微藻制油

微藻制油

微藻制油:“微藻”通過“吃”二氧化碳來生產生物柴油和生物燃氣。

簡介

微藻制油微藻制油

微藻是指一些微觀的單細胞群體,是最低等的、自養的釋氧植物。它是低等植物中種類繁多、分布及其廣泛的一個類群。無論是在海洋、淡水湖泊等水域,或在潮濕的土壤、樹幹等處,幾乎在有光和潮濕的任何地方,微藻都能生存。若要大規模地利用藻類生物質來製取生物柴油,就必須保證有充分的藻類生物質。

前藻類的來源主要有2個途徑,意識收集湖泊河灣、水庫、池塘等富營養化水體中天然生長的大量浮游藻類;二是人工戶外養殖製備,這也是獲取藻類生物質的最主要和最有效的方法。

當大多數的企業都還在為如何減少二氧化碳排放,或者為封存二氧化碳而投入大量研發資金和人力時,中國的一家民營企業新奧集團在上海世博園中國館向參觀者展示了一項新技術———“微藻制油”。

通過培養的微藻吸收二氧化碳,並進行光合作用,最終形成生物柴油、類胡蘿蔔素等衍生品,可將二氧化碳變廢為寶。

歷史背景

美國從1976年起就啟動了微藻能源研究,攻關以化石燃料產生的廢氣生產高含脂微藻。這一計畫雖然因經費精簡、藻類制油成本過高於1996年終止,但美國科學家已經培育出了富油的工程小環藻。這種藻類在實驗室條件下的脂質含量可達到60%以上(比自然狀態下微藻的脂質含量提高了3~12倍),戶外生產也可增加到40%以上,為後來的研究提供了堅實基礎。美國從1976年起就啟動了微藻能源研究,攻關以化石燃料產生的廢氣生產高含脂微藻。這一計畫雖然因經費精簡、藻類制油成本過高於1996年終止,但美國科學家已經培育出了富油的工程小環藻。這種藻類在實驗室條件下的脂質含量可達到60%以上(比自然狀態下微藻的脂質含量提高了3~12倍),戶外生產也可增加到40%以上,為後來的研究提供了堅實基礎。

美國從1976年起就啟動了微藻能源研究,研究以化石燃料產生的廢氣生產高含脂微藻。這一計畫因為研究經費精減、藻類制油成本過高,於1996年中止。但是,美國的科學家已經培育出富油的工程小環藻,這種藻類在實驗室條件下脂質含量可達到60%以上(比自然狀態下微藻的脂質含量提高3至12倍),戶外生產也可增加到40%以上。這為未來研究提供了堅實基礎。

2006年11月,美國綠色能源科技公司和亞利桑那公眾服務公司在亞利桑那州建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連線的商業化系統,成功地利用煙道氣的二氧化碳,大規模光合成培養微藻,並將微藻轉化為生物“原油”,其產率可達到每年每英畝提供5000至10000加侖生物柴油和相當量生物乙醇的水平。2007年,由美國能源部聖地亞國家實驗室牽頭,美國國內十幾家實驗室和上百位科學家組成的聯盟宣布了由國家能源局支持的“微型曼哈頓計畫”,計畫在2010年實現微藻製備生物柴油的工業化。美國能源局計畫在各項技術全面進展的前提下,將微藻產油的成本於2015年降至2至3美元/加侖。

2007年3月,以色列一家公司對外展示了利用海藻吸收二氧化碳,轉化太陽能為生物質能的技術,在離電廠煙囪幾百米處的跑道池中規模培養海藻,並將其轉化為燃料,每5公斤藻可產1升燃料

據中國海洋大學教授潘克厚等海洋專家介紹,在微藻產乙醇方面,美國也已開發出利用微藻替代糖來發酵生產乙醇的專利,目前還沒有工業套用;日本兩家公司聯合開發出利用微藻將二氧化碳轉換成燃料乙醇的新技術,計畫在2010年研製出有關設備。

