微藻产油综述.docx

批判着看微藻类生物柴油摘要微藻类油的定量生产往往被高估生产1 kg的藻类柴油所投入 的盐分近似于1 kg矿物柴油的实际价格电能生产微藻生物柴油的 费用总额是消耗相同数量电能产生的收入的数倍微藻培养作为食物 的生物价值比作为燃料要高的多普遍认同的观点是资金应该投资于 微藻生物质生产，用来生产食品添加剂，饲料和药品其目的是为了 防止在微藻类生物柴油上做太过草率的决定和投资 关键词：生物柴油/微藻1.简介生产微藻油是一个古老的想法，这些想法几乎每十年反复出现， 到现在已经持续了50年了从本世纪一开始，微藻一直被认为可能 是柴油燃料良好的可再生来源藻脂肪酸转化为甲酯或者乙酯可以用 作生物柴油全世界各地都在使用这个方法，同时这种方法常常被一 厢情愿的证据支撑着现如今人们甚至可以在网络上找到许多电子书 或者其它的来源卖“在家”或者“在车库”里生产海藻类生物柴油的 方法事实上，几乎用任何有机体作为来源来生产生物柴油都没有很 多技术障碍作为一个跨学科的事业，藻类柴油的方法需要能光合自 养的生物技术和化学工业方面的理论知识以及实际生活经验大部分 情况下，实际的生活经验主要基于实验室的观察和小型的户外设备。

乐观的结果往往来自于更大体积或者表面积层面上的推断Chisti 的图表上显示微藻生物量应该相当便宜，为了使微藻生 物柴油的生产经济合理，原油应该更加昂贵针对微藻生物量主要成 本减少的研究和开发值得融资，但是微藻生物柴油的生产现如今完全 是毫无理由的冒险特别要说的是，这对中小企业来说简直就是灾难 这和 Schneider 的观点不谋而合，同时和 Carlsson 发表的结果相吻 合关于藻类生物柴油，他们俩都参考了 Gerald Cysewski 的言论： “如果不是微藻类，我根本看不到这种情况在一个讲座中，Ven ter提到转基因藻类对于生物燃料的生产有着很好的前景然而，初步选定的高产且单一栽培的品种不能轻易种 植在室外的池塘或者咸水湖水池里的原生品种将会占主导地位，这 些品种将与新引进的藻类品种竞争可以通过基因操作增加藻类三酰 甘油的含量，但是增长率可能还是维持在一个有限的数字，因为增长 率和三酰甘油的含量逆相关高含油脂的品种也已经可供使用对其 中一些品种来说，报道称含油量80%的品种没有把焦点放在其相当低 的增长率另外我们不禁要问：“在这些高产的品种中，我们把什么 称作油类，是三酰甘油还是全部的油脂？”我们不质疑生物柴油其它来源的经济相关性，比如说更高等的植 物，要么是普通含油的物种要么是新奇含油的物种。

一世纪之前， R.Diesel 做过实验，他用植物油作为燃料来发动引擎高等植物的 优势在于不断的二氧化碳供应，而藻类则需要搅拌以确保二氧化碳这 种极其重要成分的供应植物通过它们的叶子来接收和使用直射光， 反射光以及耗散光，而藻类只能使用到达水分表面的光藻类培育的 另外一个不利条件是需要更长的时间来加热水层以达到最佳温度在 植物中，油主要储存在干燥成熟的种子里，而藻类油脂主要存在于高 含水量的细胞膜中这其实就意味着藻类产油的数量还要和植物油的 质量竞争还有一些其他的研究人员认为微藻生物柴油生产不是一个 现实的选择这篇论文的目的就是要仔细来看看微藻产油还需要被考 虑在内的障碍所在之处以防止在微藻类生物柴油上做太过草率的决 定和投资2. 营养培养基藻类正常情况下生长在营养培养基中在营养培养基中，盐类要 和组成藻类细胞的矿物质相符合保持正确的盐类比例是高产的先决 条件就我们的研究实践而言，我们得出一个结论，12kg微藻生物 量大约可以获取1 kg的生物柴油生产12kg的微藻生物量需要2 kg 尿素（尿素可用作2.666kg硝酸铵，5.465kg硝酸钙或者5.665kg硝 酸钠）， 0.530 kg 磷酸二氢钾， 0.370kg 硫酸镁以及几种其它微量营 养物。

