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利用微藻生产生物柴油 讲解人：张亚文 微藻是最古老的单细胞植物类生物，能利用太阳光能和二氧化碳，进行光合作用并转化为生物质的从这种生物质中即能获得有用成分，也能得到生物柴油。微藻生物柴油技术包括富油微藻的筛选和培育、优良高油藻种的获得；然后是富油微藻的培养、生成微藻生物质；再经过采收、加工转化为微藻生物柴油。 目前，人类所用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石燃料。化石燃料是远古时期动植物遗体沉积在地层中、经过亿万年演变而来的，是不可再生能源，其储量有限。全球已探明石油储量约为1．5×1012t，按现消费水平到2040年将枯竭；天然气储量约为1．2×1012t，仅能维持到2060年；煤炭储量约为9 827．14亿t，也仅可用200年。据《俄罗斯官方网站消息)2012年1月22日报道：2012年，中国共进口石油1．99亿万t，其国内石油开采量为1．89亿万t，这样计算，中国51．3％的石油需求依赖于进口，超过了50％的国际警戒线。据专家研究分析，中国石油依赖进口的量还将继续增长，到2020年石油进口依存度将达到65％一75％!石油对外依存度(净进口量占消费量比重)不断加大，将对我国能源安全构成了威胁。能源短缺已成为制约我国经济发展的“瓶颈”，积极开展绿色能源计划已迫在眉睫，发展替代能源是保障我国能源安全的重大战略举措。近年来，生物柴油作为化石能源的替代燃料，已成为国际上发展最快、应用最广的环保可再生能源。 生物柴油(biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。对于生物柴油的原料．人们的目光一直集中在传统的陈化粮、木质素、动物油脂等领域，而对于开发前景同样广阔、属水生植物的藻类却认识不足。事实上，作为一种重要的可再生资源．藻类具有其他非藻类可再生资源无可比拟的优越性。 表1 藻类与非藻类原料的产油估计量对比 原料 产油量[kg／(hm2·年)] 玉米油和棉籽油 224 豆油 449 菜籽油和红花籽油 约673 花生油 857 富油藻类 56 00 六、藻类对生长环境要求简单、具有不与传统农业争地的优势。微藻几乎能适应各种生长环境，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、废弃的沼泽、鱼塘、盐池等都可以种植微藻。 七、藻类生物柴油不含石蜡．闪点高．燃烧性能和效率高于普通柴油，使用时更安全；同时可以通过种植、养殖或培养等方式源源不断地得到新柴油. 微藻生产生物柴油的优越性: 一、藻类种类多。生态环境各异，代谢产物多样，可以生产多种能源物质；藻体生物本身还可以得到再利用，生产出有高附加值的产品，如保健品、药品、化妆品等。 二、光合作用效率高。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(倍增时间约3—5 d)，其太阳能转化率达到3．5％。 三、有利于环境保护。藻类生长过程中吸收的二氧化碳与燃烧过程中排出的二氧化碳的数量相等，藻类生物燃料的生产和使用不增加温室气体二氧化碳的排放，可以保持碳平衡。藻类生产的生物柴油中硫和氮的含量较少，燃烧时不会排放出有毒害气体(SO2：和NO)，不污染环境。 四、加工工艺相对简单。微藻没有叶、茎、根的分化，不产生无用生物量，易被粉碎和干燥，预处理的成本比较低。而且微藻热解所得生物质燃油热值高，是木材或农作物秸秆的1．6倍。 五、微藻生物产量与产油率高。藻类繁殖快，培养周期短，一般陆地能源植物1年只能收获1—2季．而微藻几天就可收获1代，而且不因收获而破坏生态系统，可获得大量生物量。藻类与非藻类原料的产油估计量对比如下(表1)。 油微藻的筛选及工程微藻的构建 富油微藻的筛选 早在20世纪70年代，全球第1次暴发石油危机的时候，美国卡特政府就实施了一项名为“水生生物物种计划——藻类生物柴油”(简称ASP)的研究项目，该项目从海洋和湖泊中分离出3 000余株微藻，并从中筛选出300多株生长速度快、脂质含量较高的微藻，经过驯化，其中一些藻类的光合生产率已经达到50 g／(m2·d)，含油率甚至达到80％。一般来说，体内的油脂超过干重20％的微藻称为富油微藻，到目前为止。藻类专家已经测定了几百种富油微藻，它们隶属于金藻纲、红藻纲、绿藻纲、褐藻纲、蓝藻纲、黄藻纲、硅藻纲、隐藻纲和甲藻纲，品种不同的富油微藻油脂含量不同(表2)。甚至同一品种不同品系之间差异也很大。目前，作生物柴油原料的微藻有绿藻、硅藻和部分蓝藻如葡萄藻、杜氏盐藻、小球藻、菱形藻、栅藻．雨生红球藻等。 我国研究微藻的基础力量较强．拥有一大批淡水和海水微藻种质资源，在微藻大规模养殖方面走在世界前列。中国海洋大