鑒於微藻的重要能源價值以及世界各國能源微藻研究的進展,有專家建議,中國應立即啟動微藻產乙醇、產油技術的研究,對微藻產氫也要注意跟蹤動態,作好長遠計畫。

原理

微藻制油的原理其實就是利用光合作用,將二氧化碳轉化為微藻自身的生物質從而固定了碳元素,再通過誘導反應使微藻自身的碳物質轉化為油脂,然後利用物理或化學方法把微藻細胞內的油脂轉化到細胞外,進行提煉加工從而生產出生物柴油。如果沒有二氧化碳,微藻不但產不了油,反而有害呢。

優勢

藻類制油技術,微藻制油不會產生“與糧爭地”的境況,比玉米、大豆更有潛力。藻類制油技術,微藻制油不會產生“與糧爭地”的境況,比玉米、大豆更有潛力。

1 產油率高
微藻很像一個太陽光光能驅動的細胞工廠,可以源源不斷地將CO2轉化為潛在的生物燃料、食物、飼料以及高價值的生物活性物質。其中,最具有吸引力的是它潛在的生物燃料價值。由於微藻是單細胞結構,它用用極高的光能利用率和營養吸收率,微藻的生長和產油效率是油料作物如大豆的30~100倍。
作物 產油率(升/公頃)
玉米 145
大豆 446
紅花 779
向日葵 952
油菜籽 1100
油棕 5000
微藻 100000
通過對產油率的比較,我們可以發現微藻似乎是唯一的潛在的能完全替代化石燃油的來源。因為微藻不像其它油料作物,它生長極快,而且大多數微藻含有豐富的油脂。微藻含油量最高可以達到生物質乾重的80%以上,含油水平在20%~50%。

2 對環境有益
微藻可以旺盛地消耗高濃度的CO2和NO2,這些火力發電廠的污染物則是微藻的營養。來自化石燃料發電廠的廢氣可以直接通入微藻生產設備,此舉既能顯著地提高生產能力,還能清潔空氣。微藻利用光合作用固定CO2,將光能轉化為化學能的形勢儲存於油脂,我們利用油脂生產生物柴油,燃燒後產成CO2和水,這一過程完全符合節能減排的要求。

3 不占用耕地
微藻生長不會與農業產生競爭關係,它的生產設備可以是封閉的而且不需要土壤,與傳統農業相比節水99%,可以建在遠離水源的非農業土地上。有些微藻還能在鹽鹼環境下生長,所以一些鹽鹼化土地也能用作培養微藻的場所。

技術關鍵

在生產過程中產生的二氧化碳。在生產過程中產生的二氧化碳。

微藻大規模培養與微藻生物量的採收
微藻生產系統的具體生產過程包括幾個步驟:微藻大規模培養,微藻油提取,轉酯反應,生物柴油後處理。其中,最關鍵的步驟就是微藻的大規模培養。用於製造生物柴油的原料微藻油含甘油三酯,甘油三酯是一分子甘油和三個脂肪酸分子經酯化形成的。為了製造生物柴油,甘油三酯要與甲醇發生酯交換或者說是醇解反應。酯交換反應會產生甘油和脂肪酸甲酯,各種甲酯就是常說的生物柴油。
根據工程和流體力學的特性,微藻類的大規模培養系統一般可以分為兩大類:開放式培養系統和封閉式培養系統。開放式培養系統一般是指室外的露天人工製造的培養池或特定環境下的小規模湖泊,其優點是造價低廉、操作簡便、生產成本較低,但由於培養環境不穩定、培養條件無法控制,培養效率較低,只能用於螺鏇藻、小球藻、鹽藻等少數特定微藻的培養。封閉式培養系統也被稱為光生物反應器,是目前流行的微藻培養系統,有柱狀、平板式、管道式等多種形式,具有培養環境可人工控制、光利用效率高、操作簡單等優點,可以實現微藻的高密度、大規模培養。可以說新型光生物反應器的研發與套用,是微藻生物技術快速發展的保障和前提。

