利用微藻生产生物柴油的研究进展
收稿日期:2009-11-02;修回日期:2010-05-07
基金项目:国家杰出青年科学基金项目(20625308);西北师范大学青年教师基金项目(NWNU -LK QN -09-20)作者简介:孔维宝(1981),男,讲师,在读博士,主要从事微藻生物柴油和酶催化方面的研究工作。
通讯作者:夏春谷,研究员,博士生导师(E 2mail )cgxia@lzb .
ac .cn 。
生物柴油
利用微藻生产生物柴油的研究进展
孔维宝
1,2,3
,华绍烽1,宋 昊1,夏春谷
1
(11中国科学院兰州化学物理研究所,羰基合成与选择氧化国家重点实验室,兰州730000;21中国科学院研究生院,北京100049;31西北师范大学生命科学学院,兰州730070)
摘要:在世界能源危机的影响下,生物质能源由于可再生、低污染等优势,被认为是在未来一个较短时期内最有潜力缓解能源危机的石油替代品。而微藻由于具有生物量大、光合效率高、生长周期短、油脂含量高和环境友好等优点,有望破解后石油时代的能源危机。重点阐述了产油微藻的种类,提高微藻油脂含量的策略,微藻细胞的采收技术,微藻油脂的提取和转酯化反应等内容;分析了微藻生物柴油产业发展中亟待解决的一些问题。关键词:微藻;能源;生物燃料;生物柴油;油脂
中图分类号:T Q645;TK6 文献标志码:A 文章编号:1003-7969(2010)08-0051-06
Progress on b iod i esel producti on using m icroa lgae
K ONG W eibao 1,2,3,HUA Shaofeng 1,S ONG Hao 1,X IA Chungu
1
(11State Key Laborat ory of Oxo Synthesis and Selective Oxidati on,Lanzhou I nstitute of Che m ical Physics,
Chinese Acade my of Sciences,Lanzhou 730000,China;21Graduate University of Chinese
Acade my of Sciences,Beijing 100049,China;31College of L ife Sciences,
North west Nor mal University,Lanzhou 730070,China )
Abstract:B i omass energy was considered as the most potential petr oleum substitute in a shorter peri od of ti m e,f or its rene wable ability and l ower polluti on .M icr oalgae could s olve the energy crisis in the post -petr oleu m era because of its large bi omass,high phot osynthetic efficiency,short gr owth cycle,high li p id content,and envir on mental friendliness .The current situati on of bi odiesel p r oducti on fr om m icr oalgae was revie wed .The s pecies of li p id -p r oducing m icr oalgae,strategies t o i m p r ove the li p id content of m i 2cr oalgae,techniques f or cell harvesting,li p id extracti on and transesterificati on of m icr oalgae were dis 2cussed .The p r oble m s in m icr oalgae bi odiesel industry were analyzed .Key words:m icr oalgae;energy;bi ofuel;bi odiesel;li p id
在能源危机对各行业影响日益加剧的今天,社会各界对可再生能源的关注度不断提高。对于生物质能源的原料,人们的目光在一段时期内集中在传
统的油料经济作物(大豆、油菜)、粮食(玉米)、农林废弃物(木质素、纤维素和半纤维素)、动植物油脂等领域。其中,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。但是,生物燃料“与粮争地、与人争粮”的情况及较高的原料成本限制了它的进一步推广。藻类作为一种重要的可再生资源,具有分布广、生物量大、光合效率高、环境适应能力强、生长周期短、油脂含量高和环境友好等突出特点
[1]
。藻类尤其是微型
藻类将会成为提供新能源和新资源的“明星”,微藻的能源化利用有望成为“后石油时代”破解能源危机的一把金钥匙。在最近两年,不管是国内外有关利用微藻生产生物燃料的基础研究,还是应用开发报道都呈现大幅增长的态势
[2]
。
本文结合国内外在微藻生物燃料研发方面的新近报道,综述微藻开发生物燃料的显著优势,能源微
藻的种类和特性,微藻生物燃料开发的主要领域,国内外研发现状及需要解决的问题等内容,希望对我国利用微藻开发新能源的研究工作有所裨益。
1 利用微藻开发生物质能源的优势
就全球来说,藻类是一种数量巨大的可再生资源。地球上的生物每年通过光合作用可固定8×1010t碳,生产14.6×1010t生物质,其中一半以上可归功于藻类的光合作用。
利用微藻开发生物质能源的优势可总结如下[3]:①环境适应能力强,生长要求简单,营养需求低,可直接转化利用CO
2
、无机盐和有机废水等。②微藻光合效率高,倍增时间短,单位面积的产率高出高等植物数十倍。③培养微藻不占用耕地,可利用海滩、盐碱地和荒漠等土地进行大规模培养,可利用海水、盐碱水、荒漠地区地下水和有机废水进行培养。④微藻含有很高的油脂,特别是一些微藻在异养或营养限制条件下脂肪含量可高达20%～70%,按藻细胞含30%油脂(干重)计算,1hm2土地的年油脂产量是玉米的341倍,大豆的132倍,油菜籽的49倍。⑤微藻没有根、茎、叶的分化,不产生无用生物量,加工工艺相对简单,易于粉碎和干燥,预处理成本相对较低。⑥微藻热解比农林废弃物简单,而且所得生物质燃油热值高,是木材或农作物秸秆的1.6倍。⑦微藻燃料清洁,环境友好,燃烧时不排放
有毒有害气体。⑧微藻能高效固定CO
2
,有助于减缓温室气体排放。
总体分析认为,发展微藻能源符合我国提出的“不与人争粮,不与粮争地和淡水,不与农业发展争夺农业自然资源,不能对生态环境造成压力与影响”的生物质能源开发政策。
2 利用微藻生产生物柴油的研究现状
目前,利用微藻开发可再生能源的领域主要包括:利用微藻制备生物柴油,微藻产烃,微藻光解水制氢,热化学法制备微藻燃油和厌氧发酵微藻制取甲烷等。利用微藻所产生的油脂通过酯化反应后可转变为生物柴油(脂肪酸甲/乙酯等),提取油脂后的藻渣可以综合利用,生产动物饲料、有机肥料和甲烷[4]。
2.1 产油微藻的种类
金藻纲、黄藻纲、硅藻纲、绿藻纲、隐藻纲和甲藻纲中的藻类都能产生多不饱和脂肪酸,从微藻中提取得到的油脂成分与植物油组成相似。目前国内外对微藻脂肪酸进行了大量研究,但报道较多的是小球藻(Chlorella s p.)、球等鞭金藻(Isoch rysis ga lba2 na)、硅藻(D iato m)、小环藻(Cyclotella s p.)和三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)等(见表1)。大多数微藻的油脂含量在20%以上,通过异养培养技术可获得油脂含量高达细胞干重55%的藻细胞[5]。通过基因工程改良和培养条件控制,利用微藻生产油脂极具产业化开发潜力。
表1 一些微藻的油脂含量[1]
微 藻 油脂含量(干重)/%布朗葡萄藻B otryococcus braunii25～75
小球藻一种Chlorella s p.28～32
隐甲藻C rypthecodinium cohnii20
