生物质转化工程-课件

生物炼制、生物基化学品及生物质水热转化生物炼制、生物基化学品及生物质水热转化1生物质生物质种类繁多，总量巨大生物质生物质种类繁多，总量巨大2生物质结构生物质结构3生物能源的历史沿革工业革命之前主要的能量（热量、蒸汽）等及炼铁的焦炭等来源煤的使用石油的大规模炼制生物能源研究重新兴起生物能源的历史沿革工业革命之前主要的能量（热量、蒸汽）等及炼4生物质能源的应用形式生物质能源的应用形式5

基于化石资源的传统化工利用不可再生的化石资源，集中的生产方式，高效的生产效率，创造了大量的物质财富，满足了人类的物质生活需要，开创了当今的繁华盛世。基于化石资源的传统化工的巨大成就基于化石资源的传统化工利用不可再生的化石资源，集中的6核心技术开发催化裂化固定床移动床提升管原料:稳定

大规模供应技术:催化剂

工艺产品:燃料,化学品煤化工及石油化工对生物质利用的启示核心技术开发催化裂化固定床移动床提升管原料:技术:产品:煤化7热电厂

2.8BillionTon微藻及其他生物质CO2EmissionAdsorption低碳工业

石油化工1.1BillionTon黑色金属

0.6BillionTon

水泥化工0.9BillionTon二氧化碳减排煤化工及石油化工对生物质利用的启示热电厂微藻及其他生物质CO2Emission8不可再生的”碳氢化合物(hydrocarbons)”时代燃料和化学工业

可再生的”碳水化合物(carbohydrates)”时代不可再生的”碳氢化合物(hydrocarbons)”时代9产品生物质炼制生物质CO2化学生物技术工程废弃物-食物;-生物塑料;-溶剂;-纤维;生物洗涤剂;化学品-燃料-…….产品生物质炼制生物质CO2化学生物技术工程废弃物-食物;10生物质炼制：生物催化与化学催化的有机结合生物炼制：以可再生的生物质为原料，经过生物、化学、物理方法或这几种方法集成的方法，生产一系列化学品、材料与能源的新型工业模式。Science,2006,311:484-498燃料化学品材料生物合成气平台热、电生物质生物催化化学催化物理方法……生物质炼制：生物催化与化学催化的有机结合生物炼制：以可再生的11NREL’sDefinition

美国国家再生能源实验室（U.S.NationalRenewableEnergyLaboratory,NREL）:

以生物质为原料，将生物质转化工艺和设备相结合，用来生产燃料、电热能和化学产品集成的装置。NREL’sDefinition美国国家再生能源实12平台化合物基础原料成份分离SGC2C3C5C6C4高分子材料淀粉半纤维素纤维素木质素油脂蛋白质碳水化合物糖平台葡萄糖果糖甘露糖半乳糖木糖阿拉伯糖热化学平台生物质生物质H2、甲烷混合醇

衣康酸乙酰丙酸富马酸丁二酸天冬氨酸苹果酸柠檬酸葡萄糖酸山梨醇乳酸、甘油丙烯酸3-羟基丙酸乙醇、乙烯生物化学……生物炼制过程与产品平台化合物基础原料成份分离SGC2C3C5C6C4高分子材料13石油炼制生物炼制粗原料终产品原料

中间体平台

化合物衍生

化学品合成

中间体石油基平台化合物的生物替代石油炼制生物炼制粗原料终产品原料

中间体平台

化合物衍生

化14

生物基产品占石化产品总额从2000年的不到1%，增长到2008年的6%，并每年以高于30%的速度增长，生物基塑料更是以38%的速度增长。

OECD预测：至2030年，将有35%化学品和其它工业产品来自生物制造。美国：到2030年替代25%有机化学品和20%的石油燃料。欧盟：化学品替代10-20%，其中化工原料替代6-12%，精细化学品替代30-60%。工业39%农业36%医药25%2030年：生物技术的经济贡献与环境效益生物基化学品正成为全球战略性新兴产业

