生物質(zhì)能源微藻

1、生物質(zhì)能源微藻1. 1. 背景介紹背景介紹2. 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)3. 3. 微藻生物煉制微藻生物煉制4. 4. 我們的工作我們的工作藻類植物藻類植物(大型藻和微藻大型藻和微藻)藍(lán)藻門藍(lán)藻門紅藻門紅藻門隱藻門隱藻門甲藻門甲藻門金藻門金藻門黃藻門黃藻門硅藻門硅藻門褐藻門褐藻門裸藻門裸藻門綠藻門綠藻門輪藻門輪藻門小球藻等小球藻等有些學(xué)者把藻類分為11個(gè)門，有些分為8個(gè)門；門是植物分類中的一個(gè)級(jí)別。藻類植物的分類藻類植物的分類微藻（微藻（icroalgaeicroalgae）是一類在陸地、海洋分布廣泛，營(yíng)養(yǎng)）是一類在陸地、海洋分布廣泛，營(yíng)養(yǎng)豐富且光合利用度高的微型自養(yǎng)植物。地球上微藻

2、種類繁多豐富且光合利用度高的微型自養(yǎng)植物。地球上微藻種類繁多，但目前被人類發(fā)現(xiàn)并利用的種類不多，特別是海洋微藻，但目前被人類發(fā)現(xiàn)并利用的種類不多，特別是海洋微藻，目前開(kāi)發(fā)的更是微乎其微。目前開(kāi)發(fā)的更是微乎其微。綠藻紅藻硅藻什么是微藻？物種物種已發(fā)現(xiàn)數(shù)量已發(fā)現(xiàn)數(shù)量已發(fā)現(xiàn)占估計(jì)數(shù)比例（已發(fā)現(xiàn)占估計(jì)數(shù)比例（%）淡水微藻淡水微藻.10490海洋微藻海洋微藻.71010微藻在地球演化中扮演著重要角色 微藻（海洋單細(xì)胞藻類）是地球上最早的生物物種微藻（海洋單細(xì)胞藻類）是地球上最早的生物物種，已經(jīng)在地球上生存了，已經(jīng)在地球上生存了3535億年之久，能在水中進(jìn)行光合作億年之久，能在水中進(jìn)行光合作用釋放出氧氣，

3、在用釋放出氧氣，在中發(fā)揮了極其重中發(fā)揮了極其重要的作用，因此微藻的出現(xiàn)為地球上其他生物的出現(xiàn)要的作用，因此微藻的出現(xiàn)為地球上其他生物的出現(xiàn)。 生物質(zhì)生物質(zhì)+O2CO2 +H2O+光光為什么是微藻？光合作用效率是指綠色植物通過(guò)光合作用制光合作用效率是指綠色植物通過(guò)光合作用制造的有機(jī)物中所含有的能量與光合作用所吸收的造的有機(jī)物中所含有的能量與光合作用所吸收的光能的比值光能的比值。植物：藻：微藻通過(guò)光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高1L空氣中含有約5.910-4 g CO21L水中含有約21L空氣中含有約0.3g O2近近3000倍倍1L水中含有約21/40微藻通過(guò)光合作用固定CO2的效率比陸生

4、植物更高折射折射衍射衍射水水散射散射 由于水對(duì)光具有折射、衍射、散射等效應(yīng)，使得微藻所由于水對(duì)光具有折射、衍射、散射等效應(yīng)，使得微藻所有表面都有可能受光照，然有表面都有可能受光照，然而陸生植物只有向光面才有可能而陸生植物只有向光面才有可能受光照。受光照。1 g干干物質(zhì)物質(zhì)樹(shù)葉比表面積:10-3 m2微藻比表面積:1.3103 m2 相同質(zhì)量的微藻比表面積是樹(shù)葉的相同質(zhì)量的微藻比表面積是樹(shù)葉的，比表面積越大，受光面積越大，越有利于光合作用。比表面積越大，受光面積越大，越有利于光合作用。微藻通過(guò)光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高微藻光合色素含量占其干微藻光合色素含量占其干重的重的2.5%分布于

5、整個(gè)細(xì)胞分布于整個(gè)細(xì)胞，整個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)光合，整個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)光合反應(yīng)器，有利于光合產(chǎn)物反應(yīng)器，有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)。植物光合色素含量占植物光合色素含量占其干重約其干重約0.05%,分布分布于樹(shù)葉于樹(shù)葉、樹(shù)干等組織樹(shù)干等組織中細(xì)胞的特定部位，中細(xì)胞的特定部位，不有利于光合產(chǎn)物的不有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)合成與轉(zhuǎn)運(yùn)。50倍倍微藻光合天線植物光合天線幾十倍幾十倍植物的捕光天線是類囊體膜內(nèi)的葉綠素,而藻類的捕光天線色素主要集中于緊連在類囊體膜外的藻膽蛋白內(nèi)。天線系統(tǒng)的功能是將所吸收的光能高效地傳遞到與之相聯(lián)系的光反應(yīng)中心。微藻通過(guò)光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高 微藻固定二