细柱藻一种Cylindrotheca s p.16～37
杜氏藻D unaliella pri m olecta23
等鞭金藻一种Isochrysis s p.25～33
M onallanthus salina>20
微小绿藻N annochloris s p.20～35
微绿球藻N annochloropsis s p.31～68
N eochloris oleoabundans35～54
菱形藻N itzschia s p.45～47
三角褐指藻Phaeodactylum tricornutum20～30
裂壶藻Schizochytrium s p.50～77
亚心形扁藻Tetrasel m is suecica15～23
212 提高微藻细胞油脂含量的策略
提高微藻细胞油脂含量的主要策略有高油藻种的选育或基因工程构建,油脂合成的代谢调控等。不同种类微藻的油脂含量差别很大,甚至同一种类的不同品系之间也存在较大差别。对分离出来的球等鞭金藻59个品系的EP A和DHA含量的测定结果表明[6],不同品系藻类的EP A和DHA含量差别很大,EP A占总脂肪酸含量的13.19%～31193%,占干重的1.81%～6.61%,DHA占总脂肪酸的4.25%～13.36%,占干重的0.58%～2.77%。对20种海洋微藻脂肪酸组成的研究表明[7],海洋微藻的总脂含量均超过其干重的10%,每一纲藻种都有其特征脂肪酸或几种脂肪酸的组合作为其化学分类的标记。对11属的30株海洋绿藻总脂含量和脂肪酸组成的分析表明[8],21株海洋绿藻的总脂含量在11.61%～34.49%,其他9株在4.25%～9.48%之间,绿藻的C16和C18脂肪酸最为丰富,有着含量较高的16∶0、16∶1、18∶2(n-6)和18∶3(n-3)脂肪酸。
营养元素和环境因子对微藻中脂类的组成有着重要影响。氮源对各种微藻的脂类组成有着关键性的影响。最近的研究表明[9],氮源限制培养可提高总脂含量,而且从正常培养到氮源限制培养,可逐渐使油脂组成从富含游离脂肪酸到富含甘油三酯(TG)的改变。H sieh等[10]人的研究表明,微藻的生
长速率和油脂积累量与尿素质量浓度密切相关。尿
素质量浓度为0.1g/L时,Ch lorella s p.合成油脂的产率最大,为01124g/(d?L)。研究显示,控制好尿素的浓度和补料时间可以有效提高微藻的油脂产率。采用半连续培养方式取代限制尿素添加量的方法可成功用于产油藻生物质的生产。
不同微藻的油脂含量及其脂肪酸组成受温度影响的差别较大。
而异,但总的趋势是随温度的降低,
度增加,生长速度变缓,生物量降低。
和脂肪酸和一烯酸的总含量增加,高度不饱和脂肪酸含量则下降;光照强度增加,脂肪酸组成中
含量下降,但对DHA的含量影响不大[11]。
不同的微藻对盐度有不同的反应,这可能是其适应方式不同。Porphyridium cruentum在0.25mol/L 比在2mol/L NaCl培养时生长更快,20∶5(n=3)脂肪酸含量也更高。与此相反,生长在高盐度中的细胞含有更高比例的18∶2(n-6)和20∶4(n-6)脂肪酸,两者与16∶0脂肪酸一起是构成贮存甘油三酯的主要脂肪酸[12]。
CO2浓度在油脂积累和藻体的生长中起着重要作用。在0～20mL/m in CO
2
流量下,氮源限制培养下的藻体在对数生长末期其油脂产量高于正常营养
培养,而在更高的CO
2
浓度下,正常营养培养下的
油脂产量较高。因此,高浓度CO
2
培养既可缩短培养时间,又可提高油脂含量和油脂产率[9]。
硅不足能够诱导硅藻油脂积累。早期的研究表明,当处于硅缺乏条件下时,细胞内的脂含量迅速增加。对小环藻同位素示踪实验表明,在硅胁迫4h 内,新同化的碳流向脂的比例增加2倍,而流向贮藏性碳水化合物的碳比例下降了50%。另外,脉冲追踪研究显示,硅不足条件下,还伴随着已有非脂类化合物转向脂类的现象。其他实验表明,乙酰辅酶A 羧化酶(ACC)的活性在硅胁迫4h内提高2倍,而加蛋白质合成抑制剂可以阻断这个过程。这些结果表明,缺硅可以诱导细胞水平的ACC活性的增加,从而提高脂合成能力[13]。
Fe3+对小球藻、球等鞭金藻和莱茵衣藻的油脂积累和生长具有显著的影响[14]。海洋小球藻在指数生长后期向培养基中补加Fe3+,可延长小球藻指数生长期,提高采收时的细胞密度。处于指数生长后期的小球藻经离心收集,重新接种于新的高Fe3+培养基中后,总脂含量能提高到干重的56.6%。
培养方式对微藻的脂肪含量和组成也有一定的影响。通过异养或混合营养培养可以消除光抑制,提高藻细胞的生物量,而且充足的有机碳源有利于油脂积累。M iao等[15]人的研究表明,通过异养培养可使蛋白核小球藻的脂肪含量高达细胞干重的55.20%,为自养细胞脂肪含量(14.57%)的4倍。
延长微藻稳定期的培养时间可提高脂肪酸的合
在稳定期后期
。
,ACC和磷
ACC的
]。美国国家再生能源实验室从硅藻基因组中克隆出ACC基因,经修饰改造后转化Cyclotella cryptica和N avicu la sa2 prophila以期通过ACC基因表达量的增加,促进脂类的积累[19,20]。但是可能由于反馈抑制,脂肪含量并没有明显增加。
对脂类代谢而言,抑制PEPC活性有助于代谢流转向脂肪酸的合成。因此,可以借助PEPC的反向表达合成更多的油脂[21]。研究表明:pepc A基因片段的转入对宿主菌的生长影响不大;与野生型细胞相比较,转反义pepc A片段E.coli中PEPC酶活性降低到野生菌的3012%,蛋白合成减少2316%,脂类合成增加了46.9%;而转正义pepc A片段E.coli中PEPC酶活性是野生菌的2.38倍,蛋白合成增加了14.5%,脂类合成减少了49.6%;转基因菌中十八碳酸的含量明显增加。这一结果为利用原核生物做生物柴油原料提供了可能。
2.3 微藻细胞的采收技术
微藻细胞生物量的采收方法有许多种。但由于其生物量浓度通常较低,而且细胞密度与水体相当,传统的固液分离手段如离心或过滤等,由于动力消耗大、效率低下和成本偏高等原因,不太适用于微藻采收。在微藻细胞的采收研究方面,气浮法(泡沫分离法)得到了广泛的研究和应用[22]。
研究表明,调节pH为11～12可使螺旋藻液产生良好的絮凝性能;增大回流比,提高溶气压力,延长溶气时间和接触停留时间,可有效提高气浮采收效率[23]。在合适的条件下,盐藻细胞泡载分离的采收率达90%～94%,浓缩倍数达30～34[24]。在不添加絮凝剂和表面活性剂时用溶气气浮法采收盐藻细胞,通过调节操作参数,细胞采收率和浓缩倍数分
别达86.4%～96.4%和2.38～5.57,表明气浮法可以简便、安全、高效地从培养液中采收盐藻细胞[25]。
丛威等[26]人发明了一种连续气浮采收,连续补碳培养微藻的方法。将微藻的规模培养、连续补碳、气浮采收集成在一起,可实现微藻培养的集约化、自动化、低成本和规模化生产。
曾文炉等[27]人发明了一种微藻细胞溶剂化补碳与气浮法采收相耦合的培养方法。首先对培养器中培养基进行灭菌处理;将藻细胞接种于培养基中,进行批式培养;在藻细胞生长处于对数生长期至稳定期时,将藻液泵入密闭的溶剂化补碳/气浮采收耦合池中,并同时从耦合池底部通入富含CO
2
的溶气水,对藻液进行补碳,在溶气水汽化过程中完成细胞溶剂化补碳与气浮法采收,该方法操作方便,放大容易,适宜于藻类细胞工业化高效培养。
无机陶瓷膜具有耐酸、耐碱和抗氧化等性能,可以在高温条件下使用。中空纤维陶瓷膜还具有集成度高、使用效率高、投资省等特点。将中空纤维陶瓷膜用于杜氏盐藻培养液的采收过程有以下特点和优势:可以实现盐水回用,盐水用量低;盐藻收率高;设备运行可靠,工艺简单,能耗低。研究表明,利用孔径为20n m的中空纤维陶瓷膜用于杜氏盐藻培养液的浓缩采收过程较为合适,用中空纤维陶瓷膜分离藻细胞也具有很大的优势[28]。
2.4 微藻的干燥和油脂的提取
藻体的干燥方法和油脂提取工艺直接关系到微藻油脂的收率和生物柴油的品质。藻体的干燥温度不仅影响淡水小球藻Chlorella vulgaris的油脂组成,而且还影响其含量[9]。研究表明:低温真空干燥的效果最好;在60℃下干燥时藻体的油脂组成不变,但是其含量略有下降;高温干燥(>80℃)会降低甘油三酯的含量;只要充分研磨藻体,超声波处理对油脂含量和提取时间没有影响。