生物基产品占石化产品总额从2000年的不到1%，增长到2015生物基化学品已成为大型跨国公司竞争的焦点杜邦公司剥离石油资产，购买了生物技术公司和组织农业综合企业，未来3年将向应用生物技术部门投资5亿美元，并将2010年销售额的25%定位于生物质产品。欧洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨国公司已纷纷转向工业生物技术领域，并已有产品投放市场。Dowpharma，Cambrex和Archimica等精细化工公司，主要通过收购其他相关公司来大幅度增强其生物催化研发能力。IBM、Microsoft等IT巨头也纷纷涉足生物技术的研究与开发AmanoEnzyme,Codexis，BioCatalytics,Novozymes，Bioverdent等大型跨国公司十分关注中国市场的开发，纷纷在我国设立以生物制造为核心技术的分支研发机构或工厂，必将对我国新兴生物制造产业形成新一轮的冲击。生物基化学品已成为大型跨国公司竞争的焦点杜邦公司剥离石油资产16资料来自EuropaBio主席SijbesmaF报告生物基化学品是推动节能减排和发展低碳经济基本国策的必然选择

废水降低65％能耗降低65％成本降低50％传统方法10步化学合成生物法1步发酵+酶法头孢菌素

原料降低37%

能耗降低30%CO2减排63%1,3-丙二醇传统方法化学法生物法工程菌发酵精细化学品大宗化学品

蒸汽降低80％电耗降低67％

CO2降低80％原料降低8％质量显著提升传统方法硫酸或铜催化水合生物法全细胞催化大宗化学品丙烯酰胺资料来自EuropaBio主席SijbesmaF报告生物基17乳酸聚乳酸糖丙烯酸催化脱水发酵

1mol葡萄糖可以生成2mol乳酸，理论上1吨糖可得1吨乳酸，实际转化率可以达到90－95％。乳酸——重要C3平台化合物乳酸聚乳酸糖丙烯酸催化脱水发酵1mol葡萄糖可以生18聚乳酸可再生资源乳酸的聚合物聚乳酸是一种极有前途的生物材料乳酸生物相容性材料生物可降解塑料聚乳酸良好的机械性能和物理性能——纺织品良好的生物可降解性——包装材料良好的生物相容性——医药领域聚乳酸可再生资源乳酸的聚合物聚乳酸是一种极有前途的生物材料乳19Cargill–DevelopedPLAProcess2001年CargillDow公司年产聚乳酸14万吨的工厂投产。

2020年世界聚乳酸需求量每年达1150～2300万吨。Cargill–DevelopedPLAProces20生物基丙烯酸丙烯酸乳酸

发酵

脱水

多步反应2010年丙烯酸需求量达到116万吨生物基丙烯酸丙烯酸乳酸发酵脱水多步反应2010年丙烯酸211,3-丙二醇1,3-丙二醇PTT1,3-丙二醇1,3-丙二醇PTT22一种新型的聚酯材料，它与聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）相比具有更优良的特性。尼龙样的弹性恢复，在全色范围内无需添加特殊化学品即能呈现良好的连续印染特性，抗紫外、臭氧和氮氧化合物的着色性，抗内应力，低水吸附，低静电以及良好生物降解性能等。这些特性显示出PTT美好的工业化前景，它不仅可以作为新型合成纤维在地毯和纺织品方面有着广阔的应用前景，而且在工程热塑性塑料领域也有巨大的应用潜力，因此PTT将成为PET、PBT、尼龙66等聚合物的强劲竞争对手。聚二甲苯丙二酯PTT一种新型的聚酯材料，它与聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚对苯23乙烯聚乙烯环氧乙烷乙二醇苯乙烯乙丙橡胶VAE乙烯是生产有机化工产品最重要的基础原料，是生产高分子材料用量最大的原料单体生物乙烯到2020年乙烯的自给率不超过58%。发展生物乙烯是保障我国能源安全和社会经济可持续发展的必由之路，是石油替代战略的重要内容，是石油乙烯的重要补充，是发展生物基大宗化学品和生物基材料产业的基础。研究背景乙烯需求乙烯应用乙烯聚环乙二醇苯乙烯乙丙橡胶VAE乙烯是生产有机化工产品最24

