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。     

微藻产油技术进展

发展微藻生物能源是解决能源危机和环境问题的有效途径之一。目前微藻生物能源的藻种筛选、室外养殖、采收、油脂提取、能源制备等各工艺环节均已经打通,但成本高制约了微藻生物能源的产业化发展。本文分析了微藻生物能源的制备工艺(包括藻种特性、培养技术、油脂诱导技术、油脂转化技术等)及应用研究进展(包括反应器),并结合多年在藻种选育、室外规模化培养、低成本采收和藻油多组分分离方面的研究结果与经验,从多角度为微藻生物能源发展给出建议。指出微藻的全价开发将是微藻生物能源发展的有效模式,其中筛选采收成本低、耐污染、油脂含量较高、富含高值副产物的藻种非常重要,丝状藻是一个非常有潜力的方向,并考虑将物理法和水热液化法结合,实现微藻的多成分提取与分离,提高微藻价值的全价开发。     

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。     

二氧化碳减排产柴油微藻培养体系研究进展

污水资源化、二氧化碳减排及微藻生物柴油是当前能源与环境领域的前沿课题。以下围绕污水及烟道气资源化培养产油微藻的培养体系,就藻种、营养条件、培养方式、培养环境及微藻生物反应器等影响产油微藻培养的因素研究进展进行了综述。在综述的基础上提出：由于微藻具有特殊营养方式,通过藻种筛选、微藻营养条件和培养环境的优化以及高效光生物反应器和生产工艺等的创新,可利用污水进行产油微藻生产,以获得生物柴油等高附加值产品,实现微藻生物能源、污水资源化处理和CO2减排三者高度耦合的产油微藻生产体系,从而减少微藻培养费用及污水处理费用,因此,该体系具有重要的环境、社会、经济价值和商业化应用前景。     

微藻生物柴油的发展

微藻生物柴油是一种具有较大发展潜力的可再生能源,与动、植物为原料制备的生物柴油相比,它有不占用耕地、产油效率高等优点。目前,微藻生物柴油在国内外都有很大发展,产业化的进程也在逐步推进。介绍了高油脂含量微藻的种类、微藻合成油脂的机理研究、微藻的培养技术及微藻生物柴油的产业化现状,并对微藻生物柴油发展中的一些问题进行了分析。     

微藻生物柴油技术的研究现状及展望

微藻生物柴油是一种优良的可再生新能源,对于解决人类面临的能源短缺和全球变暖两大危机具有潜在的重大战略意义。综述了微藻生物柴油的技术流程、油脂含量较高的微藻藻种、微藻生物柴油的最大技术瓶颈、提高微藻油脂总产量的方法、微藻的大规模培养、微藻的采收和微藻生物柴油的制取等方面的研究现状,并对微藻生物柴油未来的核心研究方向提出了初步见解。     

微藻生物能源的产业化进程及其在CO2减排中的应用进展

基于微藻能源的第三代生物燃料,是一种通过微藻的光合作用积累生物量和油脂而获得的新型清洁生物能源。微藻是由阳光驱动的细胞工厂,它可以在常温常压下实现对CO2的高效吸收,通过微藻细胞高效的光合作用,将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能,并释放出O2。将就生物能源、微藻生物能源及其在CO2减排中的应用和产业化进程进行总结和展望。     

微藻藻种的筛选和育种及基因工程改造

正利用微藻油脂、烷烃或微藻淀粉生产生物柴油或生物酒精已成为国际生物能源研究领域的前沿和各个国家尤其是西方发达国家能源科技竞争的热点。然而,微藻生物燃料面临用于大规模工业化培养的微藻品种较少、生产成本高而难于商业化应用的问题。文章深入研究微藻生物技术的发展,对目前微藻藻种筛选、育种和基因工程技术改造进行分析,为进一步发掘筛选新的微藻生物资源、获得富含生物燃料原料成分及多种生物活性成分的优良藻种提供指导,加快微藻的生物产品和生物燃料商业化生产。     

从情报学角度看微藻生物能源研究进展

作为化石能源的替代品,以微藻能源为核心的生物能源受到越来越多的关注。作为单细胞生物,微藻有生长周期短、易培养、光合效率高及含油量高等优点,在各类生物能源中具有理想前景。从情报学角度出发,通过分析微藻能源相关文献和专利,对微藻能源的发展概况进行分析,并根据科学研究和公司产业发展现状,对微藻的国内外进展进行对比,总结微藻能源研究的进展,并对微藻能源的发展进行展望。     