提取异养蛋白核小球藻油脂的最适溶剂为正己烷[29],微藻油脂提取适宜的方法为溶剂浸提法[30]。以石油醚-乙醚(体积比2∶1)混合液为浸提溶剂,在40℃水浴中浸提5h时可以得到最高的油脂得率。通过不同提取方法的对比表明,超声波辅助提取对微藻油脂的提取没有明显的提高;微波辅助提取可以提高微藻的油脂得率,但是其提取产物较复杂,难以除去杂质。另有研究表明,微波破碎法是简单、容易和有效的微藻油脂提取方法[31]。
从微藻生物质的生物炼制角度考虑,与植物油脂的传统溶剂萃取工艺相比,超临界CO
2
流体萃取技术虽然前期设备投资费用较高,但因其工艺简单、步骤少、耗时短、无溶剂残留、无毒、惰性无氧、常温操作、避免氧化和热分解、利于藻体残渣的后加工等特点而更具优势[32,33]。
2.5 微藻油脂的转酯化反应
生产生物柴油的转酯化反应均可应用于微藻生物柴油的制备(见表2)[34,35]。
表2 制备生物柴油的转酯化反应
催化类型催化剂优点缺点
化学催化法浓硫酸、苯磺酸、磷酸
不会发生皂化、对原料脂肪酸含量
要求低
反应速度慢、甲醇用量大、甘油回收
困难、易产生含酸废液
甲醇钠、氢氧化钠、氢氧
化钾
反应时间短、工艺较成熟
反应物中混有游离脂肪酸与水,易发
生皂化;反应产物需用水洗涤,易产
生含碱废液;甘油分离工艺复杂
有机碱、固体酸碱、分子
筛、金属催化剂
减少皂化物的生成,简化反应产物
和催化剂的分离,解决反应产生的
废酸废碱液,引入共溶剂和超声波
可促进溶解、加快反应速度
催化剂成本较高
超临界流体催化法超临界甲醇
溶解性好、原料适应性强、脂肪酸
和水含量对脂肪酸甲酯得率的影
响小
设备和反应条件要求高,成本较高,
工业放大困难
超临界甲醇+碳酸钙、氧
化钙、氢氧化钙
反应时间短、产率高,萃取和反应
耦合
设备和反应条件要求高,成本较高,
工业放大困难
超临界CO
2
+固定化酶
反应时间短、产率高,萃取和反应
耦合
设备和反应条件要求高,成本较高,
工业放大困难
生物酶法脂肪酶
设备要求低,投资少;反应条件温
和,运行能耗低;无酸碱废液,环境
友好;产品分离回收方便;原料适
用性广
催化剂稳定性较差,酶易失活,使用
寿命短,成本较高,产业化难度大
全细胞(含脂肪酶)
除具有脂肪酶作催化剂的优点外,
还可降低催化剂生产成本
催化剂稳定性较差,酶易失活,使用
寿命短,成本较高,产业化难度大
3 问题与展望
3.1 发展微藻生物柴油产业中亟待解决的问题3.1.1 优质能源微藻的选育和基因工程构建 获得优质的藻种是生产微藻生物燃料的前提。应加大对我国特殊生物环境中微藻种质资源研究和开发的资助力度;对一些油脂含量较高,遗传性能稳定,产业化前景较好的藻种,应加强对其分子生物学、基因工程和代谢工程方面的研究。
3.1.2 低成本、高密度培养体系的建立 目前在微藻的高密度培养研究方面取得了较为理想的成果,但是从产业化的角度考虑,仍然存在成本高的经济性问题。在高油脂含量、高适应性、高生长速率的基础之上,利用有机废水、火电厂烟道气体、酒精发酵厂尾气为主要培养基质,通过兼养或异养培养方式实现微藻培养基的低成本化。还可通过海水、盐碱水培养驯化能源微藻,降低培养成本;通过控制培养液中的碳氮比、延长对数期等手段,提高微藻细胞的生物量和总脂含量。
3.1.3 高效、低成本光生物反应器的开发 光生物反应器的产业化是实现微藻大规模培养的关键技术之一,它直接决定微藻燃料的成本。目前至少有15家公司正在开发光生物反应器,主要集中在美国、加拿大和荷兰。光生物反应器在技术上是完全可行的,目前已经有成功运行的实例。但是,想要利用这种方式生产出廉价的生物燃料产品,仍然存在严峻挑战。
3.1.4 高效率、低成本的采收技术 微藻的规模化生产中必须要解决低成本的采收技术。针对微藻的培养特点和藻细胞特征,絮凝法和气浮法被认为是最有前景的分离技术,因为它们具有设备投入较低,动力消耗少,操作简单,分离效果好的优点。通过基因工程改良和培养条件的调节来控制微藻细胞的絮凝特性,辅助气浮法期望实现微藻细胞的低成本采收。
3.1.5 微藻的高效能源转化技术 目前,生物柴油是微藻能源转化的主要形式,通过化学热解技术生产微藻燃油的方法也得到了业界的重视。但从成本考虑,微藻生物柴油的生产需要进行藻体干燥、油脂提取和转酯化反应,这无疑增加了生产成本;热解技术虽然优势突出,但是其反应条件较为苛刻,实现工业化很有难度。因此,研发新型的微藻生物质低温催化裂解的能源转化技术是实现微藻燃料低成本生产的重大课题。
3.1.6 微藻的高效生物炼制技术 在生产加工微藻能源物质的同时,应积极开展微藻的生物炼制技术研究,将微藻油脂、蛋白质、多糖、叶黄素和虾青素等活性物质的综合提取开发结合起来,可丰富微藻产品种类、提高其附加值、降低微藻燃料生产的成本,提高企业的经济效益。
3.2 前景展望
新型可再生能源的研发势不可挡。在众多的生物质中,微藻被认为是取代石油液体燃料最理想的可再生生物柴油原料。我国的沿海、内陆盐碱、荒漠地域广阔、日照充足,自然条件非常适合发展微藻能源产业(例如西北地区年日照时数大于3000h,年均辐射量约为5900MJ/m2)。相信通过社会各界的积极努力,微藻生物柴油产业化中的关键技术会不断被攻克,新型的藻类清洁生物能源可能会成为世界经济发展和人类文明进步的能源助推器。
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生物柴油的制备
由菜籽油制备生物柴油的实验方案 化强0601 石磊丁佐纯 目录 一．文献综述 1．生物柴油简介 2．目前制备生物柴油的方法 3．本实验所采用的制备方法及各实验参数的选择及其理论依据 二．实验目的 三．实验原理 1．生物柴油的制备原理 2．碘值的测定原理 3．酸价的测定原理 四．实验用品 1．实验仪器 2．实验药品 五．实验步骤 1．生物柴油的制备 2．粗产物的处理 3．碘值的测定 4．酸价的测定 六．实验结束 七．本实验所参考的文献一览 ★★注：若实验中能够提供超声装置用来替代搅拌装置，一则可以大大缩短反应时间（从原来的1.5—2小时缩短为10分钟左右），又节约了能源同时提高了转化率。
一、文献综述 1、生物柴油简介 1.1目前燃料情况 能源和环境问题是全球性问题，日益紧缺的石油资源和不断恶化的地球环境使得各国政府都在积极寻求适合的替代能源。 我国在醇类代用燃料方面已经开展了大量的研究工作，但用粮食生产醇类代用燃料转化能耗高，配制汽油代用燃料不能直接在现有汽车中使用也是一个不容回避的现实问题。而大量研究资料表明，生物柴油在燃烧性能方面丝毫不逊于石化柴油，而且可以直接用于柴油机，被认为是石化柴油的替代品。 1.2什么是生物柴油 生物柴油即脂肪酸甲酯，由可再生的油脂原料经过合成而得到，是一种可以替代普通柴油使用的清洁的可再生能源。 1.3生物柴油的优点 1.3.1 能量高，具有持续的可再生性能。 1.3.2具有优良的环保特性： ①生物柴油中不含硫，其大量生产和使用将减少酸雨形成的环境灾害；生物柴油不含 苯及其他具有致癌性的芳香化合物。 ②其中氧含量高，燃烧时一氧化碳的排放量显著减少； ③生物柴油的可降解性明显高于矿物柴油； ④生物柴油燃烧所排放的ＣＯ２，远低于植物生长过程中所吸收的ＣO2 ，因此使用 生物柴油，会大大降低ＣＯ２的排放和温室气体积累。 1.3.3具有良好的替代性能：①生物柴油的性质与柴油十分接近，可被现有的柴油机和柴 油配送系统直接利用。②对发动机，油路无腐蚀、喷咀无结焦、燃烧室无积炭。具有较好的润滑性能，使喷油泵、发动机缸体和连杆磨损率降低。 1.3.4由于闪点高，不属危险品，储存、运输、使用较为安全。 总之，发展生物柴油具有调整农业结构、增加社会有效供给、改善生态环境、缓解能源危机、增加就业机会等多方面重要意义。 1.4 由菜籽油制生物柴油的有利之处 尽管许多木本油料都可以加工为生物柴油,但规模有限,其他油料作物扩大面积的潜力有限,而油菜具有适应范围广，化学组成与柴油相近等特点,是我国发展生物柴油最理想重要的原料来源。种油菜不与主要粮食争地，且增肥地力，较同期冬小麦早熟半月，有利于后荐作物增产。所以，油菜原料的增长空间是非常大的。据统计,在不影响粮食生产的情况下,我国有2670万hm2以上的耕地可用于发展能源油菜生产,年生产4000万t 生物柴油,相当于建造1.5个永不枯竭的绿色大庆,具有十分重要的战略意义。 2、目前制备生物柴油的方法 生物柴油的制备方法有物理法和化学法。物理法包括直接使用法、混合法和微乳液法；化学法包括高温热裂解法和酯交换法。 2.1 直接使用法 即直接使用植物油作燃料.由于植物油黏度高、含有酸性组分,在贮存和燃烧过程中发生氧化和聚合以至于发动机内沉积多、喷油嘴结焦、活塞环卡以及排放性能不理想等问题,后来便被石油柴油所取代。