微藻制油微藻制油

與微生物發酵相比,微藻培養的生物量濃度較低,大規模培養的生物量濃度僅為0.5~3.0g/L左右。因此脫水是微藻採收過程中最重要的一個環節。微藻個體較小,除個別種類之外,一般只有十幾個微米大小,一般的固液分離方法很難適用於微藻;另外,與一般微生物不同,微藻細胞周圍大多富含糖,當微藻細胞達到一定濃度時呈現出非牛頓流體特性,給採收工作帶來了很大的困難。因此,開發高效率、低能耗採收裝置已成為微藻生物技術中另一個主要研究內容。

現狀

中國鹽鹼地面積達1.5億畝,如果用14%的鹽鹼地培養微藻,在技術成熟的條件下,可滿足全國50%的柴油需求。中國鹽鹼地面積達1.5億畝,如果用14%的鹽鹼地培養微藻,在技術成熟的條件下,可滿足全國50%的柴油需求。

目前微藻生物柴油生產正由實驗室轉向小規模工廠化生產。國際微藻生物質高峰論壇於2007年11月在舊金山召開。目前數家公司正在進行微藻生物柴油商業化試生產。

1、利用細胞工程技術製備微藻及生物柴油
清華大學繆曉玲等通過異養轉化細胞工程技術獲得了高脂含量的異養小球藻細胞,其脂含量高達細胞乾重的55%(質量分散),是自養藻細胞的4倍。此外,清華大學還套用細胞培養技術(異養發酵技術)控制有機與無機C、N的供給,獲得葉綠素消失、細胞變黃的異養小球藻。異養小球藻細胞中油脂類化合物大量增加,蛋白質含量下降。與未經轉化的自養藻相比,異養藻細胞和粗脂肪含量提高了4倍以上。中科院植物研究所和中科院水生生物研究所的科研人員借鑑美國的經驗教訓,在較短的時間內,通過基因工程開發出了高產的油藻品種。青島海洋大學經過十幾年的淡水及海水藻類物質的研究,也已積累了豐富的海洋藻類開發和產業化的經驗。

2、利用分子生物學和基因工程技術製備微藻
1978~1996年,美國能源部從微藻中開發可再生燃油的科技項目中投資2500多萬美元。美國能源部的研究項目已經確切證實了硅藻具有極高的生長能力,確定了微藻在單位面積及單位時間上比陸生作物能提供更多的能量。更重要的是,微藻生產不必占用糧食生產土地。美國的研究首先從收集微藻樣本開始,通過篩選、表征,再進行統計分析,得出制約微藻產量和產油量的關鍵因素,並探明了微藻細胞的生理和生化特徵,最終採用分子生物學和基因工程技術,改變微藻細胞的生理結構,製備出高產量、高含油量的工程微藻,並實現了工業放大。

除了美國能源部的相關研究之外,美國聖地亞哥國家實驗室在美國LiveFuels公司資助下,已經進行了將近7年的研究,其研究內容也是關於利用分子生物學反應工程技術,來增加微藻細胞的含油量和產量,其目標是到2010年可得到經濟可行的生物柴油。目前,他們已經積累了豐富經驗,製得的海藻油大豆油類似,完全可以用來生產生物燃料。經研究發現,海藻可以在不適合種植莊稼的土地上種植,甚至可以生長在鹹水裡。他們通過對一種特種海藻的研究表明,僅需美國土地的0.3%就可生產出滿足全美國需要的運輸用燃料,且與商用海藻如螺鏇藻相比,該工程微藻油脂含量要豐富得多。

套用前景

微藻對環境的適應力很強,在很惡劣的條件下仍能生存,也不會因收穫而破壞生態系統,可大量培養而不占用耕地。它的光合作用效率高,生長周期短,單位面積年產量是糧食的幾十倍乃至上百倍,而且微藻脂類含量在20%至70%,是陸地植物遠遠達不到的。微藻對環境的適應力很強,在很惡劣的條件下仍能生存,也不會因收穫而破壞生態系統,可大量培養而不占用耕地。它的光合作用效率高,生長周期短,單位面積年產量是糧食的幾十倍乃至上百倍,而且微藻脂類含量在20%至70%,是陸地植物遠遠達不到的。