微藻种质资源库——藻类科学研究和产业发展的重要平台

微藻是指一类形态微小, 能够进行光合作用, 以单细胞或简单多细胞形式存在的藻类。作为一类重要的生物资源, 活体微藻的保藏和共享服务是开展藻类科学研究和藻类产业发展的必要平台和基础。坐落于中国科学院水生生物研究所的淡水藻种库(FACHB-Collection)正式成立于1973年, 1996年作为创会成员加入中国科学院典型培养物保藏委员会; 2019年成为国家水生生物种质资源库的核心成员。该库保藏逾3400株微藻, 隶属于9门169属。年均为国内外用户提供2500株藻株, 并提供藻种鉴定、分离纯化和培养技术等方面的服务和咨询。文章回顾了国际微藻种质资源库的发展历史和现状, 介绍了国内微藻种质资源保藏情况, 着重介绍国家水生生物种质资源库——淡水藻种库在库藏藻株多样性、共享服务、藻株无菌化、超低温保藏技术及优良品种选育与应用等方面的进展, 瞄准提升我国在藻类学研究和藻类产业研发的竞争力, 提出了藻种资源库未来发展的建议。     

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。     

基于模糊综合评价的产生物柴油微藻藻种筛选

产生物柴油微藻大规模培养对微藻藻种的性能要求较高。从丰富的藻种资源中筛选到高品质的藻种一直是个亟待解决的问题。通过研究3株产油微藻,从系统工程的角度综合整个微藻生物柴油的技术工艺,建立了以生长速率、含油率、油脂组成等18种指标的二级评价体系,采用二级模糊综合评价的模糊数学方法对产生物柴油微藻的性能进行综和分析、筛选。最终确定供评价的三株微藻二级模糊综合评价集：小球藻LICME001［0.360 0.315 0.192 0.069 0.064］,微绿球藻LICME002［0.277 0.331 0.236 0.104 0.052］和葡萄藻LICME003［0.325 0.371 0.232 0.071 0.060］。根据最大隶属度法则分析得：小球藻LICM001株产生物柴油微藻品质为优等级别,适合产生物柴油的技术工艺要求;微绿球藻LICME002和葡萄藻LICME003为良等级别的产生物柴油藻种。     

基于管道式光生物反应器的藻粉生产过程技术经济分析

经济成本过高阻碍了微藻产品的产业化,而国内目前缺乏有关微藻产品技术经济分析的研究。为探究更符合我国国情的降低微藻产品成本的策略,本文采用结合地域气候和藻种特性的微藻生长模型,对基于管道式光生物反应器的藻粉(含水量为5%的微藻生物质)生产过程进行技术经济分析,讨论了价格和工艺两大类共12个参数以及生产规模对藻粉总成本的影响程度,并对影响经济成本的主要参数进行情景设计。结果显示,普通小球藻(Chlorella vulgaris)藻粉产量受地域和季节影响较大,对位于浙江省乐清市规模为0.1 hm²的生产基地,藻粉年产量约3.8 t,成本为185.7￥/kg。直接人工费、生长温度、光合效率和年运行时间是影响藻粉总成本的四个重要参数,最具成本吸引力的产业化规模约为10 hm²。考虑了降价空间和技术进步的某未来情景下藻粉成本可降至22.6￥/kg,该值与近年来文献给出的亚洲西南部和欧洲各地商业规模的微藻干物质成本较为接近。本文的研究可为我国微藻产品产业化的发展提供一定的理论和数据参考。     

能源微藻规模化培养及光生物反应器研究现状与发展策略

引言 众所周知,资源、能源和环境是当前人类社会发展必须面临和解决的三大难题.传统化石能源的过量使用导致了石油资源短缺、全球气候变暖和环境污染.目前,各国政府和企业开始大力开发可再生能源,其中生物能源被认为是最具潜力的可再生能源之一.微藻能源集生物能源、生物固碳及N/P废水处理等多种功能于一体,具有独特的优势,已经成为国内外研究与开发的热点①.能源微藻的低成本规模化培养是实现微藻能源产业化的关键,也是当前限制微藻能源产业化的瓶颈.     

