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


科技

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
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。。

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¨…。

[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
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dmgen
gas production upon reversible inactivation of oxygen evolution algae chlamydomonas
in the green
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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
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