利用藻类制备生物汽油工程简介

..... . .. . .. . .. . .利用藻类制备生物原油〔两种方法〕工程简介第一种方法：枯燥藻类水热液化技术藻类中获得原油，需要先对藻类进展枯燥，然后进展提取。水热液化技术“具有能完全利用整个藻体的优点，因此具有显著的优势，由于不再需要单纯追求脂类含量的积存，或脂第一种方法：枯燥藻类水热液化技术藻类中获得原油，需要先对藻类进展枯燥，然后进展提取。水热液化技术“具有能完全利用整个藻体的优点，因此具有显著的优势，由于不再需要单纯追求脂类含量的积存，或脂类的提取了，这种黏液由水和藻类组成，后者的重量占总重的 10%到20%。在转化的时候，350204个标准大气压。高温高压可以使混合物保持液态。依据水热液化〔HTL〕反响设计了一套反响装置。在这套系统中，藻类和水的混合物被连续的参加到反响釜中进展反响。反响釜中的高压使得水的温度能够到达300-400摄氏度，此时的水处于介于液相和气相之间的超临界态。在这样的条件下，藻类中的生物质能够被快速降解。之后利用一系列收集和过滤装置，即可得到原油及一系列副产物。在一次HTL反响中，每100克藻类最终可以产生 41克原油。这样的转化效率令人满足。图片来源：D.C.Elliott etal. 〔2023〕AlgalResearch.KMD在查找替代能源方面已经进展了多年的努力，而利用海藻生产原油或将成为这一问题的更好答案。相较于之前的生物燃料， 藻类原油有着更大的优势。除去更高的产量， 相对于汽油而言利用藻类生产燃油更为清洁。 藻类在生长过程中能够吸取大气中的二氧化碳， 这肯定程度上降低了碳排放。且由于藻类可以在废水中大量生殖，其产物也可以生物降解。在整个生产过程中对环境造成的负担都较小。相对于粮食作物产生的生物燃料来说， 藻类转化生产的燃油具有高热值的优点。 埃利奥特表示：“由玉米等粮食作物生产得到的乙醇在用作燃料时需要与汽油进展混合，油则可以直接用来燃烧。

而藻类原KMD设计的循环系统，经由回收装置，反响中分别的磷酸盐和纯洁水可以被回收用于下1.2.3.4./水相分别；5.6.水相碳催化转化为气体燃料及可回收肥料。藻类生长在各种水环境中，所以格外简洁获得。但实际上收集足够多的用于原油生产的藻类是一件很困难的事。克默迪的系统不仅可以使得藻类的生殖更为简便，其优化的设计也使得更多种类的藻类得以被用于原油转化。其次方法〔光合作用卡尔文循环〕藻类汽油藻类是光合效率最高的原始植物之一，与农作物相比，单位面积的产率可高出数十倍。微藻生物柴油技术首先包括微藻的筛选和培育，获得性状优良的高含油量藻种，然后在光生物反响CO2等，生成微藻生物质，最终经过采收、加工，转化为微藻生物汽油。原理是利用藻类光合作用， 将化工生产过程中产生的二氧化碳转化为藻类自身的生物质从而固定了碳元素，再通过诱导反响使微藻自身的碳物质转化为油脂， 然后利用物理或化学方法把藻类细胞内的油脂转化到细胞外， 再进展提炼加工，从而生产诞生物汽油。即通过藻类的光合作用，将废水中的养分物质和空气中的二氧化碳转化为生物燃料、 蛋白质。“这是一个变废为宝的产业，而且还可以生产更多的下游产品。 ”在石油价格大幅上升，粮食短缺问题日渐突出的今日，该产业有着宽阔的进展前景。“在显微镜下，海藻就像一个油葫芦，比油菜籽、花生的含油量高 7～8倍，比玉米高十几倍。”山东海洋工程争论院院长李乃胜介绍，海洋微藻制取生物汽油是国际能源领域的方向。专家指出，我国盐碱地面积达 1.5亿亩。假设用 14%的盐碱地培育藻类，在技术成熟的条件下，生产的柴油量就可满足全国 50%的用油需求。藻类资源丰富，不会因收获而破坏生态系统， 可大量培育而不占用耕地。另外，它的光合作用效率高，生长周期短，单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍。 而且微藻脂类含量在20%至70%，是陆地植物远远达不到的，不仅可生产生物汽油或乙醇，还有望成为生产..... . .. . .. . .. . .氢气的原料。减排二氧化碳的微藻制油技术，并预备将成果领先应用于治理燃煤电厂废气。3万种，让微藻能大量吸取二氧化碳，并通过叶绿素的光合作用制造生长所需的养分，从中提取出油脂，再制备诞生物汽油。这种生物汽油与传统石化汽油的性质和成分相像，某些指标如发动机低温启动性能甚至更好。为实现微藻柴油产业化，工业化生产的连续采收、能源消耗低的脱水枯燥和微藻制油技术，建立规模化的微藻制油工厂，在大型容器中养殖微藻。白天， 阳光和工业二氧化碳废气将为微藻制造出适宜的生长条件；夜晚，光合作用停顿，但照旧可以给微藻“喂食”工业废水，让它们利用废水中的糖制造养分； “榨油”之后的微藻残渣，则可以作为型生物质能锅炉的燃料。经过这一轮的绿色循环，微藻汽油能做到让汽车的碳排放降为零。 有很多大型燃煤电厂，其气体排放组成中有来。

99%是二氧化碳，运用这项技术可使微藻制油在本地循环起藻类含有大量生物油脂，局部品种含油量达 70%。它们的光合作用效率高，生长快速，1204401.58万升。藻类将是格外有潜力的生物汽油来源。壳牌、雪佛龙等石油巨头以及正致力于能源开发的微软董事长比尔·藻制油研发。

