利用微藻固定CO2和生产生物燃料技术的研究进展
２０１０年１２月
电
力
科技
与
环保
第２６卷第６期
利用微藻固定Ｃ０２和生产生物燃料技术的研究进展
Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｏｎ
Ｃ０２ ｆｉｘａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏｆｕｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ
任德刚 （中国电力工程顾问集团公司，北京
１００１２０）
摘要：介绍了国内外利用微藻固定ＣＯ，和生产生物燃料技术的最新研究和应用情况，指出了存在的问题和主要研 究方向．展望了该技术的发展前景。 关键词：微藻；ＣＯ，固定；生物燃料
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｏｎ
ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｆｉｘａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏｆｕｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ
ａｒｅ
ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ
ｍａｊｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｆｕｔｕｒｅ ｉｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．
Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ：Ｃ０，ｆｉｘａｔｉｏｎ：ｂｉｏｆｕｅｌ
中图分类号：ＸＴＯＩ．７
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７４?８０６９１２０１０）０６?０６１?０２
植物在进行光合作用时，可吸收ＣＯ：并释放氧 气。利用这一原理减排ＣＯ：称为生物吸附。微藻 细胞内碳含量超过５０％，每生产１００ｔ的微藻，就可 以吸收１８３ｔ的ＣＯ，…。有些微藻的光合作用产物 为油脂，可转化为生物柴油；有些微藻能够合成长链 烯烃，也具有发展生物燃料的潜力；有些微藻在光合
油，同时保持产油细胞自身的生长能力，脱去了生物 油的微藻重新放入培养液中仍可继续生长，重新积 累烃类物质，从而最大限度地减少了生物质的生产 时间，提高了烃类的产量”１。 美国Ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄ能源公司和ＸＬ可再生能源公 司共同开发了一个低成本体系，大大降低了生物燃 料生产过程中的资本投入及操作维护成本旧ｏ。美 国国防部于２００８年底宣布开展微藻生物柴油研究 工作，主要目的在于：在２０１０年前证实并使基于海 藻的生物质燃料能够实现商业化”１。 美国加州大学等研究人员发现一种叫莱因哈德 衣藻（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓｒｅｉｎｈａｄｔｉｉ）的绿藻具有持续产 氢能力。这种天然藻产氢量很低，每升衣藻水体可 以释放２．０?２．５ｍＬ／ｈ的氢气，能维持２４?７０ｈ，随 后氢气产生量持续减少。可以通过控制其生长所必 需的或障碍生长的关键因素或采用分子遗传技术改 造藻的特性提高其产氢能力旧１。
１．２
作用时还能生产出更加清洁和高效的能源??氢。
微藻遍布全球水体，生长环境简单，不占用可耕地， 产量高，产油率高（２０％一７０％），不含硫¨。，是优质 的绿色能源。目前，利用微藻固定ＣＯ：和生产生物 燃料结合技术，已成为研究热点。
１
１．１
国外研究进展
美国
１９７８年。美国启动微藻能源计划，研究以化石 燃料产生的废气生产高含脂微藻。这一计划因经费 精减、藻类制油成本过高而于１９９６年中止。２００６ 年１１月，美国绿色燃料科技公司和亚利桑那公众服 务公司建立了可与１０４０ＭＷ电厂烟气相连接的商 业化系统，成功地利用烟气中的ＣＯ：大规模光自养 培养微藻，并转化为生物柴油和生物乙醇¨。４１。 ２００７年，由美国能源部牵头，宣布了由国家能源局 支持的“微型曼哈顿计划”，计划在２０１０年实现微 藻制备生物柴油的工业化。在各项技术全面进展的 前提下．将微藻产油的成本降低。２００７年１１月，美 国国际能源公司开发以微藻为原料生产可再生柴油 和喷气燃料，其专有技术使微藻可分离和提取生物
日本
１９９０年一２０００年。日本国际贸易和１二业部资助 了名为“地球研究更新技术计划”的项目。该项目 利用微藻来固定ＣＯ，，并开发密闭式光生物反应器， 通过微藻吸收火力发电厂烟气中的ＣＯ：生产生物 能源。日本一家研究小组从表层海水中获得一种叫 Ｔｉｔ?ｌ的海藻新品种，白天它与普通植物一样在光 照条件下将ＣＯ：转化为淀粉贮藏起来，在弱光或厌 氧条件下将淀粉转化为乙醇¨０１。日本把产氢藻和 光合细菌的高效产氢列为研究重点。
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万方数据
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第２６卷
第６期
１．３其他国家
良或遗传育种技术，选育能快速生长的富油和富烃 微藻，特别是适应发电厂烟气ＣＯ，浓度高、温度高 且含有ＳＯ：、ＮＯ，等藻毒素特性的微藻；利用电厂 废热，降低藻类植物的干燥成本；开发应用于ＣＯ： 高效捕获与微藻生物质快速增殖的低成本光合生物 反应器；液化、分离、产氢、热解等与从藻类植物中提 取油脂相关的技术研究；藻类养殖排放水再应用及 处理；油脂萃取后的副产品再利用。 利用微藻固定ＣＯ：并生产生物燃料，具有重要 社会、环境效益。随着研究的深入，微藻生物燃料的 成本有望接近或低于石油产品的成本，由此得到大 规模应用。
参考文献： ［１］陈国帝，卢文章，白明德，等．大规模藻类培养吸附ＣＯ：探讨［Ｊ］． 永续产业发展（温室气体管理策略专辑），２００８，（４１）：３６?４３． ［２］李乃胜．关于发展海藻生物能源的认识与建议［Ｎ］．科学时报，
２００９?０２一１０．
新西兰Ａｑｕａｆｌｏｗ生物经济公司针对微藻生产 的生物柴油，进行了世界首次概念验证ｏ¨。２００７年 ３月，以色列一家公司对外展示了利用海藻吸收电 厂烟气中ＣＯ：，将太阳能转化为生物质能新技术，在 离电厂烟囱几百米处的跑道池中规模培养海藻，并 将其转化为燃料ｐ。。 荷兰ＡｌｇａｅＬｉｎｋ公司是一家拥有丁业化藻类培 养设备和藻油加丁技术的公司，该公司向全球销售 其反应器，并提供相关技术支持。２００８年４月该公 司与荷兰航空公司签订了利用藻油开发航空燃油的 协议¨。。２００８年５月，西班牙阿利坎特市生物燃料 系统公司研制出“生态石油”，称其生态，因为该石 油是一种含有纤维和细胞膜中硅的有机物质。该公 司下一步的目标是在一年内建立第一个以生态石油 为燃料的电厂，装机容量为３０ＭＷ一。。
２
国内研究进展
我国在能源微藻基础研究方面拥有很强的研发
［３］郑盲．海洋微藻：化解能源危机的一把“钥匙”［ＥＢ／ＯＬ］．中同新
能源网，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｗｅｎｅｒｙ．ｏｒｇ．ｃｎ／ｈｔｍＩ／００９６／６８０９２７８１６．ｈｔ?
