微藻生物炼制技术

积极发展以生物质原料为基础的生物炼制产业,对于解决能源危机、改善能源结构具有重大意义。微藻作为一种重要的生物质资源,具有分布广、生物量大、光合效率高、环境适应性强、生长周期短和产量高等突出特点,是进行生物炼制的优良材料,它在生产微藻燃料、开发微藻生物制剂和提取生物活性物质等方面具有广阔的开发前景。综述了微藻的培养特点和功能,介绍了微藻生物炼制技术的内容和领域,并对其发展前景作出展望。     

微藻-细菌共生体系在废水处理中的应用

在微藻-细菌协同共生的过程中,藻类光合作用释放的氧气被异养微生物利用来矿化水体中的污染物,细菌呼吸为藻类提供二氧化碳作为碳源。近年来,藻类-细菌协同共生体系在污水处理中的应用得到了广泛的研究。本文重点综述了菌藻协同共生体系中微藻与细菌之间的三种相互作用,以及菌藻协同共生体系在废水处理中的应用。菌藻协同共生体系中的微藻与细菌通过营养交换、信号转导及基因转移等相互作用实现共赢。该体系广泛用于处理富营养化、重金属、药物、多环芳烃(polycyclicaromatic hydrocarbons,PAHs)、石油烃化合物等难降解的有机污染的水体。对于氮、磷等营养物质的去除,其主要机理涉及同化作用、厌氧氨氧化作用、硝化与反硝化作用、磷酸化作用等。对重金属、药物、石油烃化合物及其他有机化合物的去除机制主要是生物吸附、生物富集及细胞内外的生物降解。     

能源微藻及其生物炼制的现状与趋势

微藻能源是最有发展潜力的生物能源之一。围绕微藻生物能源的产业化技术开发,全世界众多研究机构与公司进行了大量的研究工作,在藻种技术、规模培养技术、生物炼制技术方面取得了很多重要进展。文章对近些年国内外对能源微藻及其生物炼制技术研发的进展进行了综述,提出加强高产油、耐污染、易采收等工程应用性状的藻种选育,重点发展高光效、低水耗和少占地的创新微藻培养方法与装备技术,并通过微藻高值产品产业化,逐步推动以平衡系统经济性为原则的微藻能源和高值品联产的生物炼制体系的建立,对于解决目前微藻能源产业化的经济竞争性问题具有重要意义。     

光生物反应器培养微藻研究进展

微藻具有固定CO2和净化有机废水的能力,在环保、食品饲（饵）料、医药和生物能源开发等领域备受关注,但规模化培养及其产业化仍是研究的难点,亟待解决。就常用于大规模培养微藻的光生物反应器的特点和结构进行了综述。其中,封闭式微藻光生物反应器能够较好地调控藻种的培养条件、不易遭受污染,藻种的纯度容易控制,但培养规模小,生产成本较高;而开放式微藻光生物反应器无法精确控制藻种生长环境,但生产规模大、产量高、生产成本低,因此应用广泛。最佳的方法是综合两者优点,即首先利用封闭式微藻光生物反应器进行中试放大,大量繁殖藻种,然后投入开放式微藻光生物反应器内进行大规模商业生产,此方法有望成为微藻光生物反应器的发展方向,以期为微藻大规模培养提供参考借鉴。     

高产烃的丛粒藻研究概况

呈串状集落生的丛粒藻(Botryococcus braunii Kiitzig,1989),又译葡萄藻,是一种在温带、热带和大陆性气候带的陆地、淡水和微咸湖水等地广为分布的单细胞绿色微藻(microalgae)。在培养物中,其产烃量为生物量干重的0.3％～76％,通常为25％～40％;在天然样品中,最高达86％,大大高于其它微生物的含烃量(几乎都低于1％)。在国外,从晚远古代(约10~9年前)到近代的沉积岩中,在我国的北部湾沿岸、渤海湾沿岸和茂名油页岩等石油沉积层中,均发现了它的化石。也从云南抚仙湖中得到了该藻。由于在一些石油沉积中几乎全部有机质都是该藻形成的,故美其名曰“油藻”。     

关于石油母质来源的探讨

浮游微藻是海洋和湖泊中的初级生产力,生物量巨大,平均脂类含量高,是沉积岩中有机质的主要母质来源,对石油和天然气的形成贡献最大。对下辽河坳陷早第三纪的大量微体浮游藻类化石研究表明,该坳陷油气资源的形成和微体浮游藻类,特别是沟鞭藻的大量存在密切相关,浮游藻类是该坳陷盆地油气形成有机质来源的重要基础之一。在微藻热模拟成烃实验中引入成岩早期生物、地化因子的影响,使模拟实验更接近自然界的实际情况。对微藻来源的生物标志物研究表明,作为高盐环境重要标志物的2,6,10,14,18—五甲基二十烷也可能来源于藻类生物。在藻类热模拟产物中发现惹烯的存在,提示在解释油气藏的生物母质来源时必须特别谨慎。     