盖茨，近两年已投入巨资启动微我公司微藻根底争论方面拥有很强的研发力气，与众多高校和科研院所担当了藻类分类、育种和保存技术争论，拥有一大批淡水和海水微藻种质资源。目前我国在微藻大规模养殖方面已走在世界前列。国外藻类争论1976年起就启动了微藻能源争论，但美国科学家已经培育出了富油的工程小环藻。这种藻类在试验室条件下的脂质含量可到达

60%(比自然状态下微藻的脂质含量提3～12)，户外生产也可增加到2023年，美国两家企业建立了可与

40%以上，为后来的争论供给了坚实根底。1040兆瓦电厂烟道气相连接的商业化系统，成功地利用烟道气中的二氧化碳进展大规模光合成培育微藻，并将微藻转化为生物

2023年，美国宣布由国家能源局支持的微型曼哈顿打算，打算在工业化，各项技术研发全面提速。

2023年实现微藻制备生物汽油2023年，以色列一家公司对外展现了利用海藻吸取二氧化碳，将太阳能转化为生物51升燃料。此外，在微藻制乙醇方面，美国已开发出利用微藻替代糖来发酵生产乙醇的专利；日本两家公司联合开发出了利用微藻将二氧化碳转换成燃料乙醇的技术，且投入工业化生产。藻类优点浮游藻类过多虽然会导致湖沼的富养分化，具有很强的吸取二氧化碳并合成有机物的力量，

威逼水质，从而破坏生态系统，但这些藻类有望作为生物燃料的原料。 然而，蒸发浮游藻类所含的大量水分需要消耗大量能源， 因此利用浮游藻类生产生物燃料尚缺乏可行， 通过向浮游藻类中添加能与油脂成分严密结合的液化二甲醚， 成功提取出了可供燃烧的油脂。 当二甲醚与藻类细胞中的油脂成分结合后，只要在常温下使二甲醚蒸发，就能将油脂成分提取出来。利用上述方法所提取的油脂成分相当于枯燥藻类重量的约 40％，其燃烧后的发热量与汽油相当，可望成为有价值的“绿色原油”的原油。

使海藻产生有用在试验过程中，湿海藻浆液被注入化学反响器的前端。一旦系统运行起来，将在不到一个小时，生产出原油。除此之外还产生出水和含磷材料等副产品，类生长。

可以回收并促进更多的藻与其他传统精炼相比，粗藻类油转化成航空燃料，汽油或柴油，废水可以进一步处理，产生可燃气体和钾和氮等物质，随之被净化的水，还可以回收并使更多的藻类生长。虽然海藻始终被认为是生物燃料的潜在来源， 并有已经有几家公司进展以藻类为根底的燃料的规模化争论，KMD技术有效地驾驭藻类的能源潜力，并承受了很多方法来降低生产藻类燃料的本钱。KMD通过结合多种化学步骤为一个连续的过程，序。最重要的节约本钱的步骤是该方法适用于湿的藻类。

大大简化简化了从藻类到原油的生产程目前大多数进程需要藻类进展枯燥—这个过程，需要大量的精力和昂贵的费用。的工作过程可以应用于含水量的藻浆。“不需要进展枯燥是过程中的一个巨大的成功，可以大规模削减本钱。”

8090％比方能够从水中提取有用的气体，然后回收剩余的水分和养分，帮助种植更多的藻类，这进一步降低了本钱。”从湿藻类生物制造燃料，大局部工作在同一时间完成一个批次。

KMD系统连续运行，每1.5升藻浆。虽然这似乎不是很多，但它更接近于大规模商业化生产所需的连续系统的类型。KMD系统还消退了在当今最常见的藻类处理方法中所需要另一个步骤：

简单地处理从藻类的其余局部。相反，KMD团队在高压下撕开的物质使其经受温度格外高的水，将大局部的生物质转化为液体和气体燃料。“这个系统有点像是高压锅，，只不过我们使用高得多的压力和温度，”义上说，我们正在重复在地球上的藻类转化成石油的超过数百万年的这一历程，的更多、更快。”该过程的产品有：

“从某种意我们只是做粗油状物：可以被转换为航空燃料，汽油或柴油燃料。试验中，海藻的碳一般超过50％转化为能源原油- 有时高达70％。干净的水：它可以被重使用，以生长更多的藻类。气体燃料：它可以燃烧发电或者使用于燃烧压缩自然气的汽车。养分物：如氮，磷，钾 ——用于藻类生长的关键养分物质。制造出一种能将藻类短时间内变成可用原油的连续性化学方法，豆格外类似的翠绿色糊状物。

这种海藻是一种与豌将藻浆放入化学反响器的前端。设备启动后不到一小时就会流出原油，伴随流出的含有水和含磷物质的液体，这种液体可以循环利用种植更多的藻类。再经过一道传统的炼油过程，原油就会转化为航空燃油、汽油或柴油燃料。废水经过进一步加工就产生可燃气体和钾、氮物质，与纯洁水混合后也能回收再利用种植海藻。海藻始终被认为是一种生物燃料的潜在资源，KMD公司在试验研制出海藻基燃料。美国又在赶超世界20235月就任美国海军部长以来，始终致力于推动海军使用生物燃料。从那时起，除与农业部开展合作外，美国海军试验生物燃料的步伐明显加快。2023422日，美国海军在马里兰州帕图森河海军航空站对一架使用生物燃料的F/A-18F“超级大黄蜂”战斗攻击机进展了试飞。该机所用燃料为 空煤油和亚麻籽提炼油按1:比例混合而成2023年11月18日，美国海军对一架用了同样燃H-60“海鹰”直升机进展了试飞。2023824日，美国海军用同样燃料在帕图森河海军航空站对一架T-45“苍鹰”舰载教练机进展了试飞。 2023年10月3日，美国海军在帕克斯基地对一架使用生物燃料的MQ-8B“火力侦察兵”舰载无人直升机进展了试飞，航空煤油与骆驼刺提炼油混合而成。