近年來,國際市場石油價格不斷高企,中國從1993年起已經成為一個石油進口國。進口原油不但用去大量外匯,而且主要從局勢不穩定的中東地區進口,一旦有突發事件發生,就會造成石油供應減少或中斷,將嚴重威脅國家安全和國民經濟的發展。

“從國家發展的戰略高度考慮,尋找可再生資源已成為當務之急。”中國海洋大學管斌認為,利用藻類生物質生產液體燃料,對緩解人類面臨的糧食能源環境三大危機,有著巨大的潛力,對於減少對石油的依賴、保證國家能源安全具有深遠意義。

據了解,中國的有機碳組成中,海洋藻類占了1/3,藻類是一種數量巨大的可再生資源,也是生產生物質能源的潛在資源,其中微型藻類的含油量非常高,可以用於製取生物柴油。
中科院海洋研究所專家韓笑天說,利用微藻生產生物能源具有潛在的套用前景。微藻能夠有效地利用太陽能,通過光合作用固定二氧化碳,將無機物轉化為氫、高不飽和烷烴、油脂等能源物質;而且微藻生物能源可以再生,燃燒後不排放有毒有害物質,對大氣二氧化碳沒有淨增加。
“微藻是未來重要的可再生能源之一。”中國海洋大學教授潘克厚說,微藻的種質資源豐富,不會因收穫而破壞生態系統,可大量培養而不占用耕地;另外,它的光合作用效率高,生長周期短,倍增時間約3-5天,有的藻種甚至一天可以收穫兩季,單位面積年產量是糧食的幾十倍乃至上百倍。而且微藻脂類含量在20%~70%,這是陸地植物遠遠達不到的,可用於生產生物柴油或乙醇,還可望成為生產氫氣的一條新途徑。
微藻的產油效率相當高,在一年的生長期內,一公頃玉米能產172升生物質燃油,一公頃大豆能產446升,一公頃油菜籽能產1190升,一公頃棕櫚樹能產5950升,而一公頃的微藻能產生物質燃油95000升。

據專家介紹,微藻的個體小,木素含量很低,易被粉碎和乾燥,用微藻來生產液體燃料所需的處理和加工條件相對較低,生產成本低。而且微藻熱解所得生物質燃油熱值高,平均高達33MJ/kg,是木材或農作物秸稈的1.6倍。

微藻在生長過程中還可利用廢棄二氧化碳,從而與二氧化碳的處理和減排相結合,國外已經有利用發電廠排放的廢棄二氧化碳生產微藻的嘗試,占地1平方公里的養藻場一年可以處理5萬噸二氧化碳。

中科院青島生物能源與過程研究所生物制氫團隊負責人郭榮波說,微藻比植物有更高的光能轉化效率,據估計,微藻生物質產量可達到陸地植物的300倍。而且微藻生長的適應性強,海水、淡水都可以養殖,微藻農場可設於任何地點,可以在鹽鹼地、粘土地、灘涂以及淺海、湖泊養殖,不與糧爭地,不與人爭糧。“中國鹽鹼地面積達1.5億畝,如果用14%的鹽鹼地種植微藻,在技術成熟的條件下,生產的柴油量就可滿足全國50%的用油需求。”

專家們認為,中國在薯乾、玉米等發酵生產酒精技術上已比較成熟,但每生產一噸酒精需要3噸糧食作為原料。如果每年生產一千萬噸酒精,就需要三千萬噸玉米,這比我國玉米生產基地—吉林年產量還要大。隨著可利用的土地不斷減少,在世界範圍內,糧食供給越來越成為影響人類生存的大問題,如果每年生產幾千萬噸酒精,都以糧食為原料,顯然是不可能的,而利用微藻來製取酒精和生物柴油,顯然是“一舉數得”。