布朗葡萄藻的培养基选择及其产物代谢规律

通过对布朗葡萄藻分别在Chu13、Chu13×2和BG-11培养基中培养结果的比较,发现在气升式光照生物反应器中Chu13培养基最有利于布朗葡萄藻的生长和烃的合成,培养15d后,其生物量和粗烃质量分数分别为1.82g/L和58.7%;棕榈酸、油酸和亚麻酸是布朗葡萄藻的主要脂肪酸组成,Chu13培养获得的藻体不饱和脂肪酸比例最高。Chu13培养基中布朗葡萄藻代谢规律的研究表明:粗烃含量随着生物量的增加而逐渐增大,15d后粗烃产量达到最大值1.07g/L,不同生长周期烃的组成保持一致,布朗葡萄藻的烃主要由C33H56和C34H58组成;在布朗葡萄藻生长周期中,不饱和脂肪酸的比例显著上升,培养15d达到64%以上。     

从光合微生物中索取生物石油

石油是不可再生能源系统的化石燃料之一,由复杂的碳氢化合物组成,以各烷烃为主体成分的混合物,也含有小量非烃化学成分所构成的混合物即所谓原油,由生物生成的烃类化合物燃料可算是“生物石油”或“石油替代物”。利用某些光合微生物包括光合细菌和某些单胞藻类行光合作用将CO2     

乙烯的生物炼制技术应用推广前景广阔

乙烯是重要的化工原料,目前基本来源于石油炼制。我国乙烯年消费量已超过2000万t,其中50％以上依赖进口。伴随着石油资源的枯竭和油价的高涨,以生物可再生资源替代石油资源开发基于生物制造的化学产品成为当今世界的研究热点。国家“十一五”863计划在生物和医药领域将“生物乙烯的生物炼制技术”作为重点项目,由南京工业大学牵头,联合中国石化、安徽丰原集团等国内优势企业和科研单位进行联合攻关,目前取得了可喜的进展,展示广阔的应用前景。     

生物炼制技术的发展

随着石油资源的日益枯竭,化石经济面临严峻的挑战,而以町再生生物质资源为基础的生物炼制正展现出其广阔的前景。通过石油炼制与生物炼制的对比,分析了生物炼制任各个方面所具有的优势。并以生物乙烯为例,阐述了其发展现状、存在问题及解决途径、未来发展趋势等。     

生物炼制技术的发展

随着石油资源的日益枯竭,化石经济面临严峻的挑战,而以町再生生物质资源为基础的生物炼制正展现出其广阔的前景。通过石油炼制与生物炼制的对比,分析了生物炼制任各个方面所具有的优势。并以生物乙烯为例,阐述了其发展现状、存在问题及解决途径、未来发展趋势等。[编者按]     

产生物柴油微藻培养研究进展

石油的大量使用会导致能源枯竭和温室气体（CO2）排放的增加。为了实现经济和环境的和谐发展,必须使用可再生能源代替石油。可再生能源使用后不会造成温室气体排放的增加。生物柴油是一种理想的可再生能源, 能满足以上要求,所以近年来得到迅速发展。微藻是一种主要利用太阳能固定 CO2,生成制备生物柴油所需油脂的藻类。因此以微藻油脂为原料转化成的生物柴油是石油理想的替代品。简要介绍了产油微藻的种类和微藻油脂的合成,较详细地阐述了微藻自养培养、异养培养、生物反应器、工程微藻的最新研究进展,并初步展望了微藻产油研究的未来发展方向。     

一种用于微藻培养的新型板式光生物反应器

微藻的闪光效应可以大幅提高微藻的光效率,提高微藻产量。通过在传统的板式光生物反应器中加入斜挡板以增强微藻的闪光效应。以小球藻为模型藻种,考察了新型板式光生物反应器内不同光强和不同进口流速对小球藻生长速率和光效率的影响。结果表明,当进口流速为0.16 m/s时,随着光强的提高,小球藻的细胞浓度逐渐增加,光效率逐渐降低;在500μmol/(m2·s)的光强条件下,小球藻细胞浓度和光效率均随着进口流速的提高而增加。新型板式光生物反应器内小球藻的细胞浓度比传统板式光生物反应器提高了39.23%,表明在传统板式光生物反应器内加入斜挡板可有效增强微藻的闪光效应。     