该机所用燃料为JP-5在舰艇领域，美国的试验也取得了突破。用登陆艇上进展了生物燃料试验。该燃料为海藻油和

20231020日，美国海军在一艘1600通F-76航海燃油按1:1 比例混合而成。一个月后，美国海军用“福斯特”号驱除舰对同样燃油进展了试验。随着美国海军试验不断取得进展，越来越多的美国公司也日渐看好生物燃料的商业前景。据悉，通用原子能公司、蓝宝石能源公司、 SG生物燃料公司、Solazyme公司等企业目前都在生物燃料研制领域取得了不小进展。按马布斯的设想，到器装备的50%燃料将使用非传统化石燃料。

2023年美国海军的全部武众所周知，使用生物燃料的好处之一就是能够削减碳排放。 但美军对生物燃料如此热心绝不仅仅是为了环保。有军事专家指出，随着人类越来越依仗工业化成果， 能源安全的重要性越来越突出。而能源安全最直接的表现就是军用能源的安全，表现得极为明显。而美国明显已经在生物燃料领域走在了世界前列。

这一点早在二战期间就已经

而是将带动整个美军燃料供给体系发生变革。

对于很多同样面临能源保障问题的国家和军队而言，美军在此领域的进展值得高度关注。生物燃料可能没有想象的“绿”煤、石油等传统化石能源是目前全球消耗的最主要能源。 随着人类不断开采，化石能源的枯竭不行避开，大局部化石能源本世纪将被开采殆尽。另一方面，化石能源在使用过程中会增大量温室气体二氧化碳，同时产生一些有污染的烟气，从而威逼全球生态。生物燃料一般是泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料。由于利用的是自然界原本就存在的自然生物，生物燃料被认为可以替代化石燃料，成为可再生能源开发利用的重要方向。作为生物燃料的一种，乙醇的生产原料为玉米、甘蔗等生物源，是可再生能源。其燃烧30%左右。因而，燃料乙醇被称为“绿色能源”或“清洁燃料”。而且，燃料乙醇燃烧所排放的二.氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳在数量上根本持平， 可削减大气污染及抑制温室效应。很长一段时间，生物燃料始终被人们视为“绿色能源”，备受追捧。不过，近年来的一些科学争论已对生物燃料的“绿色”头衔提出质疑。增加臭氧浓度导致肺部受损美国的争论人员觉察，作为生物燃料来源的树木，它们在生长过程中会释放高浓度的有机化合物—异戊二烯，该物质会与空气中其他污染物〔如氮氧化物〕混合，增加种植地四周空气中的臭氧浓度。这些臭氧可能对人造成损害，导致生活在四周的人消灭肺部疾病，严峻的会导致人们吸入臭氧死亡，另外还会降低作物的产量。消耗大量粮食促使粮价上涨除了影响安康之外，制造生物燃料要消耗大量的粮食，导致粮价上涨。以美国为例，大量的玉米变成了乙醇汽油的原料，而非人们盘中的食物。经济法则很明显地在这个生产制作过程中起到作用—用于生物燃料的玉米越多，食物的价格将越高。世界银行的一份报告称，生物燃料对全球粮价上涨的“奉献率”达将全球3000万人推向贫困。

70%～75%，相当于整个生长加工过程由于种种问题，依托于淀粉、纤维素以及油脂的第一代、 其次代生物能源均有很大的局限，难以大规模应用。作为第三代生物能源的产油藻类是将来一种有前途的生物能源， 同时

需要极富养分化的水体环境，

随生活和工业污废水，我国每年排放到自然水体中氮素多达几百万吨， 这足以支持几千万吨海藻油的生产规模。利用藻类，特别是微藻，进展“生物原油”还具有其他陆地植物不具备的很多特别意义。第一，生长环境要求简洁，几乎能适应各种生长环境。不管是海水、淡水，室内、室外，还是一些荒凉的滩涂盐碱地、废弃的沼泽、 鱼塘、盐池等都可以种植微藻。 可利用不同类型水资源、开拓荒山丘陵和盐碱滩涂等非耕作水土资源，具有不与传统农业争地的优势。其次，微藻产量格外高。一般陆地能源植物一年只能收获一到两季， 而微藻几天就可收获一代， 而且不因收获而破坏生态系统，就单位面积产量来说比玉米高几十倍。第三， 产油率极高，达20%～70%。中科院海洋争论所获得了多株系油脂含量在 30%～40%的高产能藻株，微藻产油

7/平方米；雪藻每天能在1平方米光照面积内生产

35.3AFDW(去灰分干重)，该生物量相当于

46.4克植物种子量，

11倍。中国海洋大学拥有海洋藻类种质资源库，已收集

600余株海洋藻类种质资源，目前保有油脂含量接近 70%的微藻品种，在山东无棣县实施的裂壶藻 (油脂含量50%，DHA含量40%)养殖工程正在建设一期工程。但是，藻类含水量大，不好枯燥炼油，不过粉碎制浆后，应当可以承受溶剂油浸提萃取，就像现在的豆油一样。余下的纤维素的可以发酵制取沼气，剩下的沼渣可生产生物肥料。另外除藻类外，富养分化的开阔水面还可以放养水葫芦等浮水植物，收获后打浆发酵制取沼气和生物肥料。. . .... . .. . .KMD认为，防止潜在能源危机和削减温室气体必需要开发出可替代的再生燃料来源。科学家们已经尝试了各种来源，例如从玉米乙醇到大豆生物柴油。但是，要真正满足世界的燃料需求，争论人员必需想出一个尽可能在最小空间使用最少量资源产生尽可能多生物燃料的方法。它不仅能用从污水到咸水的各种水资源，也能在小而密集的暴露土地上生长。尽管藻类燃烧时还是会产生一些间能分别二氧化碳，而矿物燃料源性能源明显不行。