美國從1976年起就啟動了微藻能源研究,研究以化石燃料產生的廢氣生產高含脂微藻。這一計畫因為研究經費精減、藻類制油成本過高,而於1996年中止。雖然研究中止,但是,美國的科學家已經培育富出富油的工程小環藻,這種藻類在實驗室條件下脂質含量可達到60%以上(比自然狀態下微藻的脂質含量提高3~12倍),戶外生產也可增加到40%以上。這為未來研究提供了堅實基礎。2006年11月,美國綠色能源科技公司和亞利桑那公眾服務公司在亞利桑那州建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相聯接的商業化系統,成功地利用煙道氣的二氧化碳,大規模光合成培養微藻,並將微藻轉化為生物“原油”,其產率可達到每年每英畝提供5000~10000加侖生物柴油和相當量生物乙醇的水平。

2007年,由美國能源部聖地亞國家實驗室牽頭,美國國內十幾家實驗室和上百位科學家組成的聯盟宣布了由國家能源局支持的“微型曼哈頓計畫”,計畫在2010年實現微藻製備生物柴油的工業化。美國能源局計畫在各項技術全面進展的前提下,將微藻產油的成本於2015年降至2~3美元/加侖。

2007年3月,以色列一家公司對外展示了利用海藻吸收二氧化碳,轉化太陽能為生物質能的技術,在離電廠煙囪幾百米處的跑道池中規模培養海藻,並將其轉化為燃料,每5公斤藻可產1升燃料。

據中國海洋大學教授潘克厚等海洋專家介紹,在微藻產乙醇方面,美國也已開發出利用微藻替代糖來發酵生產乙醇的專利,目前還沒有工業套用;日本兩家公司聯合開發出利用微藻將二氧化碳轉換成燃料乙醇的新技術,計畫在2010年研製出有關設備。

重要性

如果在中國廣闊的沿海和內地水域大規模種植工程高油藻類,生物柴油的生產規模可以達到數千萬噸。如果在中國廣闊的沿海和內地水域大規模種植工程高油藻類,生物柴油的生產規模可以達到數千萬噸。

利用海洋微藻製取生物柴油應列為國家工程,微藻制油研究在中國也已有了一定基礎。記者從山東省科技廳了解到,駐魯的海洋專家已在實驗室里培育出富油微藻,含油量最高的藻種其含油比達到68%。山東省科技廳副廳長、山東海洋工程研究院院長李乃勝說:“在顯微鏡下,它就像一個油葫蘆,比油菜籽花生的含油量高7~8倍,比玉米高十幾倍。”

據了解,山東有十幾個課題組在從事微藻研究,已發現、篩選、培育幾十個富油藻種,並開始運用基因工程技術來改造藻種。還有一些技術力量正在進行微藻生物柴油製備技術的研究。鑒於微藻的重要能源價值以及世界各國能源微藻研究的進展,我國應立即啟動微藻產乙醇、產油技術的研究,對微藻產氫也要注意跟蹤動態,作好長遠計畫。 我國在能源微藻研究基礎研究方面有很強的力量:南北眾多高校和科研院所承擔了多項國家及省部級微藻分類、育種和保存技術研究,擁有一大批淡水和海水微藻種質資源。

另外,大連化物所等單位在產氫微藻,中國海洋大學、清華大學等單位在產油微藻方面具有一定工作基礎;我國在微藻大規模養殖方面走在世界前列,養殖的微藻種類包括螺鏇藻、小球藻、鹽藻、柵藻、雨生紅球藻等。 從事這一研究的專家建議,利用微藻製取生物柴油,具有重要的政治經濟科學意義,各級領導幹部首先要加強海藻能源意識,重視能源微藻研究,國家對此應加大科技支持力度,使之上升為國家項目。微藻制油需要國家立項支持,科技部、發改委、財政部、能源局等部委在科技立項時,要向微藻制油傾斜。

其次,儘快依託駐在青島的海洋科技力量,建立能源微藻研究的國家重點實驗室。山東匯聚了我國海洋科技力量的半壁江山,擁有一支海洋科技領域的“國家隊”。近期山東打算整合幾個海洋院所的科研力量,形成一個技術平台,爭取在藻種篩選、培育上有所突破,建立一個富油藻種庫。第三,動員感興趣的企業研究微藻制油的自動化設備,對願意利用微藻生產柴油的企業,出台免稅等鼓勵政策,儘快促成微藻制油的產業化。