微藻
微藻制备生物柴油的研究 一、微藻概述 藻类，尤其是海洋单细胞藻类，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。随着科技水平的不断提高，人口的不可逆性增长、人类生活水平的不可逆性提高、陆地资源和可耕种面积的不可逆性减少，全球性食品资源短缺压力日益增加。开发和利用海洋微藻是最长远的解决人类食品资源和能源的重要途径。因为藻类不仅富含蛋白质、脂肪和碳水化合物这三大类人类所必需的要素，而且还含有可燃性油类、各种氨基酸、多种维生素、抗生素、高不饱和脂肪酸以及其他多种生物活性物质，是人类向海洋索取食品、药品、燃料、生化试剂、精细化工产品以及其他重要材料的一把金钥匙。 微藻是一类单细胞生物，与陆地微生物相比，微藻具有如下特点： (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。 1、小球藻简介 小球藻(Chlorella)是小球藻属绿藻门，绿藻纲，绿球藻目，卵孢藻科，小球藻属，包括大约10 个种. 小球藻细胞组成中的蛋白质含量为7.3%~88%，碳水化合物为5.7%~38%，脂类为 4.5~86%。小球藻细胞中脂类含量的增加主要是由于脂肪酸积累的结果。在氮饥饿条件下，蛋白核小球藻在生长时可形成高达86%的脂类，而在正常的小球藻细胞中，脂类含量为25%。在正常和氮饥饿条件下生长的小球藻在脂肪酸组成上没有明显的差异。此外，小球藻的异养培养技术，特别是高细胞浓度培养技术的研究得到了较深入的发展，这对于我们制备生物柴油需要高生物量的微藻来说，也是具有重要价值的。 2、微藻油脂 美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小球藻”，其利用“工程微藻”生产生物柴油，为生物柴油生产开辟了一条新的技术途径。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A 羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ACC 基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC 基因引入微藻中以获得更高效表达。在国内，清华大学吴庆余,缪晓玲等也报道利用微藻快速热解的方法制备生物柴油。 利用微藻或“工程微藻”生产生物柴油的优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧
生物柴油的研究进展
中国生物工程杂志 Chi n a B i o techno l o gy ,2006,26(11):87~90 生物柴油的研究进展 沈 1,2 迟晓元 1,2 杨庆利 1,2 赵宗保3 张 卫3 秦 松 1* (1中国科学院海洋研究所 青岛 266071 2中国科学院研究生院 北京 100049) (3中国科学院大连化学物理研究所 大连 116023) 摘要 生物柴油是重要的新型可再生能源。阐述了生物柴油的主要特性及其对环境保护、能源安全、农业生产的意义。由于我国耕地有限,所以完全效仿国外的模式不符合我国的国情。并且原料油成本过高一直是制约生物柴油产业化发展的瓶颈,所以我国应该对生物柴油原料进行多方面研究。因此就生物柴油原料展开了详细地分析,并展望了我国生物柴油的发展前景。关键词 生物柴油 可再生能源 原料 前景 中图分类号 Q819 收稿日期:2006 08 17 修回日期:2006 09 22*通讯作者,电子信箱:sqi n@m s .qd i o .ac .cn 随着经济的迅速发展,全球性的能源短缺及环境污染问题日趋严重 [1] 。我国人均化石资源贮量十分有 限,但能源需求量却与日俱增。开发和利用立足于本国的可再生能源,是保障我国社会经济可持续发展的重大战略措施之一。 生物柴油是一种清洁的可再生能源,其化学成分主要为长链脂肪酸的甲酯或乙酯。生物柴油一般是采用可再生的油脂资源(如动物、植物或微生物油脂,以及餐饮废油等)经过酯化或转酯化工艺制得的、是性质与普通柴油非常相似的液体燃油[2,3] 。作为一种极具 潜力的化石能源替代品,生物柴油的开发和应用正受 到世界各国的普遍重视[4] 。 1 生物柴油的特性及开发意义 1.1 生物柴油的特性和对环境保护的意义 与传统柴油相比,生物柴油具有环境友好、润滑性能好、储运安全、抗爆性好和燃烧充分等优良性能,还具有能量密度高、可再生、易生物降解以及含硫量低等特点 [5] 。生物柴油中硫含量极少,可大大减少含硫物 质的污染问题,又因其含氧量高,一氧化碳的排放量约为普通柴油的10%,二氧化碳的排放量远低于植物生长过程中所吸收的二氧化碳,可以很大程度缓解与改善目前全球面临的温室效应。使用生物柴油所产生的 尾气中有毒有机物的排放量仅为普通柴油的10%,颗粒物为20%,且生物柴油本身的生物降解率高达95%以上,加之其燃点为150 左右,比普通柴油在使用、运输、处理和储藏方面都更加安全 [6~8] 。目前各国大多 使用20%生物柴油与80%石油柴油混配,这种混配的燃油适用于任何柴油发动机,并能直接利用现有的油品储存、运输和分销设施。 1.2 生物柴油对我国能源安全的意义 能源安全就是实现一个国家或地区国民经济持续发展和社会进步所必需的能源保障。我国现有的能源远远不能满足国民经济的快速发展和可持续发展,为了改善能源危机现状,必须尽快寻找新的能源来源,生物质是可再生资源,利用生物质生产生物柴油,可以保证能源的稳定供应。我国人均占有可开采石油资源十分贫乏,大约只有世界平均水平的12% [9] ,但能源的需 求总量却增势强劲,是石油净进口国。生物柴油属于可再生能源的一种,更重要的是其来源具有稳定性,因而可长期缓解对化石资源的依赖,并保障社会和经济的可持续发展。 1.3 生物柴油对我国农业生产的意义 生物柴油的原料来源极其广泛。在我国与农业生产直接相关的主要包括各种植物油脂和微生物油脂的获得。广大农民可以通过种植木本油料植物或油料作物为生产生物柴油提供丰富的可再生原料,或者通过微生物发酵法利用和转化各种农林废弃木质纤维素原材料获取微生物油脂等 [10] 。这不仅能改善油料作物的
利用微藻制备生物能源的研究进展
第33卷第5期 唐山师范学院学报 2011年9月 Vol. 33 No. 5 Journal of Tangshan Teachers College Sep. 2011 ────────── 收稿日期：2011-04-24 作者简介：郝国礼（1988-），男，河北张家口人，唐山师范学院生命科学系学生，研究方向为植物细胞工程。 利用微藻制备生物能源的研究进展 郝国礼，刘 佳，陈 超，李兴杰 （唐山师范学院 生命科学系，河北 唐山 063000） 摘 要：结合目前能源微藻在藻种选育、影响微藻产油因素以及生产工艺方面的研究现状和微藻综合利用发展中存在的问题，综述了近年来各国在微藻能源开发方面的重要科研工作，以及微藻能源与低碳的关系，并对微藻能源开发的相关研究方向和进展进行了评述。 关键词：能源微藻；低碳；工艺流程；综合利用 中图分类号： Q 77; TK6 文献标识码：A 文章编号：1009-9115(2011)05-0040-04 Review on the Progress of Producing Bio-Energy from Microalgae HAO Guo-li, LIU Jia, CHEN Chao, LI Xing-jie (Department of Life Science, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China) Abstract: This review provides a brief overview on the screening and cultivation of the Microalgae, the factors influencing oil-producing of Microalgae, the research on the current production condition, and the problems existing in the comprehensive utilization of microalgae. Here, we review the global research progress of microalgae energy in recent years, and the relationship between microalgae energy and low carbon. Key words: energy microalgae; low-carbon; process technique; comprehensive utilization 世界经济的现代化，得益于化石燃料的开发与应用。