CO2，但它在生长期佛吉尼亚生物信息学争论所〔 VBI〕数据分析中心(DAC)的科学家们关心完成藻类Nannochloropisgaditana 的基因组装配，Nannochloropisgaditana 是一种海洋藻类，可能能生产脂质，从而为活性燃料来源生产必需品。中国藻类学争论日渐深入藻类是无根、茎、叶分化的孢子植物，从淡水到盐湖、从极地到温泉、从陆地到海35亿年前，藻类就消灭在地球上，对大气层中氧的形成起到关键作用。十几亿年前真核藻类消灭，演化出十多个门类、数万个种类，在全球二氧化碳固定和环境自净中起到格外重要的作用。我国藻类分子生物学和基因的争论工作已经在多种藻类上开展并取得进展。中科院武科中的应用，不仅提醒了很多以往未观看到的现象，同时还觉察了很多类型。中科院海洋争论所争论员费修绠在题为《藻类学争论的历史与将来》的主题评述报告2090年月中期以来，我国的藻类学争论进入了分子生物学和传统藻类学争论相结合的时期，这一时期不仅传统的藻类学争论连续活泼开展， 国家“863”打算、“973”打算等都对藻类分子生物学和生物技术的争论赐予了支持，藻类学争论的深度和广度不断扩大。目前，藻类生物技术争论的主要领域有：对传统的蓝色农业进展技术改造及遗传改良；海藻栽培、海洋药物、活性物质的争论和提取相结合；藻类栽培和改善海洋与湖泊水体生态环境相结合；藻类对全球气候变暖、降低大气CO2浓度已经起到和可能起到的巨大.作用受到关注；利用微藻和大型海藻生产生物质能源的争论启动。产业化前景宽阔β肪酸等生物活性物质，是人类重要的养分源。藻类资源在国民经济和人民生活中占有日益重要的地位，成为蛋白、药物和化工产品的宝库。我国已建立了世界上规模最大的藻类养殖业和海藻栽培业。中科院南海海洋争论所争论员向文洲在报告中说，际上的高度关注，其不仅涉及很多生命科学的重大问题，

近年来极端生物学的争论得到了国而且有着巨大的应用和开发价值，有关技术和产品有望在医疗保健、食品、精细加工、环境保护与治理以及太空生命维持系统等方面得以广泛应用。广泛筛选具有极端适应特征的微藻〔螺旋藻、盐藻〕，充分利用阳光、沿海滩涂和盐碱沙漠荒地，建立低本钱和开放式光合反响器产业化技术，已经成为微藻生物技术应用争论的重要方向。 以极端适应的螺旋藻为根底， 我国已建成国际上最大的藻类养殖基地。2023年我国有螺旋藻生产企业近 60个，螺旋藻干粉的生产量达2500

62%。与会专家认为，藻类学和藻类生物技术是进展蓝色农业、确保21世纪食品安全、提高人民生活质量的重要基石。充分利用现有藻类养殖基地，开发有巨大市场前景的极端微藻资源与产品，促进微藻产业的多元化进展，将是我国藻类产业安康可持续进展的必定选择。规模栽培保护环境随着沿海地区工农业进展和城市化进程的加快，大量陆源有机物、养分盐类的排入和大规模养殖所造成的海水自身污染， 都为赤潮生物的爆发性增殖供给了丰富的物质基础。仅长江输送入海的活性磷酸盐和溶解态无机氮，2023年我国近海未到达清洁海疆水质标准的面积约为

平均每年分别为60031万吨；13530平方公里，严峻和中度污染的海疆面积分别比 2023年增加了约3060和730平方公里。中国水产大学生命科学院教授何培民指出，要削减赤潮的发生频率和降低赤潮所造成的损失，人类唯一可做的只能是有效掌握海水的富养分化因素， 而掌握海水富养分化的重任只能由大型海藻来担当。何培民等在公里富养分化水体的生态修复工程试验，

