 Ｃ．适应各种水体情况，海水、淡水、半咸水等水体中均 可以繁殖。 Ｄ．藻类不仅含有蛋白质、脂肪和碳水化合物这些人类 生存所需摄入的主要营养，而且还含有可燃性油脂、多种维 生素、氨基酸、抗生素等多种物质。 Ｅ．微藻有很多的种类，有一些拥有制造特殊有机物的 功能，这些微藻经过加工利用，可以给人类提供具有医用和 商业价值的有机产物。 收稿日期：２０１３－０７－０８ 作者简介：张字（１９８３一），男，黑龙江肇州人，学士，助理研究员，主要从事环境与节能技术研究。 通讯作者：王志成（１９７３一），男，研究员级高级工程师，主要从事生物质能源和替代能源研究。