然而，由于人们的过度开采，化石燃料终将会枯竭。化石燃料的利用，也造成环境的严重污染，因此，清洁、可再生能源的开发成为了各国研究的重点。目前专家学者研究的主要范围包括风能、水能、太阳能、生物能源等。生物能源是可再生能源的一种，它具有潜在大规模替代汽油和柴油的可能性，因此一直是国内外研究的热点。到目前为止，生物能源的发展已经经历了三代[1]。第一代生物能源是以玉米为主要原料生产乙醇。第二代生物能源以秸秆、枯草等非粮作物中的纤维素为主要原料，生产乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等。第三代以产油微生物为主，其中又以海水微藻的研究最多。某些微藻因含油量高、易于培养、单位面积产量大等优点，而被视为新一代甚至是唯一能实现完全替代石化柴油的生物柴油原料[2]。René Wijffels 和 Maria Barbosa 预测，藻类可能在未来的10~15年中成为燃料给料的一个重要来源[3]。 微藻生物质与能源植物相比，具有光合作用效率高、生长周期短、生物质产量高的优势。在同样条件下，微藻细胞 生长加倍时间通常在24h 内， 对数生长期内细胞物质加倍时间可短至3.5h ，生物质生产能力远远高于陆地能源植物。就单位面积的产油量计算，微藻产油可达陆地油料作物产油量的30倍。微藻还可以利用盐碱地、沙漠、海域来养殖，存在不与粮争地及不与人争粮的巨大优势。获得大量的微藻生物质是微藻生物能源发展的首要前提，而优良的微藻种质是提高微藻生物质产量、降低原料成本的关键。产油量较高的部分藻类含油量占干重的比例分别是小球藻（Chlorella sp.， 28%-32%）、葡萄藻（Botryococcus ，25%-75%）、三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum ，20%-30%）、杜氏盐藻（Dunaliella primolecta ，23%）等[4]。 1 微藻与低碳 从可持续发展的角度来看，利用微藻实现CO 2的减排符合自然界环保、经济、彻底的循环模式。因此藻类制备生物燃料成为了一种CO 2减排及利用的新方式。 陈明明等人利用诱变育种技术对用来固定CO 2的微藻进行育种，获得耐受高CO 2浓度、可高效固定CO 2的斜生
微藻工厂化培养经验分享(附单胞藻的培养配方)
微藻工厂化培养经验分享（附单胞藻的培养配方） 大家好，很高兴今天能跟大家交流一下微藻的规模培育。规模培育在水产养殖方面现在主要运用于大棚生物饵料方面(一定地点建立车间、浓缩之后近距离管道运输到养殖区域)、提取色素添加在饲料中，至于土塘泼洒，如何控制量、增氧和开口饵料这方面正在摸索，需要大家一起总结出经验。今天我跟大家主要跟大家分享一下藻种的工厂化规模化培育。 群里面应该很多人都培育过藻，大家都知道藻种的培育分为一级、二级、三级培养，今天我是简单从一级、二级、三级培养过程可能中遇到的问题、日常管理、接种、藻种营养配方这些方面做一下简单的交流。 因各地环境气候、温度、光照、水质条件不同。不同季节、藻种性质不同，单位水体养殖品种的需求量也不同。所以培养条件、营养盐配方等各有不同。今天我主要是以金藻为例，引申出其他藻种的营养配方，让大家学习一下其中的相似点。 国内大部分水产育苗企业，在育苗生产中都是自备微藻养殖设施，自行生产各类饵料用微藻。但是一般育苗场都普遍缺乏相应的专业技术力量，只能利用各自的藻池和天然水体粗放培养，在饵料微藻种质、生产技术和应用方法上都各自为正，导致微藻种质混乱、供应不稳定、营养成分不平衡、饵料效价低、缺乏多品种集约化生产应用技术；同时，受限于微藻高密度养殖、采收技术和浓缩液保藏技术的限制，国内几乎没有统一的、专业化的饵料微藻质量标准和集中供应点。所以工厂化育苗需要及时的补充藻种，开口饵料非常重要。 首先从工艺流程上来说 一级培养：主要用于保种，主要用的仪器是锥形瓶，其能够完全消毒，所以应用在保种上面特别多。
二级培养：主要是用塑料白桶（聚丙烯材料），生产上也用20L的饮水桶，但是瓶口小，操作不方便，消毒也不彻底；而用氧气袋又易破裂。在南方经常可以见到用玻璃制作的大型鱼缸和氧气袋。
利用微藻生产生物柴油的研究进展
收稿日期:2009-11-02;修回日期:2010-05-07 基金项目:国家杰出青年科学基金项目(20625308);西北师范大学青年教师基金项目(NWNU -LK QN -09-20)作者简介:孔维宝(1981),男,讲师,在读博士,主要从事微藻生物柴油和酶催化方面的研究工作。 通讯作者:夏春谷,研究员,博士生导师(E 2mail )cgxia@lzb . ac .cn 。 生物柴油 利用微藻生产生物柴油的研究进展 孔维宝 1,2,3 ,华绍烽1,宋 昊1,夏春谷 1 (11中国科学院兰州化学物理研究所,羰基合成与选择氧化国家重点实验室,兰州730000;21中国科学院研究生院,北京100049;31西北师范大学生命科学学院,兰州730070) 摘要:在世界能源危机的影响下,生物质能源由于可再生、低污染等优势,被认为是在未来一个较短时期内最有潜力缓解能源危机的石油替代品。而微藻由于具有生物量大、光合效率高、生长周期短、油脂含量高和环境友好等优点,有望破解后石油时代的能源危机。重点阐述了产油微藻的种类,提高微藻油脂含量的策略,微藻细胞的采收技术,微藻油脂的提取和转酯化反应等内容;分析了微藻生物柴油产业发展中亟待解决的一些问题。关键词:微藻;能源;生物燃料;生物柴油;油脂 中图分类号:T Q645;TK6 文献标志码:A 文章编号:1003-7969(2010)08-0051-06 Progress on b iod i esel producti on using m icroa lgae K ONG W eibao 1,2,3,HUA Shaofeng 1,S ONG Hao 1,X IA Chungu 1 (11State Key Laborat ory of Oxo Synthesis and Selective Oxidati on,Lanzhou I nstitute of Che m ical Physics, Chinese Acade my of Sciences,Lanzhou 730000,China;21Graduate University of Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100049,China;31College of L ife Sciences, North west Nor mal University,Lanzhou 730070,China ) Abstract:B i omass energy was considered as the most potential petr oleum substitute in a shorter peri od of ti m e,f or its rene wable ability and l ower polluti on .M icr oalgae could s olve the energy crisis in the post -petr oleu m era because of its large bi omass,high phot osynthetic efficiency,short gr owth cycle,high li p id content,and envir on mental friendliness .The current situati on of bi odiesel p r oducti on fr om m icr oalgae was revie wed .The s pecies of li p id -p r oducing m icr oalgae,strategies t o i m p r ove the li p id content of m i 2cr oalgae,techniques f or cell harvesting,li p id extracti on and transesterificati on of m icr oalgae were dis 2cussed .The p r oble m s in m icr oalgae bi odiesel industry were analyzed .Key words:m icr oalgae;energy;bi ofuel;bi odiesel;li p id 在能源危机对各行业影响日益加剧的今天,社会各界对可再生能源的关注度不断提高。