产油嗜碱绿球藻MC-1的烟气适应性

为了降低微藻产油成本和减少温室气体的排放,利用煤炭烟气培养一株具有pH快速漂移和高碱适应特性的产油微藻Chlorococcum alkaliphilus MC-1.首先于15L光生物反应器中分三组(空白组、CO2组和烟气组)进行小体积培养实验,然后在24 m2开放式跑道池中进行放大培养,研究了微藻MC-1对烟气培养的适应性.结果表明,在光生物反应器培养实验中,烟气组的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:(1.02±0.07) g/L、(0.12±0.02) g/(L·d)、(37.84±0.58)％和(0.20±0.02) g/(L·d),比CO2组分别提高了36％、33.33％、15.34％和33.33％.在开放式跑道池培养实验中,烟气与纯CO2的培养效果相似,烟气培养下的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:147.40 g/m2、14.73 g/(m2·d)、35.72％和24.01 g/(m2·d);烟气培养产出的藻粉中有毒重金属Pb、As、Cd和Cr的含量均低于国家限量标准.实验同时测定了烟气培养下藻液对烟气中CO2、NO和SO2的吸收效果,结果显示,在光生物反应器和开放式跑道池培养中此三种气体的平均吸收率均高于以往研究结果.上述结果说明,该藻能适应烟气培养条件,耦合微藻MC-1产油与烟气减排的室外放大培养是可行的.     

微藻生物柴油研发态势分析

微藻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,然后在光生物反应器中吸收阳光、CO2等,生成微藻生物质,最后经过采收、加工,转化为微藻生物柴油。完整的微藻生物柴油成套技术链涵盖多个技术环节,是一个复杂的系统工程,包括微藻生物工程技术、微藻高效规模化养殖技术,以及微藻生物质采收、加工与转化技术等。其中,降低生产成本是当前微藻生物柴油研究面临的主要挑战,各国的研究机构为此开展了多方面的研究。     

生物炼制与可再生资源

分析了化石经济时代走入末路而将被生物炼制产业经济取代的必然性,生物炼制在原料来源和产品上显示了比石油炼制工艺的优越性,介绍了世界各国生物炼制产业发展状况及我国的现状,总结了生物炼制的基本过程,指出了我国生物炼制产业发展中存在的问题和对策,对全球生物炼制产业做了展望,阐述了生物炼制利用可再生资源是走可持续性经济发展道路的唯一实现途径,它必将引发全球性的技术变革。     

血红裸藻热解产气研究

微型浮游藻类生态分布广,生物量大,是石油和天然气藏形成的最重要的一类生物输人源。研究微藻产油产气已为研究油气的成因理论、探讨油气勘探指标、开发利用现代浮游藻类能源提供了有价值的资料。在天然气的研究中,对煤成气,油成气的报道较多,对微藻热解产气的研究很少。不同门类微藻热解产气特征的异同仍然还不清楚。本文报道一种裸藻的热解     

微藻规模培养技术研究进展

产油微藻是最具潜力的生物能源油脂资源之一,有关微藻生物能源的技术研究开发近年来受到国内外持续重视。微藻能源生产是一个涉及到从藻种、规模培养技术与装备,到能量转化加工全产业链的复杂过程,其中以解决微藻生物量资源的规模培养是整个产业过程的核心。从微藻的产能潜力分析出发,对微藻的光自养与异养模式以及微藻的开放池和光反应器培养研究进展进行了总结,特别分析了近些年发展起来的微藻序贯式异养—稀释—光诱导和贴壁培养技术等。并对涉及微藻培养的相关技术包括光能利用、水源和二氧化碳源解决,以及污染及其控制研究进展进行了分析。在此基础上,提出微藻规模培养必须以高效抗逆工业性状和高值化学品联产特色藻种的选育,与装备创新为重点和突破口,并将废气/废水等利用与规模培养相结合,从而构建起与环境处理相耦联的微藻能源—高值化学品多联产产业技术体系。     

未来的生物塑料

聚-β-羟丁酸（PHB）是一种热塑性聚酯,在Ralstonia eutropha和Bacillus megaterium等细菌中常有出现。虽然PHB是可被生物降解的,而且不需依赖化石资源,但这种生物塑料的生产成本在传统上远高于基于石油生产的塑料。发表在《Microbial Cell Factories》的最新研究描述了一种用微藻生产PHB的方法。     

石油污染海域的微生物群落及烃的降解

目前世界海洋石油污染问题已经严重威胁到海洋生态环境的安全,生物修复是一种处理石油污染的新方法。综述了海洋环境中烃降解微生物生态学方面的一些研究进展,包括探测未培养细菌的新方法、新的分离方法及主要的烃降解菌株的特性,以便努力改进现有分离石油降解菌及石油乳化细菌的方法,同时发现对于石油降解有益的新菌种。