2023年～2023年担当了上海城市沙滩 1.5平方争论结果显示，承受大型海藻江篱直接吸取氮磷，3个月内可使水体的活性磷和氨态氮几乎耗尽，治理富养分化效果格外显著。水质指标达到Ⅰ～Ⅱ类水质标准，透亮度最高达6米，成为我国第一例封闭型海区生态修复治理的典范。而在开放海区，何培民等从 2023年起对江苏启东吕泗港口进展了连续 3年的紫菜栽培生态修复跟踪争论，结果说明，在紫菜栽培期间，栽培区内养分盐含量明显下降，紫菜栽培可使海区水质由劣Ⅴ类到达Ⅰ～Ⅱ类水质标准。 蓝藻水华的频发和大规模爆发已经成为亟须解决的我国水环境重大问题之一。 今年太湖蓝藻爆发并造成无锡用水危机， 虽然是一次偶然大事，但其影响却是空前的，如何发挥藻类在海洋环境保护等方面的作用，成. . ..为摆在争论人员面前的重要课题。《国家中长期科技进展规划纲要》把“海洋生物资源保护和高效利用技术”以及“海洋生态与环境保护技术”列为“优先主题”，其中藻类将在资源和环境领域发挥重要作用。争论起步较晚，对蓝藻水华的发生气理、危害和掌握对策还缺乏深入、系统的生疏，对藻类毒素在与人类安康及毒素的掌握标准方面尚无相应的指标。可以推测，在将来的 5～10年，我国水体中蓝藻水华及其毒素污染总体上有加剧的趋势，制定、实施防治规划，开发出高效、廉价的掌握技术迫在眉睫。提升藻类根底争论水平近年来我国藻类多以技术性成果为主， 根底性争论的内容和成果不够突出； 藻类应用根底争论成果的数量和质量仍有待改进，产量世界第一，产品档次和产值偏低现象未得到根本改善，各类藻类产业的先进性和稳定性普遍存在问题，亟待改善。开发清洁的可再生能源已成为我国能源领域的一个紧迫课题，微藻可利用太阳能和水制作氢气，不受原料限制，可望为“氢能经济”大规模供给氢源。通过关键技术突破，绿藻光解水制氢有可能到达市场可承受的生产本钱， 是太阳能生物制氢争论的重点。 中科院植物所争论员黄芳说，微藻在自然界分布广泛，对生存环境适应性强，是固定太阳能的重要生物群体。应尽快整合各方面的优势，深入系统地开展对藻类放氢的应用根底争论，开掘我国特有的高效产氢藻株， 通过关键技术攻关，建立高效持续稳定的藻类规模化产氢系统，实现能源供给的可持续进展。专家指出，将来我国藻类学争论应首先加强前瞻性的根底争论， 争论内容应掩盖分类学、形态学和系统学，系统发育与进化生态学、藻类与环境，生理学、生物化学与生物活性物质，遗传学和育种学，生物多样性的现状与保护；争论的主产物——论文应当是少而精，有质量才会有生命力。同时，要加强栽培技术，改造相关的藻类生物学根底争论、藻微藻制油效益高目前，海洋专家已经培育出的富油微藻，最高含油比已经到达 68％，并在此根底上制取生物柴油。据了解，我国的有机碳组成中，海洋藻类占了 1／微藻制油效益高目前，海洋专家已经培育出的富油微藻，最高含油比已经到达 68％，并在此根底上制取生物柴油。据了解，我国的有机碳组成中，海洋藻类占了 1／3，藻类是一种数量巨大的可再生资源，也是将来供给生物质能源的潜在宝库。“在显微镜下，海藻就像一个油葫芦，比油菜籽、花生的含油量高7～8倍，比玉米高十几倍。”山东海洋工程争论院院长李乃胜介绍，海洋微藻制取生物柴油是目前国际能源领域的方向。. . ...... . .. . .微藻对环境的适应力很强，在很恶劣的条件下仍能生存，也不会因收获而破坏生态系统，可大量培育而不占用耕地。它的光合作用效率高，生长周期短，单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍，而且微藻脂类含量在2070％，是陆地植物远远达不到的，在一年的生长期内，一公顷玉米能产172升生物质燃油，一公顷大豆能产 446升，一公顷油菜籽能产1190升，一公顷棕榈树能产 5950升，而一公顷微藻能产 9.5万升。微藻不仅可生产生物柴油或乙醇，还有望成为生产氢气的原料。微藻的个体小，木素含量很低，易被粉碎和枯燥，用微藻来生产液体燃料所需的处理和加工条件相对较低，生产本钱低。而且微藻热解所得生物质燃油热值高，平均高达每千克33兆焦耳，是木材或农作物秸秆的专家指出，中国盐碱地面积达

1.6倍。1.5亿亩。假设用 14％的盐碱地培育微藻，在技术成熟的条件下，生产的柴油量就可满足全国 50％的用油需求。微藻固碳清洁无害封存、废弃煤矿封存、油田封存等，都存在本钱高、难操作和可能引起其他环境灾难的问题。而生物法固定二氧化碳是地球上主要的、有效的固碳方式。与此同时，能源紧缺是全球性问题，进展低碳排放的可再生能源和生物质能源， 是解决能源紧缺的重要出路。 假设能用二氧化碳生产生物质油，将二氧化碳化害为利、变废为宝，一举数得。”中国海洋大学教授潘克厚说，“微藻在生长过程中还可利用废弃二氧化碳， 从而与二氧化碳的处理和减排相结合，国外已经有利用发电厂排放的废弃二氧化碳生产微藻的尝试， 占地1平方公里的养藻场一年可以处理 5万吨二氧化碳。”60260TY吨，利用微藻技术，二氧化碳的捕集753030％。估算可处理二氧化碳195万吨，可收获物质油 17.55万吨。“就这个工程而言，在封存和利用二氧化碳的同时， 还能产生97.5 万吨的氧气；另外，假设能把这个工程减排的二氧化碳纳入清洁进展机制(CDM)，还能获得额外收益。”田原宇对这项技术的经济效益格外看好。值得留意的是，地球上的光合作用 90％是由藻类进展的。微藻能够有效地利用太阳能，通过光合作用固定二氧化碳，将无机物转化为氢、高不饱和烷烃、油脂等能源物质；而且微藻生物能源可以再生，燃烧后不排放有毒有害物质，对大气二氧化碳没有净增加。国外大力开发微藻1976年起就启动了微藻能源争论，攻关以化石燃料产生的废气生产高含脂微藻。这一打算虽然因经费精简、藻类制油本钱过高于 1996年终止，但美国科学家已经培育出了富油的工程小环藻。这种藻类在试验室条件下的脂质含量可到达60(富油的工程小环藻。这种藻类在试验室条件下的脂质含量可到达60(比自然状态下微藻的脂质含量提高了3～12倍)，户外生产也可增加到4％以上，为后来的争论供给了坚实根底。2023年，美国两家企业建立了可与1040兆瓦电厂烟道气相连接的商业化系统，成功地利用烟道气中的二氧化碳进展大规模光合成培育微藻，并将微藻转化为生物2023年，美国宣布由国家能源局支持的微型曼哈顿打算，打算在2023年实现微藻制备生物柴油工业化，各项技术研发全面提速。2023年，以色列一家公司对外展现了利用海藻吸取二氧化碳，将太阳能转化为生物质能的技术，每5千克藻类可生产1升燃料。此外，在微藻制乙醇方面，美国已开发出利用微藻替代糖来发酵生产乙醇的专利；日本两家公司联合开发出了利用微藻将二氧化碳转换成燃料乙醇的技术，打算在2023年研制出有关设备，并投入工业化生产。到数千万吨。这并非遥不行及。在科研人员的乐观探究下，国内在海洋微方面已取得可喜成果，更宏大的工程正在酝酿之中。