ｍ１．２００９一０６一０８．
力量，众多高校和科研院所承担了多项国家及省部 级微藻分类、育种和保存技术研究，拥有一大批淡水 和海水微藻种植资源。目前，我国在微藻大规模养 殖方面已走在了世界前列。 新奥集团已经完成微藻生产能源实验室和中试 规模的Ｔ艺技术路线，完成了研发中心试验平台建 设与中试示范化丁程。在此基础之上，新奥集团将 于２０１２至２０１３年实现微藻生物能源的产业化和盈 利，形成可复制的产业化单元技术，实现生物能源产 品和高附加值产品的生产＂一。 由上海市科委立项、上海交通大学生命科学技 术学院承担的微藻制油项目已取得小试阶段性成 果。科研人员正加紧研发既能产出柴油，又能减排 ＣＯ，的微藻制油新技术，并准备将成果率先应用于 治理燃煤电厂废气。中科院与中石化公司联合承担 的微藻生物柴油成套技术项目已启动，近期要完成 小试研究，２０１５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¨…。
３
［４］张军．微藻能源探索前行［Ｊ］．中国科学院国家科学图书馆科学 研究检测动态快报（先进能源科技专辑），２００８，７２（９）：６?８． ［５］王春明．美国周际能源公司宣布任命“藻类生物燃料”咨询委员 会专家［Ｊ］．中国科学院国家科学图书馆科学研究检测动态快报 （先进工业乍物科技专辑）．２００８．４４（１１）：３?４． ［６］新华网数据库．微藻生物能源简介［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｎｅｗｓ．ｘｉｎ．
ｈｕａｎｅｔ．ｃｏｍ／ｚｇｊｘ／２００９?０７／１６／ｃｏｎｔｅｎｔ一１１７２０３３７?１．ｈｉｍ．２００９一
０７一１６．
［７］Ｍｅｌｉｓ
Ａ，Ｚｈａｎｇ Ｌ
Ｐ，Ｆｏｒｅｓｔｒｉ Ｍ，ｅｔ
ａ１．Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｈｙ．
ｄｍｇｅｎ
ｇａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｕｐｏｎ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｌｇａｅ ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ
ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ
ｒｅｉｎｈａｒｄｉｉ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ
Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，
２０００．（１２２）：１２７?１３６．
［８］Ｍｅｌｉｓ
Ａ，Ｈａｐｐｅ Ｔ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：Ｇｒｅｅｎ
ａｌｇａｅ∞ａ
ｓｏｕｒｃｅ
ｏｆ
ｅｎｅｒｇｙ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，２００１，（１２７）：７４０?７４８． ［９］胡建廷，王延斌，孙明河．海藻制油：能源新曙光［Ｎ］．科技日报．
２００８一０７?２１．
［１０］顾永强．微藻制生物柴油前景可期［Ｎ］．中国经济导报，２００９一
０５一１６．
［１１］程丽华。张林，陈欢林。等．微藻网定Ｃ０２研究进展［Ｊ］．生物工 程学报，２００５，２１（２）：１７７?１８１． ［１２］杨忠华，陈明明，曾蝾，等．利用微藻技术减排二氧化碳的研究 进展［Ｊ］．现代化工。２００８，２８（８）：１５一１９．
结语
收稿日期：２０１０．０７?３０：修回日期：２０１０·Ｉ
１．０２
当前，利用微藻吸收ＣＯ：、制造生物燃料的研究 尚处于科研阶段，成本和规模是开发微藻的两大瓶 颈问题‘…。主要的研究方向为…州３：应用基因改
６２
作者简介：任德刚（１９６９．），男，山东烟台人，硕士．高级工程师， 从事火力发电厂设计和管理Ｔ作。Ｅ?ｍａｉｌ：ｄｇｒｅｎ＠ｃｐｅｃｃ．ｎｅｔ
万方数据