对于生物质能源的原料,人们的目光在一段时期内集中在传 统的油料经济作物(大豆、油菜)、粮食(玉米)、农林废弃物(木质素、纤维素和半纤维素)、动植物油脂等领域。其中,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。但是,生物燃料“与粮争地、与人争粮”的情况及较高的原料成本限制了它的进一步推广。藻类作为一种重要的可再生资源,具有分布广、生物量大、光合效率高、环境适应能力强、生长周期短、油脂含量高和环境友好等突出特点 [1] 。藻类尤其是微型 藻类将会成为提供新能源和新资源的“明星”,微藻的能源化利用有望成为“后石油时代”破解能源危机的一把金钥匙。在最近两年,不管是国内外有关利用微藻生产生物燃料的基础研究,还是应用开发报道都呈现大幅增长的态势 [2] 。 本文结合国内外在微藻生物燃料研发方面的新近报道,综述微藻开发生物燃料的显著优势,能源微
利用微藻制取生物柴油的方法
利用微藻制取生物柴油的研究进展 朱晗生物技术07Q2 20073004104 摘要：随着人口增长的加速，自然资源日益短缺，而且面临着枯竭的危险。传统能源枯竭的焦虑，引起了人们对可再生的生物资源浓厚的兴趣。本文主要讨论了微藻，生物柴油以及利用微藻发酵制取生物柴油的研究进展。 关键词: 微藻; 生物柴油; 发酵 0 前言 生物柴油(Biodiesel)即脂肪酸甲酯, 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，是一种可生物降解、无毒的可再生能源。生物柴油是生物质能的一种，作为一种清洁的低碳燃料,其含硫和含氮量均较低,同时灰分含量也很小,所以燃烧后SO2 、NO 和灰尘排放量比化石燃料要小得多,是可再生能源中理想的清洁燃料之一[1]。但是由于较高的原材料成本，生物柴油的价格高于传统柴油,因此选取合适的、低成本的植物油脂资源来积极发展和生产生物柴油是发展的总趋势。利用微藻制取生物柴油，不仅能够降低成本，另外，有些微藻会引起水华，赤潮等爆发，消耗水中大量的溶解氧，并会上升至水面而形成一层绿色的黏质物，使水体严重恶臭，水体中生物大量死亡，因此，如果利用此类微藻资源，还减轻环境负荷。自1988 年以来,许多欧洲国家就已经开始将生物柴油作为传统柴油的替代品加以利用，并取得了较好的效果。本文就利用微藻发酵生物柴油的制取进行综述,并讨论了存在的问题及其应用前景。 1 生物柴油
生物柴油是典型“绿色能源”，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。 目前生物柴油的制取方法主要有以下几种：利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法；生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用；低成本无污染的生物质液化工艺及装置；低能耗生物质热裂解的工艺及装置；利用微藻快速热解制备生物柴油的方法；用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提取石油制品的工艺方法；用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉酶解培养异养藻制备生物柴油的方法；用生物质生产液体燃料的方法；用植物油下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提取汽油柴油的生产方法；废油再生燃料油的装置和方法；脱除催化裂化柴油中胶质的方法；废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧化总不溶物及胶质的化学精制方法；阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑油的絮凝分离处理方法。 生物柴油优点很多，如具有良好的环境属性；具有较好的低温发动机启动性能；具有较好的润滑性能；具有较好的安全性能；具有良好的燃料性能；具有可再生性能。 综观国际上的发达国家如美国、德国、日本，到次发达的南非、巴西、韩国，到发展中的印度、泰国等，均在发展石油替代产业的国际政策制度、技术完善、装置建设和车辆制造等方面提供了良好的借鉴，为中国走特色石油替代之路铺平了道路。特别是巴西经验，更具实际意义[2]。
微藻培养方法汇总
微藻的培养方式，有多种类型，现介绍一些主要的培养方式。 （一）纯培养与单种培养 纯培养与单种培养是按培养的纯度来划分的。 纯培养：是指排除了细菌在内的一切生物的条件下进行的培养。纯培养要求有无菌室、超净工作台等设备条件，容器、工具、培养液等必须严格灭菌。纯培养是科研工作中不可缺少的技术。 单种培养：生产性的培养中，是不排除细菌存在的，为了区别于纯培养而称之为单种培养。 二）一次培养、连续培养和半连续培养该类培养是按采收方式划分的一次培养：又称有限培养，是在一定的容器中，根据藻类需要加入无机和有机营养，配成培养液，把少量的藻种接种进去，然后在适宜于藻类生长的环境条件（温度、盐度、光照、PH 值等）下培养，待藻液达到一定的密度后，便一次性采收或作进一步扩大培养。 连续培养：一般在室内进行，采用自动控温、人工光源、封闭式通气培养。在培养容器内，新的培养液不断流入，达到一定密度的培养液不断流出。培养液的流入量和流出量可根据微藻的生长情况及需要进行人不控制，并保持平衡。在培养过程中，营养物质浓度和藻类细胞相对稳定，产量高，在国外应用较多，我国目前生产上很少采用。 半连续培养：是指在一次培养的基础上，当藻类细胞达到一定密度后，每天收获一部分浓藻液，并加入新的营养液继续培养。半连续培养是生产中常用的方法，每天的收获量根据育苗的需要及藻液的生长情况确定。 三）藻种培养、中继培养和生产性培养该类培养是按培养的规模和目的来划分的藻种培养：在室内进行，一般采用一次性培养法。培养容器为100-3000 毫升的三角烧瓶，瓶口用消毒的纸或纱布包扎。目的是培养和供应藻种。 中继培养：目的在于培养较大量的高密度纯种藻液，供应生产性培养接种使用。中继培养一般在室内用大的玻璃容器或塑料大袋中进行。根据需要可分为一级中继培养和二级中继培养。一级中继培养的容器为10 升的大口玻璃缸（南方各省多用）、10-20 升的细口瓶或鱼苗袋，以封闭式不通气培养为主。二级中继培养的容器为0.2-0.4 立方米的水族箱、0.5-1.0 立方米的玻璃钢水槽、0.5-1.0 立方米的小型水泥池等，以开放式通气一次性培养为主；利用塑料大袋进行二级中继培养也是新兴的、有效的好方法（见图2-13 ）。 生产性培养：可在室内也可在室外，有封闭式培养和开放式培养两种类型。目的是供给育苗中的饵料。培养容器为大型水泥池、大型玻璃钢水槽的塑料大袋；也有用土池
第二代生物柴油研究进展