这些盐类的总成本，尽管只是总花费的一小部分，仍然接近于 1kg 柴油燃料的实际价格如果在培育过程中使用未经加工的海水， 未必会增加钠离子的浓度，只是节约了硫酸镁和一些微量营养物的花 费此外，氮盐和磷盐可供给于用来微藻培育的装置或者咸水湖据 文件记载，当藻类细胞缺乏一种必要的营养素，相比于培育在均衡介 质中的藻类，它们会分泌出 10 倍有机物同时据说，高含量的有机 基质会刺激细菌生长，细菌生长可以增加五六倍培育在如此富营养 化的水体中并没关系，因为藻类并不能完全代表它们全部的生产能力微藻细胞钠离子含量相对较低，这些细胞一直在试着驱除超量的 钠离子，这导致介质的pH值增加随着培育过程的推进，碳酸氢钠 开始聚集，其浓度成比例的增长钠离子主动转移出细胞需要消耗能 量和ATP,这对藻类的生长产生了不良的影响考虑到这些，为了达 到要求的日产量，必须放掉池塘中的水，在特定的时间里重新注入新 的介质直到达到最佳藻类密度这个生产步骤即耗时又耗力用于培育藻类的水池中的盐类和重金属的含量需要严格控制，因 为藻类常常会聚集重金属离子这会引起生物量的化学污染和细菌污 染和一些观点不同的是，这也是限制食品添加剂和饲料生产的原因 之一。

3. 二氧化碳的供应从烟灰，尘土，不完全燃烧的产物以及二氧化硫中来的废气必须 要净化这一步常常通过碳酸氢钠的逆流吸收溶解来进行 用于此 目的的设备需要一定的能源费用，这些费用用于瓦斯鼓风机和清洗溶 液泵纯净的气体中包含15%的二氧化碳，这些二氧化碳在压力下引 进藻类装置以克服来自油脂层的液体静压力热力学上的消耗也要考 虑在内这些过程一起实施的话，生产 1kg 的生物柴油需要近 1kwh 的能量Chisti 的观点需要修正他的观点是每年水塘和光生物反应器 中二氧化碳的消耗量和 1.83 kg 的生物量相同，通过化学计算是正确 的早些时候据报道水塘中供应的二氧化碳低于20%被有效利用在 严格控制下，如果不限制小球藻的生长，水塘中大约70%的二氧化碳 被利用不幸的是这样严格的控制在很大范围内几乎无法实现事实 上，如果在主要成本中，二氧化碳的价格容易计算的话，室外池塘中 的解吸可能会彻底影响到经济根据简单的化学方程式：2NaHC03— NaCO+CO+ HO - Q,即使介质中一开始就有碳酸氢钠，在338摄氏2 3 2 2度的培育温度下，二氧化碳施加 8 毫米汞柱的分压同时从粗糙表面释 放出来。

这些耗损是无法避免的因此，在室外池塘中培育lkg干燥 的藻类生物量需要至少 5 到 6kg 的二氧化碳在理想条件下培育，甚 至需要更多额外的二氧化碳以满足藻类完全的光合潜力二氧化碳的 逆流吸收可以运用于光生物反应器中，但是在抽掉氧气的过程中，也 会损耗一定数量的二氧化碳我们不否认没有额外的二氧化碳供给和搅拌，在水池中培育藻类 也是可能的，但是由于培育过程中的几个障碍问题，我们发现培育出 来的品种将会比我们预期的要低等自然中可供利用基质的消耗将会 降低增长率低比例的二氧化碳和氧气加上强光将会增强核酮糖中加 氧酶的功能，同时各自达到光呼吸的更高层次我们先前的结果表明， 在我们停止供应二氧化碳后的 15 分钟内，光呼吸产生的细胞外的羟 基乙酸在介质中聚集没有额外的二氧化碳供应的话，藻类的密度每 立方分米不足 0.5 克特别需要提到的是海水中主要的自由有机物质 是羟基乙酸，它是浮游植物光呼吸的产物我们期待着水池有着相似 的水质特征，这可能是不良藻类生物量损耗的先决条件要不然的话， 所有温暖的水池和室外的池塘本应该变成藻类的天堂在一些相当具 体的情况下，即在具有独特环境特征的地方，如Tchad的喀喀湖（螺 旋藻属自然生长的地方）还有勒拉马斯（束丝藻属自然生长的地方）， 生长的生物量用作食品添加剂。