原料来源广泛，可再生反应条件温和工艺流程简单，操作方便装置能耗低，装置设备少建厂不受地域性限制装置投资低，占地面积小，

建设周期短，投资回收快环境友好生物乙烯特点石油基乙烯生物基乙烯蒸汽裂解工艺乙醇脱水制乙烯工艺

优势原料来源广泛，可再生生物乙25低成本乙醇生产技术新型反应器设计高性能脱水催化剂生物乙烯生产工艺系统集成生物乙烯产业化关键技术工艺耦合一体化设计高效节能分离系统低成本乙醇生产技术新型反应器设计高性能脱水催化剂生物乙烯生产26关键技术1：低成本乙醇生产技术研究秸秆（木质纤维素）木薯甜高粱北京化工大学中科院微生物研究所南京工业大学玉米以非粮原料替代粮食原料生产乙醇，直接从源头上降低生物乙烯的生产成本，保障生物乙烯原料供给。强强联手联合攻关天津科技大学山东大学中国农科院南京工业大学江南大学南京工业大学安徽丰原集团中石化、中粮纤维素乙醇工艺路线甜高粱汁的发酵工艺木薯原料发酵高浓度乙醇关键技术1：低成本乙醇生产技术研究秸秆木薯甜高粱北京化工大学27联合中石化进行3000吨/年秸秆处理量的木质纤维素乙醇的成套工艺中试研究，联合中粮在黑龙江肇东建成500吨/年纤维素乙醇的中试生产线。①纤维素乙醇生产工艺研究木质纤维预处理技术酶制备技术与纤维素酶水解技术菌株与发酵技术低能耗的糖液、乙醇提浓技术木质素综合利用技术主要解决以下问题：联合中石化进行3000吨/年秸秆处理量的木质纤维素乙醇的成套28采用稀酸/蒸爆(螺杆造压爆破)联合预处理技术，建立了一套低成本、高效、快速的纤维素预处理工艺技术，戊糖得率85%以上。实现目标针对纤维素原料预处理周期长、效率低、成本高的问题80型螺杆蒸爆装置150型螺杆蒸爆装置150型螺杆蒸爆装置实现连续蒸爆三段式螺杆蒸爆装置采用稀酸/蒸爆(螺杆造压爆破)联合预处理技术，建立了一套低成29筛选获得高活力纤维素酶菌，采用液体深层发酵制备纤维素酶技术，降低纤维素酶生产成本，纤维素水解得率可达85%以上。对商品纤维素酶进行了比选及复配，较单一纤维素酶，多种酶系成分协同作用，其纤维素酶的水解效率提高了30%以上，总糖浓度达33.6g/L。设计加工了适用于高底物浓度酶解的新型卧式酶解反应器，底物浓度可以达到30%以上，总糖浓度可以达到250g/L以上。针对纤维素酶酶解效率低的问题实现目标立式内搅拌搅拌桨AA-二框板；B-三框板，C-翅型，D-双螺带BCD卧式内搅拌A：一挡板，B：二挡板，C：三挡板，D：四挡板，搅拌桨ACBD筛选获得高活力纤维素酶菌，采用液体深层发酵制备纤维素酶技术，30②甜高粱汁发酵生产乙醇工艺研究研究以乙酸水解预处理甜高粱渣半纤维素，制糖发酵生产的新工艺技术，降低酸的用量，生产工艺绿色化，水解半纤维素在80%以上，制糖得率在0.5克/克甜高粱渣。采用固定化细胞反应器，利用甜高粱杆榨汁废渣进行固定化酵母细胞发酵。乙醇浓度高达15%，糖转化率达到96％以上，连续发酵30天。针对传统水解法水解液含盐类过高,后处理废物对环境不友好的问题：针对发酵生产过程中效率低的问题实现目标②甜高粱汁发酵生产乙醇工艺研究研究以乙酸水解预处理甜高粱渣31③木薯原料发酵产乙醇研究研究多酶系和酵母糖化发酵机理建立“糖化-发酵”耦合动力学模型，控制发酵过程物流平衡。发酵周期缩短12h左右，酒度提高0.6度，原料相对出酒率提高4.6%，最大限度消除酒精浓醪发酵过程中的前期高渗抑制与后期糖化速度限制从而提高浓醪发酵速度(提高了15%)。针对单一淀粉酶降解效率低发酵周期长的问题实现目标③木薯原料发酵产乙醇研究研究多酶系和酵母糖化发酵机理建立“32④高产乙醇菌种构建研究