依賴因素

微藻固碳制油的主體設備是一種適合微藻生長的塔式立體培養器,將含有二氧化碳的電廠煙氣從塔底分段進氣、逐級溶碳脫氧、分段外排;而含有藻種的養殖液體從塔頂逐級流到塔底,通過光合作用完成微藻的一個生長周期;塔底微藻與養殖液分離,大部分藻液外排分離微藻和養殖液,小部分藻液作為藻種,回收的養殖液在補充營養後,用養殖液泵送回塔頂進行再次循環,通過微藻連續養殖和二氧化碳減排偶聯,最終實現二氧化碳的固定和資源化利用這項技術的配套設備比較簡單、投資也不大,微藻高壓濕式法生產液體燃料所需的處理和加工成本低。微藻固碳制油的主體設備是一種適合微藻生長的塔式立體培養器,將含有二氧化碳的電廠煙氣從塔底分段進氣、逐級溶碳脫氧、分段外排;而含有藻種的養殖液體從塔頂逐級流到塔底,通過光合作用完成微藻的一個生長周期;塔底微藻與養殖液分離,大部分藻液外排分離微藻和養殖液,小部分藻液作為藻種,回收的養殖液在補充營養後,用養殖液泵送回塔頂進行再次循環,通過微藻連續養殖和二氧化碳減排偶聯,最終實現二氧化碳的固定和資源化利用這項技術的配套設備比較簡單、投資也不大,微藻高壓濕式法生產液體燃料所需的處理和加工成本低。

微藻制油需國家立項支持
除了政府,微藻制油目前在全球更受到了頂級企業的關注,這也表明其絕非“科幻故事”。在國外,近一兩年投入巨資啟動研發的一長串企業名單里,包括殼牌、雪佛龍等石油巨頭,以及正致力於新能源開發的比爾·蓋茨。在國內,中石化與中科院高調宣布,將戰略合作聯手開發微藻制油。中科院副院長李靜海透露,近期將完成小試研究,2015年前後實現戶外中試裝置研發,遠期將建設萬噸級工業示範裝置。

美國從1976年起就啟動了微藻能源研究,攻關以化石燃料產生的廢氣生產高含脂微藻。這一計畫雖然因經費精簡、藻類制油成本過高於1996年終止,但美國科學家已經培育出了富油的工程小環藻。這種藻類在實驗室條件下的脂質含量可達到60%以上(比自然狀態下微藻的脂質含量提高了3~12倍),戶外生產也可增加到40%以上,為後來的研究提供了堅實基礎。

2006年,美國兩家企業建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連線的商業化系統,成功地利用煙道氣中的二氧化碳進行大規模光合成培養微藻,並將微藻轉化為生物“原油”。2007年,美國宣布由國家能源局支持的微型曼哈頓計畫,計畫在2010年實現微藻製備生物柴油工業化,各項技術研發全面提速。

2007年,以色列一家公司對外展示了利用海藻吸收二氧化碳,將太陽能轉化為生物質能的技術,每5千克藻類可生產1升燃料。

此外,在微藻制乙醇方面,美國已開發出利用微藻替代糖來發酵生產乙醇的專利;日本兩家公司聯合開發出了利用微藻將二氧化碳轉換成燃料乙醇的新技術,計畫在2010年研製出有關設備,並投入工業化生產。

鑒於微藻的重要能源價值以及世界各國對能源微藻研究不斷深入,有專家建議,中國應立即啟動微藻產乙醇、產油技術的研究,對微藻產氫也要注意動態跟蹤,作好長遠規劃。

中國在能源微藻基礎研究方面擁有很強的研發力量,眾多高校和科研院所承擔了多項國家及省部級微藻分類、育種和保存技術研究,擁有一大批淡水和海水微藻種質資源。目前中國在微藻大規模養殖方面已走在世界前列。

專家建議,利用微藻製取生物柴油,具有重要的政治、經濟、科學意義,國家對此應加大科技支持力度,使之上升為國家項目。微藻制油需要國家立項支持,科技部、發改委、財政部、能源局等部委在科技立項時,要向微藻制油傾斜,鼓勵相關企業開發微藻制油自動化設備,大力促進微藻制油產業化。