藻制取生物柴油微藻汽油可望满足全国一半用油“在显微镜下，海藻就像一个油葫芦，比油菜籽、花生的含油量高 7～8倍，比玉米高十几倍。”山东海洋工程争论院院长李乃胜介绍，海洋微源领域的方向。

藻制取生物柴油是目前国际能专家指出，中国盐碱地面积达 1.5亿亩。假设用 14%的盐碱地培育微藻，在技术成熟

50%的用油需求。而不占用耕地。另外，它的光合作用效率高，生长周期短，单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍。而且微藻脂类含量在20%70%，是陆地植物远远达不到的，不仅可生产生物汽柴油或乙醇，还有望成为生产氢气的原料。微藻制油需国家立项支持鉴于微藻的重要能源价值以及世界各国对能源微藻争论不断深入， 有专家建议，中国应马上启动微藻产乙醇、产油技术的争论，对微藻产氢也要留意动态跟踪，作好长远规划。中国在能源微藻根底争论方面拥有很强的研发力气，众多高校和科研院所担当了多项国家及省部级微藻分类、育种和保存技术争论，拥有一大批淡水和海水微藻种质资源。目前中国在微藻大规模养殖方面已走在世界前列。. . ...... . .. . .专家建议，利用微藻制取生物汽油，具有重要的政治、经济、科学意义，国家对此应加大科技支持力度，使之上升为国家工程。微藻制油需要国家立项支持，科技部、发改委、财政部、能源局等部委在科技立项时，要向微藻制油倾斜，鼓舞相关企业开发微藻制油自动化设备，大力促进微藻制油产业化。卡尔文循环卡尔文循环(Calvin cycle)，一译开尔文循环，又称光合碳循环〔碳反响〕。是一种类似于克雷布斯循环〔Krebscycle ，或称柠檬酸循环〕的陈代谢过程，可使其动物质以分子的形态进入和离开此循环后发生再生。 碳以二氧化碳的形态进入并以糖的形态离开卡尔文循环。整个循环是利用高能电子来制造糖。

ATP作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗

NADPH，如此可增加从卡尔文循环中所直接制造出来的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一种称为卡尔文循环glyceraldehyde 3-phosphate (G3P)的三碳糖。为了要合成一摩尔这种糖，整个循环过程必须发生6次的取代作用，固定三摩尔二氧化碳。

当我们在追踪循环的每一个步骤时， 就是要留意这三摩尔二氧化碳在整个反响过程中的变化情形。生物意义卡尔文循环是光合作用中碳反响的一局部。个阶段: 羧化、复原和二磷酸核酮糖的再生。

反响场所为叶绿体内的基质。 循环可分为三大局部植物会将吸取到的一分子二氧化碳通过一种叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一个五碳糖分子 1，5-二磷酸核酮糖〔RuBP〕的其次位碳原子上。此过程称为二氧化碳的固定。这一步反响的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子活化，使之随后能被复原。但这种六碳化合物极不稳定，会马上分解为两分子的三碳化3-NADPH复原，此过程需要消耗ATP3-磷酸丙糖。后来经过一系列简单的生化反响，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环。剩下的五个碳原子经一系列变化，最终再生成一个开头。循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。

1，5-二磷酸核酮糖，循环重碳的固定卡尔文将每个个别的 CO2附着在一个称为ribulose-1,5-bisphosphate( 简称 RuBP)的五碳糖上以合并之。催化起始步骤的酶是 RuBPcarboxylase 〔1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶〕，或rubisco 。(这是在叶绿体中最丰富的蛋白质，而且也可能是地球上最丰富的)这个反响的产物是一种含六个碳而且格外不稳定的中间产物，其马上就会分裂为二3-phosphoglycerate(PGA3-磷酸甘油酸〕。3-磷酸甘油醛(G3P(PGAL))的合成每摩尔的3-phosphoglycerate 接收一个额外的磷酸盐基，接着有一种酶会将此磷酸盐基转换为ATP。然后，一由NADPH所捐出的电子对3-bisphosphoglycerateNADPH而来的电子削减

G3P(glyceraldehyde-3-phosphate)

。格外明确地，由 了3-phosphoglyce-rate 中的carboyxlgroup 而形成了G3P中的carbonylgroup ，如此可驻留更多的位能。G3P是一种糖类──由葡萄糖经过糖原酵解而分裂所产生的三碳糖。留意，每三摩尔的CO2就可产生六摩尔的G3P，但是只有一摩尔的这种三碳糖能够真正被获得。循环一开头是以具有15个碳的价值的碳水合化物去形成三摩尔的五碳糖 RuBP。现在具有18个碳的价值的碳水化合物形成了六摩尔的是其他的五摩尔则必需被回收以形成三摩尔的二磷酸核酮糖(RuBP)的再形成