降低原料对乙醇的转化率，增加生产中的原料成本。严重影响催化剂寿命。解决措施：基因工程菌的构建

采用代谢工程及基因工程等技术手段，优化糖代谢网络，构建低产高级醇的酵母菌种。初步完成低产高级醇酵母菌株的构建工作高级醇总量下降了60%。④高产乙醇菌种构建研究降低原料对乙醇的转化率，增加生产33关键技术2:高性能脱水催化剂研究

分子筛催化剂氧化铝催化剂反应温度高，空速低，稳定性好，寿命长。反应温度低、空速高；抗积碳能力差、寿命短。通过金属负载，调整催化剂的表面性能，提高原料处理能力和乙烯选择性，减少副反应通过筛选合适的载体、寻找载体改性及成型方法，提高催化剂抗积碳能力和水热稳定性，延长催化使用寿命催化剂特性研究内容相互借鉴、取长补短现有工艺使用的催化剂具有开发前景的催化剂关键技术2:高性能脱水催化剂研究

分子筛催化剂氧化铝催化剂反34

①高性能γ-Al2O3

合成与改性研究γ-Al2O3沉淀法溶胶-凝胶法

铁浸渍改性0.5%Fe/γ-Al2O3

反应温度380℃乙醇浓度92.4wt%空速1.2h-1，乙醇转化率和乙烯选择性分别为99.9%和98.6%非离子模板剂P123以异丙醇铝为铝源，乙醇为溶剂反应温度380℃，无水乙醇，空速2.5h-1时，乙醇转化率和乙烯选择性分别能达到98.2%和99.8%

介孔γ-Al2O3

铁浸渍改性现有γ-Al2O3的反应温度380℃，转化率98%，选择性96%，空速0.6-0.8h-1。转化率、乙烯选择性和反应空速都得以提高。1%Fe/介孔γ-Al2O3①高性能γ-Al2O3合成与改性研究γ-Al2O3沉35成型研究润滑剂、粘合剂等助剂的添加合适的粒径、粒度分布、比表面积催化活性与选择性等催化性能考察合适的表面酸性、孔体积及空隙率

强度:12N/mm

抗粉化能力:1年

乙醇转化率:98%~99%

乙烯选择性:98%~99%

催化剂寿命：31天成型后的性能参数②高性能HZSM-5分子筛催化剂研究成型研究润滑剂、粘合剂合适的粒径、粒度催化活性与选择性合适的36③载体复合改性和工艺条件优化HZSM-5助剂La和K含量反应物乙醇浓度催化剂焙烧温度反应空速反应温度优化工艺金属元素3%La-K/HZSM-5非金属元素寿命试验放大试验La3+、Ce3+、Sm3+、Eu3+

Mg2+、Ca2+、Sr2+

、Ba2+

锌、铁、锰、钴、镉、锆

P③载体复合改性和工艺条件优化HZSM-5助剂La和K含量反373%La-K/HZSM-5相比于NKC-03A催化剂，反应温度更低，使用寿命更长，是至今报道乙醇脱水反应使用寿命最长的分子筛类催化剂。催化剂温度(℃)质量空速(h-1)乙醇转化率(mol%)选择性(%)稳定时间(h)NKC-03A（南开大学）250～3401～498～9998～999603%La-K/HZSM-5250～3001.2>98>98>2600（可再生）④催化剂性能评价3%La-K/HZSM-5相比于NKC-03A催化剂，反应温38HZSM-5载体0.5%La-2%PHZSM-5金属、非金属元素复合修饰