生物柴油研究进展

介绍了国内外生物柴油的发展现状,探讨了我国发展生物柴油的原料来源途径,包括木本油料植物、转基因油料作物、废弃油脂、微生物油脂和微藻油脂等,综述了制备生物柴油的化学法、酶法、超临界法等生产技术及其进展,概括了当前生物柴油主要的品质问题与改性对策,分析了生物柴油副产物的高值化利用策略,指出了我国生物柴油产业化面临的原料、技术和生物炼制方面的主要问题。     

经济微藻高密度培养技术及其生物资源化利用

经济微藻富含不饱和脂肪酸、蛋白质、碳水化合物等多种生物活性物质, 可以应用于食品加工业、水产养殖业、医药与美容业、废水处理环保业和生物能源业等各行业。开发和利用微藻生物资源将是解决人类能源需求的重要途径, 微藻产业化的发展进程与社会经济、生态环境和人类健康有密切的关系。微藻高密度培养是提高微藻生物质产量和活性代谢产物, 发展生物质能源的关键环节。论文综述了微藻的社会经济价值, 指出了其在能源、食品、水产等行业的重要作用; 介绍了开放式培养和封闭式培养的两大类技术体系, 比较分析了柱状光反应器、平板光反应器和管状光反应器的特点; 概括了影响经济微藻生长和油脂含量的主要因素, 包括光照、温度、pH、营养元素等, 最后展望了经济微藻培养及其生物资源化利用的前景。     

我国微藻生物柴油的研究背景与发展战略

生物柴油是可再生能源开发利用的重要发展方向。藻类制备生物柴油具有产油量高、生长速度快、环境适应能力强、不与农作物争夺农田和淡水资源等优势。从微藻制备生物柴油着手,简要介绍了生物柴油的生产原料与发展历程、微藻油脂的组成与生物合成途径、微藻制备柴油的工艺与瓶颈及解决策略,最后对微藻制备生物柴油技术提出了近中远期发展目标及展望。     

生物炼制技术用于生物石油开发

几年前美国一家国家实验室研究人员发明生物炼制石油技术,即用一种极端纤细细菌的催化作用炼制优质的石油产品,该菌能在高温（60℃）下分离重油（注：重油指非常规石油的统称。包括重质油、高粘油、油沙、天然沥青等）中的硫氢、重金属物,使这些杂质含量降低20％～50％左右。这种生物炼油技术不仅提高“生物石油”的质量,而且更有利于环保。在炼制生物石油方面除细菌外,有些微藻也值得注意,一种叫丛粒藻（Botryococcus braunii,又称葡萄藻）的单胞藻,它产生的碳氢化合物占其干物质重量的15％～75％,最高达到90％,其组成与原油极为类似,经过加工处理后达到真正石油的指标。除了该藻藻体有“储能库”之称以外,微藻中还有小球藻、盐藻（均系绿藻类）等均有“储能”的潜力,都可用透明玻璃管作为“生物反应器”,通入含1％CO2的空气,对数增殖期测定其产烃量,已达到占细胞干重的16％-44％,每天可从藻体生物量中索取大量油烃化合物,完全有可能利用“环型玻璃管生物反应器”按需求量扩大再生产,从其生物量炼制生物石油。在美国,哈佛大学和斯坦福大学有关专家组建了一家公司想从生物炼油开辟新径：     

微藻生产油脂培养新技术

近年来,随着全球性能源短缺和环境污染等问题日益严重,利用微藻开发绿色、清洁的生物能源已成为了研究热点。但是微藻油脂的低合成速率和高成本限制了微藻油脂的大规模生产。为了有效开发利用微藻资源,双阶段及共培养技术被发展并取得了显著进展。此外,除了改变培养条件,更为简单的添加生长代谢调节因子的策略也被证明是一种有效的提高微藻油脂的技术。对各种新发展的微藻培养技术及其技术原理进行了详细介绍,在此基础上,初步展望了微藻产油研究的未来发展方向。     

大规模微藻光生物反应器的研究进展

微藻同时具备CO2固定和有机废水生物净化的双重效果,且微藻生物质在食品、饲(饵)料、生物能源开发等领域受到广泛关注,然而高效的微藻光生物反应器是微藻大规模养殖的重要瓶颈问题之一。本文中,笔者综述了封闭式微藻光生物反应器的类型、基本结构及其优缺点,对开放式微藻光合反应器陆续被改善、研发和试用进行了介绍,同时对开发复合型微藻光合反应器以及采用封闭型微藻光合反应器制种和开放式光合反应器快速生产的微藻养殖模式进行了简述,以期为微藻的大规模培养提供一定参考依据。