G3P，一摩尔脱离了循环而被植物细胞所使用，但RuBP。

G3P的碳的骨架在Calvincycle 的最终一个步骤被

RuBP。为了完成这个步骤，此循环多消耗了三摩尔的

RuBP又预备好了要再度接收

CO2，整个循环又可以连续。在合成一摩尔 G3P方面，卡尔文循ATP和G3PCalvincycle

ATP和六摩尔的NADPH，然后借助光反响可再补充这些 NADPH。中的副产品，然后又成为整个陈代谢步骤的起动物质，以合成其他的有机化合物，包括葡萄糖和其他碳水化合物。 既不是单独的光反响也不是单独的卡尔文循环就可以利用CO2来制造葡萄糖。光合作用是一种在完整的叶绿体中会自然发生的现象， 且叶绿体整合了光合作用的两个阶段。50年月中后期觉察了有关植物光合作用的“卡尔文循环”，即植物的叶绿体如何通过光合作用把二氧化碳转化为机体内的碳水化合物的循环过程。首次提醒了自然界最根本的生命过程，对生命起源的争论具有重要意义。卡尔文因此获得了1961[1]卡尔文循环又称光合碳循环是一种类似于 Kerbscycle 的陈代谢过程，其可使起动物质以分子的形态进入和离开这循环后发生再生。 碳以二氧化碳的形态进入并以糖的形态离开Calvin cycle。整个循环是利用

ATP作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗

NADPH，如

中所直接制造出来的碳水化合物并不是葡萄

glyceraldehyde3-phosphate(G3P)

的三碳糖。为了要合成一摩尔这种碳，整个循环过程必需发生三次的取代作用，固定三摩尔二氧化碳。卡尔文循环〔Cycle〕是光合作用的暗反响的一局部。

Calvin微藻水热液化生物油物理性质与测量方法综述2

藻类文献;王东; 耀东张冀翔;

共享化工进展分化工学报

. . .

宝辉;王 享..... . .. . .东; 魏耀东3的制备与提质改性争论4究与机理分析5 及水热液化制备生物质油的优化工艺争论6学特性争论7油的争论8究

盖超魏萱

共享浙江大学共享山东大学共享浙江大学共享合肥工业大学共享中国农业大学共享中国海洋大学大型海藻生物质热解动力学及热9 解液化工艺争论

分中国科学院研 享究生院〔海洋争论所〕用争论微藻及其模型化合物的水热液化产物

共享浙江工业大学共享微藻水热液化制备生物油的过程方丽娜石河子大学掌握及分析的争论分生物质水热液化制备生物油及其 享朱哲天津大学性质分析的争论共享生物油催化提质合成车用燃料 冯刚 浙江大学微藻对水热液化废水养分的循环张丽中国农业大学利用及代谢途径争论美国微藻生物柴油产业环境分析来源：中国科学院上海科技查询问中心由于全球能源需求不断扩大，寻求能够替代石油在能源构造中占主导地位的可再生清洁

以其为可再生性的环保燃料能源而得到各国的广泛关注。

生产和使用

50余年。大量事实证明，在包括油料作物、回收烹饪油、动物油以及微生物油等用以提炼燃料的各类物品中，大对微藻生物柴油的支持力度。

又以微藻最具优势。近年来，各国纷纷加美国是生物能源最乐观的提倡者。 金融危机爆发后， 由于生物燃料可制造的就业机会、促进经济增长、加强能源构造多元化， 以及削减温室气体排放等因素，加乐观地进展生物燃料。

促使美国更早在20世纪70年月，美国对利用微藻生产生物柴油就产生了深厚的兴趣，并在 80年月初由国家可再生能源试验室〔NREL〕牵头并联合多个单位进展了可用于生产生物柴油的微藻资源调查与筛选等根底争论。1978年，美国能源部通过国家可再生能源试验室启动的一项利用微藻生产生物柴油的“水生生物种打算”〔U.S.DepartmentofEnergy’sAquatic SpeciesProgram:BiodieselfromAlgae〕，5亿美元，争论人员经过十多年的努力，到藻种选育，再到微藻规模培育等一系列卓有成效的探究工作。大推动了微藻可再生能源的争论与开发。相应的争论进展过程如以下图

开展了从微藻生物资源普查，这一工程的启动与开展， 大1所示。202311月，美国绿色能源科技公司和亚利桑那公众效劳公司在亚利桑那州建立了可1040兆瓦电厂烟道气相连接的商业化系统，成功地利用烟道气的二氧化碳，大规模光合成培育微藻，并将微藻转化为生物“原油”，每年每英亩可供给5000～10000加仑生物柴油。. . ...... . .. . .. . .. . .2023年，由美国能源部圣地亚国家试验室牵头，美国十几家试验室和上百位科学家组成的联盟宣布了由国家能源局支持的“微型曼哈顿打算”，打算在油的工业化。美国能源局打算在各项技术全面进展的前提下，

2023年实现微藻制备生物柴2023年将微藻产油的本钱下2～3美元／加仑。最近，美国肯塔基能源应用争论中心宣布投资究如何利用藻类来清洁火电厂排放的二氧化碳和烟尘。

350万美元，用于研图1“水生生物种打算”微藻生物柴油研发流程2023年，雪佛龙公司与美国联邦争论人员组成了伙伴关系，共同进展藻类燃料的争论。荷兰皇家壳牌公司宣布将与位于美国夏威夷的

HR生物石油公司(HRBioPetroleum)合资建立一家名为Cellana 的公司，通过使用海洋浅塘和日光在 10万公顷的地方培育水藻。包括霍

Raytheon公司在内的世界

500强公司也都在着手研发藻类燃料。埃克森美

56年里投资6亿美元，与美国加州的合成基因公司合作，

利用可进展光合作用的海藻，争论和开发与现有汽油和柴油燃料兼容的先进生物质燃料，对生物质燃料最大的投资之一。

这是迄今为止2023年奥巴马在竞选美国总统时宣称：

生物燃料—特别是生物柴油是一个关键的资源，再使美国富强，由于使用在外乡生长的可再生原料，它将制造的

“绿色就业时机”(GreenJobs), 同时削减对国外石油的依靠。

20236(ICIsChemicalBusiness)