反应温度:260-300℃乙醇转化率:接近100%乙烯选择性:﹥98%具有更强的抗积炭能力具有显著增强的抗杂醇能力

杂醇主要成分：⑤抗杂醇油研究HZSM-5载体0.5%La-2%PHZSM-5金属、非金属39等温列管式反应器：目前固定床反应器的内部结构设计不合理,传热传质较差,温差达到（±40℃），产物选择性低，分离能耗高；工程放大困难，适合精细化工领域的产品加工，不适合与大规模生产的聚乙烯、乙二醇等乙烯下游衍生产品装置相衔接；分子筛催化剂对反应温度相对敏感，适合等温床反应工艺。绝热床反应器：适合建立大规模的工业化装置（单套生产能力2万吨/年以上），但是目前技术由美国SD公司和巴西Petrobras所垄断。等温列管式固定床反应器平行串联绝热反应器没有自主知识产权，能耗和三废排放大关键技术3:新型反应器设计等温列管式反应器：目前固定床反应器的内部结构设计不合理,传热40

反应器在采用强制对流循环熔盐控温系统后,温差控制在±5℃;乙烯收率得到了明显提高,由原来的89%提升至95%~97%。①现有等温固定床反应器加热系统改造控温系统催化剂反应温度温差乙烯收率(%)新型控温系统γ-Al2O3360℃±5℃95%~97%传统控温系统γ-Al2O3400℃±40℃89%反应器在采用强制对流循环熔盐控温系统后,温差41列管三根，内径：32mm，高度2.0m，催化剂装填高度1.5m，催化剂装填量2.0kg，反应温度250-400℃，可分别采用γ-Al2O3和分子筛为催化剂②年产百吨级等温固定床反应器中试示范装置在等温固定床数值模拟的基础上我们建立了百吨级的中试装置列管三根，内径：32mm，高度2.0m，催化剂②年产百吨级42已完成3000吨/年生产装置的中试实验，并通过了相关专家的技术验证！成功申报了发改委国家高技术产业化专项：万吨级生物基乙烯产业化专项（示范）工程项目大学上海石油化工研究设计院项目实施技术持支技术持支中试装置③绝热床反应器工艺研究产、学、研一体化已完成3000吨/年生产装置的中试实验，并通过了相关专家的技43乙烯:33.6%丁二烯:4.5%甲烷:17.2%丁烷、丁烯:4.2%丙烯:15.5%苯:6.7%传统石油乙烯：传统生物乙烯：催化裂解成品乙烯催化脱水生物乙醇石脑油高效节能分离系统气体副产物的安全引入,并储存做燃料多组分产物乙烯：93-95%乙烷：2-3%C3、C4：1-2%……组分相对简单低温精馏新型生物乙烯：生物乙醇催化脱水乙烯：98-99%乙醚:1%……99.9-99.99%关键技术4:高效节能分离系统开发乙烯:33.6%传统石油乙烯：传统生物乙烯：催化裂解成品乙烯44碱洗塔堵塞严重，影响正常生产碱液利用率低，废碱排放量大。能量利用网络不合理。循环用水量和废水排放量大。1234川维厂年产6000吨生物乙烯等温床工艺分离系统存在的技术问题①现有生物乙烯分离工艺节能减排研究碱洗塔堵塞严重，影响正常生产碱液利用率低，废碱排放量大。能量45从机理上分析碱洗塔堵塔物质的形成

在水洗塔分离工段中,由于180℃乙烯混合气的能量未能有效利用,导致水洗塔洗涤水温度过高,达到70℃左右,无法有效吸收乙醛等副产物,最终引起碱洗塔堵塔.从工艺角度分析堵塔的原因

乙醇分子在催化剂碱性位点上发生脱氢反应,生成乙醛.而该物质在碱性条件下发生缩合反应,形成具有一定分子量的缩合物.最终引起碱洗塔堵塔,并影响工艺的正常生产。堵塔物质(红色物质)－