專家觀點

2007年,以色列一家公司對外展示了利用海藻吸收二氧化碳,將太陽能轉化為生物質能的技術,每5千克藻類可生產1升燃料。2007年,以色列一家公司對外展示了利用海藻吸收二氧化碳,將太陽能轉化為生物質能的技術,每5千克藻類可生產1升燃料。

1、3至5年內可實現產業化
雖然“微藻制油”看起來十分完美,既能產油又能吸碳,但其成本也頗高。有觀點認為,微藻制油的成本是普通生物柴油的4倍。

鄭科介紹,目前微藻制油的成本還是比較高,可能不止4倍,微藻的成本不僅涉及藻類的培養、基因改造,還涉及土地、人員管理和維護費用等。

“目前還沒有一個標準,例如多大產油量的裝置需占地多少,占地面積對成本的影響並不是最主要的因素,而且裝置一般都是在郊外、鹽鹼地甚至閒置的土地上。”鄭科介紹說,由於在整個流程環節中,並沒有哪一項關鍵的技術多占的成本比重最大,因此最終要做到產業化,必須在各個環節都著力降低成本。

目前新奧集團正在內蒙古一個甲醇生產基地做試點,占地1公頃,利用甲醇生產過程中產生出來的廢氣、二氧化碳和餘熱來進行微藻的培育。公司目前的計畫是,用3至5年時間,讓“微藻制油”走出實驗室,實現產業化。當大多數的企業都還在為如何減少二氧化碳排放,或者為封存二氧化碳而投入大量研發資金和人力時,中國的一家民營企業新奧集團在上海世博園中國館向參觀者展示了一項新技術———“微藻制油”。通過培養的微藻吸收二氧化碳,並進行光合作用,最終形成生物柴油、類胡蘿蔔素等衍生品,可將二氧化碳變廢為寶。
2、效益 微藻產油量是玉米數百倍
微藻制油的原理是利用微藻光合作用,將化工生產過程中產生的二氧化碳轉化為微藻自身的生物質從而固定了碳元素,再通過誘導反應使微藻自身的碳物質轉化為油脂,然後利用物理或化學方法把微藻細胞內的油脂轉化到細胞外,再進行提煉加工,從而生產出生物柴油。

新奧的專家介紹,相比起玉米、大豆和油菜,微藻培育占地少、生長周期短,從出生到可以制油只需兩周,而油料作物一般要幾個月。其次,微藻的單位產油量是玉米的數百倍,每公頃可產1.5萬至8萬升生物柴油。

“這真的是一個很藝術的流程,因為每一步都涉及到生命的轉換,在不同的階段提取出來的產品都不一樣,比如說大概反應兩周的時間可以提取出生物柴油;即使在藻類反應結束後,‘屍體’也可以當作廢物燃燒。”新奧科技發展有限公司世博微藻項目經理鄭科介紹說。

面臨的問題及對策

生產的經濟型是利用微藻生產生物柴油所要面對的最大問題。運用多種手段,如生物反應器工程、基因工程、代謝工程和系統生物學等方法,可以改進生產經濟姓問題。如反應器方面,可以做的工作包括提高傳質效率和混合效果,避免或降低光抑制現象對微藻的損害;利用過程工程手段解決微藻高密度培養的瓶頸問題;採用分子生物學手段進一步提高產油率和提高光合效率等。
人們對微藻生產生物柴油的接受程度,主要是對微藻生物柴油品質及對動力性能的擔憂,害怕對發動機產生不良影響和造成使用成本增加。因此,要嚴格制定和規範微藻生物柴油生產及合格成品油檢驗標準並嚴格執行。在大規模使用微藻生物柴油之前,要進行試驗並由權威機構全程參與。還要通過宣傳使大家了解和接受微藻生物柴油。如有可能,還可對使用生物柴油的用戶進行補貼。
微藻培養過程中除了產油外,還會產生多種不飽和脂肪酸和其它物質如蛋白質等,這些物質會對後處理精煉過程產生影響,影響生物柴油的品質和增加生產成本,因為後處理精煉過程成本占總生產成本的一半以上。人們可利用石油煉製過程取得的成果,開發更適合生物柴油生產使用的催化劑和生產工藝,提高催化效率,降低成本以及提高生物柴油品質。