第二代生物柴油研究进展 摘要：介绍了第二代生物柴油的优势，叙述了第二代生物柴油的制备原理，概括了3种主要的生产工艺，即油脂直接加氢脱氧工艺、加氢脱氧再异构工艺和柴油掺炼工艺。对制备过程 中涉及的加氢脱氧催化剂和加氢异构催化剂进行了总结，指出了第二代生物柴油发展面临的问 题及解决方向。 关键词：第二代生物柴油加氢脱氧加氢异构 目前，国内外生物柴油厂家大多采用酸--碱催化两步法间隙反应工艺生产第一代生物柴油，生产过程会产生大量的含酸、碱、油工业废水，产品是混合脂肪酸甲酯，含氧量高，热值相对比较低，其组分化学结构与柴油存在明显的不同。近年来，一些研究者提出了基于催化加氢过程的生物柴油合成技术路线，即动植物油脂通过加氢脱氧、异构化等反应得到与柴油组分相同的异构烷烃，形成了第二代生物柴油制备技术。 第二代生物柴油是高质量柴油，不影响柴油储运，不影响发动机和尾气处理。为避免与食用油竞争，使用非食用油如麻疯果油和海藻油及废油脂生产。2007年夏，第一套工业规模的可再生柴油（第二代生物柴油）装置在荷兰Neste石油公司Provoo炼厂投产，还有几套工业装置处于可行性研究阶段。埃克森美孚、BP等跨国石油公司都在大力发展第二代生物柴油生产技术。中国石化集团公司也非常重视生物柴油技术开发，石油化工科学院目前正在加紧开发第二代生物柴油技术。 1 第二代生物柴油的优势 从产品性能上看，与第一代生物柴油即脂肪酸甲酯相比，第二代生物柴油在化学结构上与柴油完全相同，具有与柴油相近的黏度和发热值，具有较低的密度和较高的十六烷值、硫含量较低、倾点低以及与柴油相当的氧化安定性等优势。同时，第二代生物柴油的CO2排放量比柴油低，可以减少限制的和非限制的污染物排放（包括SO x，NO x），还可以减少颗粒物排放量，并且可以大大减少发动机的积炭，噪声明显下降。表1是第二代生物柴油、第一代生物柴油和0#柴油主要性能对比[1]。 表1 不同柴油的主要性能对比 指标名称 第二代 生物柴油 第一代 生物柴油 0#柴油 密度（20℃）/kg.m-3775~785 885 835 黏度（40℃）/mm2.s-1 2.9~3.5 3.2~4.5 3.5 浊点/℃-35~-5 -5 -5 硫含量（质量）/mg.kg-1≤1 ≤1 150 氧含量（质量）/mg.kg-10 11 0 馏程/℃265~320 340~355 200~350
植物油脂制备生物柴油及综合开发
收稿日期: 2010-08-26基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973计划)前期研究专项课题(2010CB134409)作者简介: 郝宗娣(1988-),女,河北南宫人,海南大学材料与化工学院2010级硕士研究生.通信作者:刘平怀(1967-),男,湖南永兴人,海南大学教授、药学研究员,研究方向:海洋生化工程. E -m a i:l t w lph @https://www.sodocs.net/doc/5b14675550.html, 第1卷第3期 热带生物学报Vo.l 1No .3 2010年9月JOURNAL OF TRO PI CAL ORGAN IS M S Sep 2010 文章编号:1674-7054(2010)03-0282-06 植物油脂制备生物柴油及综合开发 郝宗娣,刘洋洋,杨 勋,续晓光,刘平怀 (海南大学材料与化工学院,海南优势资源化工材料应用技术教育部重点实验室,海南海口570228) 摘 要:综述了植物油脂制备生物柴油的进展及其综合开发利用,发现了植物油脂在利用过程中出现的问 题,并针对问题提出了合理利用自然资源的建议。 关键词:植物油脂;生物柴油;资源;综合利用 中图分类号:Q 949.93;TQ 644.2 文献标志码:A 植物油脂是从植物种子、果肉、果核或其他部分提取所得油脂的统称。植物油脂在人们日常生活和 生产中占有举足轻重的地位。植物油脂是重要的膳食来源及工业原料,在食品、化妆品、印刷[1]、油漆、润 滑油[2]、制革、橡胶、纺织、医药保健、肥皂、新能源等方面有着极为广泛的用途。按外观状态来区分,可将植物油脂分为油和脂,习惯上将常温下呈液体的称为油,呈固体或半固体的称为脂。植物油脂含有丰富的维生素E 、矿物质、饱和及不饱和脂肪酸及中性脂肪(甘油三酯),其中以甘油三酯的含量最高。不同种类的植物油其所含的各组分的含量是不同的,如:椰子油中中短链脂肪酸含量较高,大豆油中维生素E 及必需脂肪酸的含量较高[3]。 近年来,新能源因具有洁净、环保、可再生等优点而成为研究热点,植物油脂作为新能源的一个重要来源亦颇受关注。植物油脂来源广泛,具有多重用途,本文综述了植物油脂制备生物柴油及其综合利用的情况,发现了植物油脂在利用过程中出现的问题,并针对问题提出了一些合理利用自然资源的建议。1 生物柴油的来源及制备 表1 油脂植物产油量比较[6]作物名称产油量/(L h m -2)玉米172大豆446油菜1190麻风树1892椰子2689油棕5950微藻136900 注:微藻产油量以高产油微藻产油量为微藻干质量的70%计。 生物柴油是指从可再生的生物资源中获得的可替代柴油的燃料。 其化学本质是脂肪酸甲酯,它的发展对于缓解能源危机、促进农副产 品的开发利用及对生态环境的保护具有深远意义。目前,生物柴油的 来源有三大类:动植物油脂、细菌及真菌油脂、废弃油脂。最广泛的来 源是动植物油脂,其中以植物油脂更为普及[4-5]。玉米(corn)、大豆 (soybean)、油菜(cano l a )、麻风树(jatropha)、椰子(coconut)、油棕 (pa l m )、微藻(m icroalgae )等产油量高(表1),是植物油脂的良好 来源。 使用最为广泛的生物柴油制备方法是酯交换法(图1),即在催化 剂(包括酶)的存在下,利用甲醇与天然油脂发生酯交换反应,使甘油 三酯转化为3个脂肪酸甲酯,从而降低油料粘度,改善油料的流动性 能,达到作为机动燃料的使用要求。
微藻工厂化培养经验分享附单胞藻的培养配方
微藻工厂化培养经验分享附单胞藻的培养配方 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
微藻工厂化培养经验分享（附单胞藻的培养配方）大家好，很高兴今天能跟大家交流一下微藻的规模培育。规模培育在方面现在主要运用于大棚生物饵料方面(一定地点建立车间、浓缩之后近距离管道运输到养殖区域)、提取色素添加在饲料中，至于土塘泼洒，如何控制量、增氧和开口饵料这方面正在摸索，需要大家一起总结出经验。今天我跟大家主要跟大家分享一下藻种的工厂化规模化培育。 群里面应该很多人都培育过藻，大家都知道藻种的培育分为一级、二级、三级培养，今天我是简单从一级、二级、三级培养过程可能中遇到的问题、日常管理、接种、藻种营养配方这些方面做一下简单的交流。 因各地环境气候、、光照、水质条件不同。不同季节、藻种性质不同，单位水体养殖品种的需求量也不同。所以培养条件、营养盐配方等各有不同。今天我主要是以金藻为例，引申出其他藻种的营养配方，让大家学习一下其中的相似点。 国内大部分水产育苗企业，在育苗生产中都是自备微藻养殖设施，自行生产各类饵料用微藻。但是一般育苗场都普遍缺乏相应的专业技术力量，只能利用各自的藻池和天然水体粗放培养，在饵料微藻种质、生产技术和应用方法上都各自为正，导致微藻种质混乱、供应不稳定、营养成分不平衡、饵料效价低、缺乏多品种集约化生产应用技术；同时，受限于微藻高密度养殖、采收技术和浓缩液保藏技术的限制，国内几乎没
有统一的、专业化的饵料微藻质量标准和集中供应点。所以工厂化育苗需要及时的补充藻种，开口饵料非常重要。 首先从工艺流程上来说 一级培养：主要用于保种，主要用的仪器是，其能够完全消毒，所以应用在保种上面特别多。 二级培养：主要是用塑料白桶（材料），生产上也用20L的饮水桶，但是瓶口小，操作不方便，消毒也不彻底；而用氧气袋又易破裂。在南方经常可以见到用玻璃制作的大型鱼缸和氧气袋。
微藻制备生物柴油的研究