乙醛缩合物碱洗塔堵塔机理分析从机理上分析碱洗塔堵塔物质的形成在水洗塔分离工46通过能量利用网络的优化和高效换热器的应用，将180℃乙烯混合气冷却至70~80℃,实现低位热能的高效利用,并通过水洗塔、碱洗塔工艺操作参数的优化，达到生物乙烯后分离工艺的节能减排：原料预热用蒸汽单耗降低40.4%以上，循环水单耗降低42%以上，洗涤用碱单耗降低20%以上，废水、废碱排放量减少20%以上，彻底解决由于乙醛副产物聚合引发的碱洗塔堵塞问题。中石化科技开发项目—VAE装置乙烯工段节能减排及抗堵技术开发热管-高效翅片管组合式换热器

能量利用网络优化

通过能量利用网络的优化和高效换热器的应用，将180℃乙烯混合47发酵工程

化工分离

分离产品乙醇纯度高，浓度最高可达400g/L；产物抑制消除，发酵过程中的乙醇浓度控制在35g/L左右，酵母菌发酵时间长达15天；

分离效率高，发酵过程中所产生的乙醇91%提取出来

②在线分离乙醇工艺研究强化单元操作新型CO2循环气提在线分离乙醇工艺

优势:发酵工程化工分离分离产品乙醇纯度高，浓度最高可达400g48脱水催化发酵

乙醇发酵液生物加工过程分离系统粗乙烯化工加工过程关键技术5：工艺耦合一体化设计

新型耦合工艺成品乙烯高效蒸馏合适浓度乙醇蒸馏燃料乙醇精馏脱水催化发酵乙醇发酵液生物加工过程分离系统粗乙烯化工加工过49

耦合一体化工艺乙醇提纯蒸馏塔出来的高温乙醇蒸汽，未经冷凝直接进入脱水反应工段，理论计算表明耦合工艺相对传统独立工艺可节能20.14%。

一种乙醇脱水生产乙烯的工艺——发明专利授权号：ZL2.9.耦合一体化工艺乙醇提纯蒸馏塔出来的高温乙醇蒸汽，未经冷50年产2万吨等温固定床生物乙烯工艺软件包开发乙醇冷凝水乙醇蒸发器气-气换热器乙醇脱水反应器230℃乙醇反应产物水洗塔粗乙烯气柜精馏熔盐加热采用自主开发的改性HZSM-5分子筛催化剂，在250-300℃低温下反应，转化率和选择性都在98％以上，单程寿命>3个月，可重复再生。采用熔盐循环系统，突破等温固定床工程放大技术难题（2万吨/套）。环境友好，不产生CO2，不需要碱洗塔。高选择性，对于环氧乙烷、VAE等下游衍生产品，可以不需要精馏，直接与下游工段耦合，大幅度降低能耗。年产2万吨等温固定床生物乙烯工艺软件包开发乙醇冷凝水乙醇蒸发51安徽丰原集团联合中石化联合中石化通过了安徽省发改委组织的新技术鉴定技术水平：5.5吨玉米秸杆生产1吨燃料乙醇生产成本与玉米为原料基本相当半纤维素稀酸水解平均收率大于90%木糖发酵木糖醇平均收率大于70%木糖醇提取收率平均80%六碳糖发酵醪液中乙醇浓度达6.7%(V/V)五碳糖发酵醪液中乙醇浓度达3.8%(V/V)纤维素酶固态发酵周期3天发酵终点滤纸酶活力大于150FPIU/克干曲纤维素酶解收率大于80%针对现有生物乙烯装置存在的技术难题研究VAE装置乙烯工段节能减排和抗堵问题预期技术水平：年处理3000吨玉米秸秆生产550～600吨纤维乙醇（单位乙醇消耗原料控制在5.2吨（干基））乙醇浓度95％全糖（戊糖和己糖）利用率在80%以上乙醇得率是理论得率的85%以上单位乙醇成本在5500元/吨以下乙醇质量标准符合现有国家标准中国石化本项目建设1万吨/年生物乙烯装置与10万吨VAE相配套VAE产值达到9.6亿利润总额7654万元承德避暑山庄300吨/年秸秆乙醇中试装置