：美国将投资和贷款保证来支持生物炼油厂和生物化工。2023年12月9～10日， 美国DOE能效与可再生能源办公室的生物质工程组在马里兰大学召开了“藻类生物燃料技术路线图”

收集关于建立以藻类为根底的大规模生物燃料产业所存在的潜在障碍以及实现这一目标的战略，

该路线图草图于 2023 年6

进展广泛的意见征询。2023628日，

美国枟藻类生物燃料技术路线图枠〔National AlgalBiofuels

TechnologyRoadmap

〕正式公布〔2〕，对目前以藻类为原料进展液态运输燃料生产的研觉察状、面临的挑战及解决途径进展了描述， 从科学、经济、政策前景等方面对藻类生物燃料的研发投资进展支持与指导。表2美国枟藻类生物燃料技术路线图枠跨越藻类生物燃料研发壁垒：技术目标过程步骤原料

研发挑战u 从大量环境野生菌株中分别模式菌株；u 开发小规模、高通量筛选技术；u 开发开放式存取的数据库，特征的菌株；

收集现有的具有具体u探究燃料原料生产的遗传学和生化途径；u通过基因手段和育种技术得到标准菌株藻类培育u整合多种方法〔如开放、闭合、混合系统； 光能自养、厌氧等培育方式〕 ；u实现健全稳定的商业化规模培育；u优化操作系统， 提高藻类燃料的原料生产力；u对土地、水源和养分的利用进展可持续、低本钱的治理；u鉴定并解决环境风险和影响问题。收获与脱水u整合多种收获方法〔如沉淀、絮凝、溶气气浮、过滤、离心等〕 ；u尽可能地削减过程能耗；u降低生产与运营本钱；u从整个系统的兼容性和可持续性方面评估每一项技转化 提取与分馏 u

术。整合多种方法〔如声波降解法、超临界流体、亚临界水、选择性萃取等〕u u

；保存副产物；u 探究循环机制，u 抑制过程放大壁垒，副反响和分别等。

削减废弃物；如操作温度、压力、容量、燃料转化u争论多种方法实现液体运输燃料生产；uu提高催化剂的特异性、活性和耐受性；削减杂质和反响抑制物；u尽可能地降低过程能耗和尾气排放；u提高放大条件下的转化速率。副产物u鉴定、评估藻类剩余物中的高附加值化学品、 能源、材料等副产物；u 优化副产物的提取和复原过程；u 进展市场分析，到达适用性标准

包括质量和安全性试验， 确保根底设施 安排与利用 uuu

确定不同存储和运输条件下污染物、气候对藻类生物质、中间体、生物，燃料和生物制品性质的影响， 以及可能造成的不稳定性和终产物变异；优化能源和本钱在设施、选址等方面的安排；u 遵从各项利用规章， 满足全部客户需求。资源与选址 u

在培育条件综合评估的根底上，进展选址；

为藻类生产系统u 综合利用污水处理和〔或〕能自养法条件下〕 ；

CO２排放系统〔光u 留意盐平衡、能量平衡、水和养分再利用以及热量治理。追求战略研发： 技术经济模拟与分析技术经济模拟与分析贯穿整个从藻类到生物燃料的供给链， 为实现可行的、可持续的藻类生物燃料产业及其副产品工业供给了时机，2023628日美国DOE宣布，

对指导科研实践至关重要。对三个解决藻类生物燃料商业化进程中主要障碍的争论团队供给2400万美元的资助，表3DOE资助的藻类争论团队

打算持续三年。团队

组成亚利桑那州立大学带着

资助金额万美元

内容测试藻类生物燃料作为石油

任务藻类转化为生物燃料和生物基产品的生化转化盟 燃料替代品的

分析藻类燃料盟Cellana公司联盟

加利福尼亚大学圣地亚哥分校带着Cellana 带着

相容性900万美元 藻类作为生物燃料原料的争论900万美元 藻技术和燃料

和燃料中间体的物理化学性质藻类保护途径、藻类对养分利用和回收、开发基因操作工具整合最藻类收获技术和中试规模的培育测试设备， 将海洋养殖藻类作为水产养殖饲料近年来由于石油资源日益枯竭、 环保(尤其是CO2减排的迫切性)等因素, 生物能源的开发日益受到人们的重视。生物能源中的一个重要产品是生物柴油 ,提起生物柴油的原料，我们可能会想到玉米和大豆，从它们“体内”提炼出的乙醇和生物柴油，能有效降低碳排放，削减环境污染。但与此同时，由于这两种作物的培育周期较长、占地面积较大，会产生“与粮争地”问题，从而导致“解决了能源危机，却消灭粮食危机”的为难结果。于是乎，来自海洋的藻类，便进入了科学家们的视线。一、微藻制油简介、微藻制油的背景近年来，国际市场石油价格居高不下，我国从１９９３年起已经成为一个石油进口国。进口原油不但用去大量外汇，而且主要从局势不稳定的中东地区进口，就会造成石油供给削减或中断，将严峻威逼国家安全和国民经济的进展。

一旦有突发大事发生，在世界能源形势日趋紧急的大背景下，查找一种绿色的可持续进展的能源，成为各国普遍关注的科学问题。其中利用海洋微型藻类制取柴油、乙醇等，已在日美等国科学界开头探究。我国也应马上启动微藻制油技术的争论，以应对“后石油时代”的能源危机。我国的有机碳组成中，海洋藻类占了１