微藻制备生物柴油的研究 一、小球藻简介 小球藻(Chlorella)是小球藻属绿藻门，绿藻纲，绿球藻目，卵孢藻科，小球藻属，包括大约10 个种. 小球藻细胞组成中的蛋白质含量为7.3%~88%，碳水化合物为 5.7%~38%，脂类为4.5~86%。小球藻细胞中脂类含量的增加主要是由于脂肪酸积累的结果。在氮饥饿条件下，蛋白核小球藻在生长时可形成高达86%的脂类，而在正常的小球藻细胞中，脂类含量为25%。在正常和氮饥饿条件下生长的小球藻在脂肪酸组成上没有明显的差异。此外，小球藻的异养培养技术，特别是高细胞浓度培养技术的研究得到了较深入的发展，这对制备生物柴油需要高生物量的微藻来说，也是具有重要价值的。 小球藻中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A 羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。选择合适的分子载体，使ACC 基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC 基因引入小球藻中以获得更高效表达。 二、脂肪酶的提取、制备及油脂制备生物柴油 2.1小球藻培养 小球藻置于26℃(±1)光照培养箱通气培养, 光照强度3500lux~4500lux。培养基成分：Glucose 10g/L，KNO32.0g/L，KH2PO41.25g/L，MgSO41.25g/L，FeSO420mg/L，初始pH8。自养小球藻培养在标准培养基中,通过光合作用进行自养生长,从而获得绿色的自养小球藻。通过改变标准培养基中的营养成分,即将甘氨酸成分降至0.1g/L,另加入10g/L葡萄糖,原来绿色的小球藻细胞便通过吸收葡萄糖进行异养生长,从而获得黄色的异养小球藻。待异养藻细胞生长到对数期后期时,离心收集藻细胞。 2.2粗酶的提取和精制 用匀浆法浆细胞破碎，获得最大蛋白含量及最高总酶活的粗酶液，对细胞破碎得到的粗酶液进行硫酸铵沉淀，当硫酸铵浓度为43%时，除去杂蛋白，再将硫酸铵浓度提高到85%沉淀酶液，将沉淀溶于蒸馏水，采用透析或葡聚糖凝胶G—25脱盐。对经硫酸铵沉淀和脱盐处理后的粗蛋白进行蛋白质含量和酶活性的测定，再将粗酶液采用强酸性阳离子交换介质进行离子交换吸附，以得到精制的脂肪酶。 2.4酶活性的测定 采用分光光度法测定脂肪酶的活性，并对反应温度，pH，底物浓度，反应时间等条件进行优化，以得出最佳反应条件。 2.5生物柴油的制备 2.1.1原料 成本过高一直是生物柴油发展的瓶颈问题,所以应该在降低原料成本上作出更大的 努力,展开以各种生物质为原料的生产途径的研究,以期最大限度降低原料成本,增加生 物柴油大规模产业化的可行性。 （1）以植物油脂为原料制取生物柴油 利用油菜籽、大豆、花生以及各种油料作物所提取的油脂为原料。其中以油菜籽制取 的生物柴油中不饱和脂肪酸甲酯含量较多 2、微生物发酵法制取生物柴油 某些微生物如酵母、霉菌和藻类等在适合的条件下能将碳水化合物转化为油脂贮存在 体内,称为微生物油脂。 3、利用餐饮废油制取生物柴油 以植物油为原料生产生物柴油成本偏高,而将餐饮业废油脂进行回收生产生物柴油则 是一个相对较好的方案
制备生物柴油的方法
1用地沟油制备生物柴油的方法 前言：本发明涉及一种用地沟油制备生物柴油的方法，按重量百分比，A.将97～99.8％的地沟油和0.2～3％的多孔载体的固体酸催化剂加入反应釜内，反应温度控制在＞95℃至130℃，常压下通入气相甲醇，搅拌1～4小时进行酯化反应，反应结束后，分离出固体酸催化剂；B.将酯化反应后70～80％的液体、15～25％的甲醇以及1～5％的固体碱催化剂放入反应釜内，反应温度控制在50℃～65℃，常压下搅拌0.5～2小时进行酯交换反应； C.酯交换反应完成后，将液体静置或进行离心分离，上层即为制备的生物柴油，下层为甘油、固体碱催化剂以及甲醇。本发明具有酯化反应充分，能耗低，工艺简单，收率高的特点，能满足工业化规模生产。 制造生物柴油的反应釜 前言：本发明涉及一种制造生物柴油的反应釜，包括釜体和安装在釜体上的搅拌装置，所述的釜体为具有夹层的夹套式结构，釜体上的蒸汽进口和冷凝水出口与夹层相通，釜体上分别设有的原料进料口、出料口、催化剂进口以及溶剂进口与釜体反应腔相通，所述原料进料口和催化剂进口分别设置在釜体的上部，出料口设置在釜体的底部，而溶剂进口设置在釜体的底部或/和下部。本发明的反应釜结构简单，设备投资少，酯化反应充分，生产效率高，能满足工业化规模生产。 反应釜：又称反应器或反应锅。是化工生产中用于进行化学反应的一种容器。常配备必要的传热装置和搅拌装置以达到强化生产的目的。反应釜分为间歇式、半连续式和连续式三种。搅拌器主要用于染料和制药工业，也用于其他工业，如烧碱生产中的苛化桶等。使两种或多种物料进行混合的操作。有机械搅拌和空气搅拌等方法。可以促进物理变化和化学反应。通常在搅拌器中进行。 温度控制以温度作为被控变量的开环或闭环控制系统。其控制方法诸如温度闭环控制，具有流量前馈的温度闭环控制，温度为主参数、流量为副参数的串级控制等。在分布参数系统中，温度控制是以控制温度场中温度分布为目标的。 脂肪酸温控容器结晶分离法利用油脂化学品固化点的差别进行分离的最早方法。主要用在油脂的分离操作，如脱蜡、冬化、棕榈油分为棕油硬脂精和棕油油精等。油脂水解得到的混合脂肪酸也可用此法将其中熔点较高的硬脂酸和棕榈酸等与较低的油酸等分开。本法的特点是温度控制要均匀，但不能强烈搅拌以免结晶被破坏。因此冷却只能缓慢地进行，导致结晶罐体积庞大，而这又与温度控制的均匀有矛盾。 2用地沟油及废弃动植物油制备环氧增塑剂的方法 前言：本发明涉及一种用地沟油及废弃动植物油制备环氧增塑剂的方法，按重量百分比将97～99.8％的废油和0.2～3％的多孔载体的固体酸加入反应釜内，温度在＞95℃至130℃，通入气相甲醇搅拌1～4小时，反应结束后分离出固体酸；将酯化反应后70～80％的液体、15～25％的甲醇以及1～5％的固体碱催化剂放入反应釜内，温度在50～65℃，常压下搅拌0.5～2小时；分离制得脂肪酸甲酯；将25～35％的双氧水、2.5～10％的甲酸及0～1％的三聚磷酸纳加入55～70％的脂肪酸甲酯内，温度控制在60±5℃，搅拌8～10小时，反应完成后分出酸水，中和、洗涤常温下脱水得到制品，具有能耗低，工艺简单、成本低的特点。 3用废油制备生物柴油的酯化反应工艺 本发明涉及一种用废油制备生物柴油的酯化反应工艺，按重量百分比将97～99.8％的废油和0.2～3％的多孔载体的固体酸催化剂加入反应釜内，反应温度控制在＞95℃至130℃，常压下通入气相甲醇，搅拌1～4小时进行酯化反应，反应结束后，分离出固体酸催化剂。
微藻能源规模化制备的科学基础
项目名称：微藻能源规模化制备的科学基础首席科学家：李元广华东理工大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：上海市科委
二、预期目标 1. 总体目标 实现微藻能源规模化制备中的关键科学问题的重大突破，挖掘能源微藻优良藻种（株）选育原理，建立能源微藻藻种综合评价体系及适合于我国国情的可规模化培养的能源微藻藻种资源库；揭示能源微藻光能转化、光合固碳及油脂高效合成的机制；阐明光生物反应器设计、优化与放大原理，以及能源微藻光自养培养工艺优化及放大原理；阐明能源微藻细胞特性对能源微藻加工过程的影响规律以及加工工艺优化原理；构建微藻能源规模化制备的集成系统，并对其进行系统优化，明晰微藻能源规模化过程中的关键环节和具体的技术瓶颈，同时为技术瓶颈的突破提供创新的源泉，推进我国微藻能源的规模化进程。 2. 五年预期目标 （1）阐明优良种（株）的选育原理；建立可在户外进行规模化光自养培养的能源微藻藻种的综合评价体系；建立适合于我国不同地域、不同季节以及不同CO2气源与氮磷废水资源光自养培养且具有我国自主知识产权的能源微藻种（株）库和共享信息平台。 （2）以可规模化培养的典型能源微藻为对象，阐明光合作用、固碳、油脂合成与积累的主要机制及其调控原理，建立能源微藻全基因组代谢网络模型；实现能源微藻光合、固碳油脂合成与积累网络的改造，提高能源微藻光合、固碳和油脂积累效率；发掘3-5个关键调控因子，获得5-10个生长快、高产油脂的转基因株系。 （3）建立不同类型光生物反应器的混合特性及光分布特性参数的CFD模拟方法；确定能源微藻在光生物反应器中培养的混合特性及光分布特性方面的敏感性参数；建立不同类型光生物反应器的评价方法，确定适合于能源微藻规模培养的光生物反应器类型；建立基于光照方向混合及光衰减特性的光生物反应器优化方法以及光生物反应器的放大准则。 （4）揭示环境因子诱导微藻中油脂过量积累与环境响应机制；建立基于重构全基因组代谢网络模型与多尺度分析方法相结合的能源微藻光自养培养过程优化与放大方法。 （5）建立不同能源微藻细胞特性的表征方法；确定能源微藻细胞特性对不同采收、破壁、油脂提取及生物柴油制备方法与效率的影响规律；针对不同能源微藻细胞特征及油脂组成，建立采收、破壁、油脂提取与生物柴油制备系统的集