3000吨/年秸秆乙醇产业化成套技术中试研究

万吨级生物基乙烯产业化专项（示范）工程项目

6000吨/年生物乙烯工艺节能减排900m3浓醪发酵技术每生产一吨酒精节水4.35吨，节省蒸汽1.36吨，吨酒精生产成本下降136.65元；推广应用三年来累计经济效益达1366.5万元产业化进展安徽丰原集团联合中石化联合中石化通过了安徽省发改委组织的52环氧乙烷可再生生物质资源乙二醇醋酸乙烯－乙烯共聚物生物乙烯生物基材料生物基化学品乙醇聚乙烯…………促进作用生物质能源生物乙烯下游衍生产品链分析环氧乙烷可再生乙二醇醋酸乙烯－乙烯生物乙烯生物基材料生物基化53微藻（Ｍicroalgae）是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富且光合利用度高的微型自养植物。地球上微藻种类繁多，但目前被人类发现并利用的种类不多，特别是海洋微藻，目前开发的更是微乎其微。绿藻红藻硅藻物种已发现数量已发现占估计数比例（%）淡水微藻２.２×104>90海洋微藻０.7×10４＜10什么是微藻？微藻（Ｍicroalgae）是一类在陆地、海洋分布广泛，营养54微藻在地球演化中扮演着重要角色

微藻（海洋单细胞藻类）是地球上最早的生物物种，已经在地球上生存了35亿年之久，能在水中进行光合作用释放出氧气，在自然界物质和能量循环中发挥了极其重要的作用，因此微藻的出现为地球上其他生物的出现奠定了物质和气候基础。

生物质

+

O2CO2+H2O+光微藻在地球演化中扮演着重要角色微藻（海洋单细胞藻类55为什么是微藻？

光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收的光能的比值。光合作用效率高植物：1%藻：3.5%为什么是微藻？光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的561、反应物浓度更高2、产物浓度更低1L空气中含有约5.9×10-4gCO21L水中含有约1.7gCO21L空气中含有约0.3gO2近3000倍1L水中含有约0.008gO21/40微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高1、反应物浓度更高1L空气中含有约5.9×10-4gCO573、光照几率更多微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高折射衍射水散射

由于水对光具有折射、衍射、散射等效应，使得微藻所有表面都有可能受光照，然而陆生植物只有向光面才有可能受光照。3、光照几率更多微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更58等量1g干物质树叶比表面积:10-3m2微藻比表面积:1.3×103m2

相同质量的微藻比表面积是树叶的1.3×106倍，比表面积越大，受光面积越大，越有利于光合作用。4、比表面积更大微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高等量1g干物质树叶微藻相同质量的微藻比表59微藻光合色素含量占其干重的2.5%分布于整个细胞，整个细胞就是一个光合反应器，有利于光合产物的合成与转运。植物光合色素含量占其干重约0.05%,分布于树叶、树干等组织中细胞的特定部位，不有利于光合产物的合成与转运。50倍微藻光合天线植物光合天线几十倍植物的捕光天线是类囊体膜内的叶绿素,而藻类的捕光天线色素主要集中于紧连在类囊体膜外的藻胆蛋白内。天线系统的功能是将所吸收的光能高效地传递到与之相联系的光反应中心。5、更高含量的光合作用单位微藻通过光合作用固定CO2的效率比陆生植物更高微藻光合色素含量占其干重的2.5%分布于整个细胞，整个细胞就60

微藻固定二氧化碳及产油途径微藻固定二氧化碳及产油途径61微藻具有独特的CO2浓缩机制

CCM（CO2-Concentrationmechanism）：即为CO2

浓缩机制。当藻类细胞由高浓度CO2

培养转入低浓度CO2，细胞可不断地从外部环境中把无机碳或CO2运输到体内，使体内的CO2

浓度高于外界环境，以有利于光合作用碳循环第一个关键酶Rubisco羧化反应，从而能提高光合速率。微藻具有独特的CO2浓缩机制CCM（CO2-Co62海洋是地球固定CO2的主要场所海洋面积：3.61亿平方千米占地球表面：71%陆地面积：1.49亿平方千米占地球表面：29%CO2O2固定全球60%以上的CO2固定全球40%的