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上海世博園民企展示“微藻制油”,將二氧化碳變廢為寶活動成員在中國國家館了解微藻吸碳制油技術

世博會是科技與文化的盛會,是新科技、新產品、新生活方式的發源地。如今雖已步入了第159個年頭,但它所延承的內涵、所承載的使命,卻一屆一屆有增無減。同大多數遊客一樣,剛開始我也只是抱著“軋鬧猛”的心情,在園區里走馬觀花,對大多數展品,也只是蜻蜓點水般地賞玩。直至在看到一些媒體呼籲“博覽會不是遊園會”後,才逐漸開始認識到世博會重要的歷史性和功能性。在浮光掠影的參觀中,讓我印象記憶最深刻的,莫過於中國館內展出的“微藻制油”新技術了。

在中國館33米下層的“低碳行動”展區,兩頭分別放置有風能發電機和環保電動汽車,這兩個展品較容易吸引眼球,但遊客往往忽略了安放在中間的那個簡潔的綠色裝置。走近看,綠茵茵的液體靜靜流淌在數根長長的U型密閉試管里,玻璃試管被鋼釘鐵條固定住,整整齊齊地橫向排列著,上方還接有幾隻大燒杯,裡面裝有大半杯的棕色液體。這個裝置在最佳實踐區的上海案例館,即滬上生態家的門前也有。但如果你就這樣帶著問號,不知所以然地匆匆路過,那么你就錯過了一個相當具有科技含量和生態環保價值的展品,那就是――上海正在研製的“微藻制油”技術。

在全球變暖、能源危機的大背景下,世界各國都在積極尋找新的可替代能源。提起生物柴油的原料,我們可能會想到玉米和大豆,從它們“體內”提煉出的乙醇和生物柴油,能有效降低碳排放,減少環境污染。但與此同時,由於這兩種作物的培育周期較長、占地面積較大,會產生“與糧爭地”問題,從而導致“解決了能源危機,卻出現糧食危機”的尷尬結果。於是乎,來自海洋的藻類,便進入了科學家們的視線。

目前研發出的藻類制油技術,其絕對優勢在於,它不僅可以榨出高質量的生物柴油,實現二氧化碳零排放,同時在它的生長過程中,還會吸收大量二氧化碳,起到固碳減排作用。相比起玉米、大豆和油菜,微藻培育首先不占地兒、生長周期短,從出生到可以制油只需兩周,而油料作物一般要幾個月。其次,微藻的單位產油量是玉米的數百倍,每公頃可產1.5萬至8萬升生物柴油。如此高性價比的“大能量”,都蘊含於這些只有幾微米的“小身材”中,不禁讓人感嘆,這充斥著葉綠素的小傢伙的套用前景,必將十分廣闊樂觀。

水元素是貫穿整箇中國館、聯繫各展層和展項的線索,無論是“清明上河圖”里的動畫水,拱橋下裝置性的抽象水,還是“荷塘花開”里的人工雨水,都充分展現出水的清新靈動,水與中華民族密不可分的關係,以及中國古代“師法自然”的展示主題。如果說城市的歷史孕育於水,那么城市的未來又何嘗不可從水中攝取靈感呢?

來源於大海的微藻,向來被人類視為有害植物,但如果善加利用,卻可以變廢為寶,將其轉換為高附加值的生物燃料。老子說“上善若水”,但現代人又能否將這種哲學智慧“從善如流”呢?想這也許是一門科學範疇內的藝術課題。

望著試管中綠色的藻液緩緩流動,逝者如斯,不捨晝夜。在不遠的未來,它也許會成為一畝畝綠色油田,為城市的快速奔跑加油;也許會成為一股股綠色血液,為城市的健康發展注入源源不斷的持久生命力

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