实际上，野外的生物量没有额外的二 氧化碳的供应不能用来大规模的生产整个培育过程中必须保持二氧 化碳的供应以确保整个培育面积内的均匀分布，这可以通过搅拌来实 现 其他学者证明在整个藻类悬浮体积内二氧化碳的浓度达到每平 方米 10到 15 克就可以完全消除光呼吸带来的负面影响藻类的生长藻类产油要考虑的另外一个重要参数就是它们的生长就这一点 而言，处理和比较植物和藻类的收益及生物量的生产很有必要地球 上最高产的 C3 类植物是水葫芦--凤眼莲据证明其最大产量是干重 60 吨/公顷/年，相当于 17.3 克/平方米/天据另外一个研究小组报 道水葫芦的日产量是干重22 到 53 克/平方米，这个产量维持了大约 7 周最高产的一种 C4 类植物是 多穗稗，其产量是干重 100 吨 / 公 顷/年或者平均27.4 克/平方米/天生物量的聚集和光合效率密切相 关通常，光强度低的情况下， C3 类植物的光合效率大约是 4.7%； 光强度高的情况下，其光合效率是1-2%C4类植物在光强度低的情 况下光合效率达到 4%，光强度高的情况下光合效率是 3-4%理论上 最大光合效率大约是 34%在非常低的光强度下，真正的价值不超过 10%。

记载的海产微藻类 20 天内的最大光合效率仅仅大约 9%特别 要说的是，小球藻预计的光合效率是 7%，最多达 9%在光强度高的 情况下，这个参数更低当大面积范围内培育藻类的时候，这种情况 几无可能得到改善在德州地区，藻类生物量产量的上限预计达 42 200 公斤/公顷/年实际中最好的情况是从40700到 53200升/公顷/ 年Chisty参考的藻类生产干重量是0.035克/平方米/天，相当于 理想条件下128吨/公顷/年一种被认为是潜在的生物柴油来源的物 种是颗石藻，这种藻类已经在室外水塘中培育受控条件下，颗石藻 的产量是 20±18 克/平方米/天（2.5-47.6 克/平方米/天）这就意 味着藻类生物量总计达73 吨/公顷/年，当培育在控制下的环境下（但 不能是大面积的水池），就可以培育出藻类生物量类似最高产量达48 克/平方米/天的藻类是绿藻—斜生珊藻，其生长在一个20 平方米 的水沟里达 3 个月之久这儿需要指出的是藻类的生长环境光照充足，但是光照的持续性 对于藻类产量来说是个限定的参数 在室外的池塘或者自然照射下 的光反应器中都无法得到高产，否则当白天低于 12 小时时，光反应 器会在理想控制的条件下运行。

培育阶段，尽管会比较长，也不会一 年 365 天都在理想温度下达到光照12 小时继而，在室外池塘中， 光和温度的变化大大影响了藻类的产量，这在澳大利亚的一个研究中 得到广泛认可和证实Tchad 湖中 4 公顷面积内的生物量生产大约是 80 吨/年但是， 从我们在同样的地点取样1kg的生物量的结果中显示，其样品中含有 大约 250 克的沙石粉末（未发表的数据， Petkov, 1995）根据公布 发表的数据，在天然盆地中生长的藻类，产量预计大约是干重 5.5 克 /平方米/天这对咸水湖中藻类的生产也有着一定的价值Pulz 和 Scheibenbogen 报道称光反应器中藻类的生产力是干重 100 克/平方米在透明的1.5 米的并有着 0.15 平方米的横截面（10 块穿孔的平板，0.3 米*0.5 米，每两块平板之间距离是 15 厘米）的 逆流圆柱体中，栅藻的日产量可长时间维持在干重 50±1 克这相当 于 333 克/ 平方米/ 天的产量，但这并不意味中在大型的装置中将会取 得同样的结果上面描述的装置的设计使得装置表面更大范围可受到 直射，反射以及漫射光照射每平方米面积上的高产也可以通过小小 的垂直光生物反应器实现，因为这种反应装置可利用大量的光。

但是 当小模型扩展到一个工业规模的话，高产还是没办法实现在管状的光生物反应器中，光可以穿透稠密的藻类悬浮物到大约 6-7 毫米因此，管子的直径相对要小些，同时这也会限制整个装置 的体积5. 藻类亲脂性提取物的定量和定。