6、氧化碳及產(chǎn)油途徑微藻固定二氧化碳及產(chǎn)油途徑微藻具有獨(dú)特的CO2濃縮機(jī)制 CCM（CO2-Concentration mechanism）：即為CO2 濃縮機(jī)制。當(dāng)藻類細(xì)胞由高濃度CO2 培養(yǎng)轉(zhuǎn)入低濃度CO2，細(xì)胞可不斷地從細(xì)胞可不斷地從外部環(huán)境中把無(wú)機(jī)碳或外部環(huán)境中把無(wú)機(jī)碳或CO2運(yùn)輸?shù)襟w內(nèi)運(yùn)輸?shù)襟w內(nèi)，使體內(nèi)的CO2 濃度高于外界環(huán)境，以有利于光合作用碳循環(huán)第一個(gè)關(guān)鍵酶Rubisco羧化反應(yīng)，從而能提高光合速率。微藻光合作用溫度更恒定的微藻光合作用溫度更恒定的水環(huán)境有利于微藻的光合作用水環(huán)境有利于微藻的光合作用海洋是地球固定CO2的主要場(chǎng)所海洋面積：億平方千米占地球表面：71%陸地面積：億平方

7、千米占地球表面：29%CO2O2固定全球60%以上的CO2固定全球40%的CO2森林固定森林固定CO2 變成變成煤炭；煤炭；海洋微藻海洋微藻固定固定CO2變成石油變成石油在已知能固定在已知能固定CO2的微生物中微藻能力最強(qiáng)的微生物中微藻能力最強(qiáng)微藻微藻核酮糖核酮糖-1，5-二磷酸二磷酸6CO23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸甘油醛甘油醛- 3-磷酸磷酸甘油甘油脂肪酸脂肪酸產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌四氫葉酸（四氫葉酸（THF）2CO2CHO-THFCH3-CO-X乙酰乙酰-CoA脂肪酸脂肪酸草酰乙酸草酰乙酸2CO2異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰-CoA脂肪酸脂肪酸泥生綠菌泥生綠菌 綠色硫細(xì)菌綠色硫細(xì)菌 羥基

8、丙酰羥基丙酰-CoA2CO2甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA蘋果酰蘋果酰-CoA乙酰乙酰-CoA脂肪酸脂肪酸微藻固定微藻固定CO2能力是其他微生物的能力是其他微生物的3倍以上倍以上。微藻通過(guò)光合作用生產(chǎn)生物質(zhì)能源具有微藻通過(guò)光合作用生產(chǎn)生物質(zhì)能源具有更高的原子經(jīng)濟(jì)性更高的原子經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)品產(chǎn)品乙醇乙醇乳酸乳酸丁二酸丁二酸生物柴油生物柴油CO2/mol產(chǎn)品產(chǎn)品排放排放1 mol0 mol吸收吸收1 mol吸收吸收mol微生物微生物酵母酵母 乳酸菌乳酸菌 琥珀酸琥珀酸放線桿菌放線桿菌 微藻微藻產(chǎn)相同量的產(chǎn)品，微藻較其他微生物固定更多的產(chǎn)相同量的產(chǎn)品，微藻較其他微生物固定更多的CO2微藻是理想的燃料藻粉藻粉

9、熱值熱值相同質(zhì)量相同質(zhì)量煤炭煤炭微藻生物質(zhì)熱解所得熱值高，平均高達(dá)微藻生物質(zhì)熱解所得熱值高，平均高達(dá)33MJ/kg33MJ/kg，而且微，而且微藻燃燒后沒(méi)有藻燃燒后沒(méi)有SOSO2 2等有害氣體，使用后排出等有害氣體，使用后排出COCO2 2可以被微藻可以被微藻本身所固定，不會(huì)增加本身所固定，不會(huì)增加COCO2 2的凈排放。的凈排放。微藻含有豐富的蛋白、色素、維生素、多糖等生物活性物微藻含有豐富的蛋白、色素、維生素、多糖等生物活性物質(zhì)，可直接用作餌料、飼料及其添加劑。質(zhì)，可直接用作餌料、飼料及其添加劑。微藻是理想的飼料、餌料及其添加劑微藻是理想的高蛋白飼料烏克蘭烏克蘭我國(guó)我國(guó)純蛋白大豆純蛋白大豆

10、高質(zhì)純牛奶高質(zhì)純牛奶三聚氰胺牛奶三聚氰胺牛奶混合飼料混合飼料烏克蘭種牛烏克蘭種牛造成我國(guó)目前牛奶質(zhì)量不高的主要原因是飼料，微藻蛋白造成我國(guó)目前牛奶質(zhì)量不高的主要原因是飼料，微藻蛋白質(zhì)含量為，因此是良好的蛋白替代飼料。質(zhì)含量為，因此是良好的蛋白替代飼料。出路：高蛋白微藻飼料替代出路：高蛋白微藻飼料替代為什么選擇微藻？微藻光自養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)程與其他生物質(zhì)相比，具有微藻光自養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)程與其他生物質(zhì)相比，具有5大優(yōu)點(diǎn)：大優(yōu)點(diǎn)：l 光合固碳效率高，同樣條件下，藻類光合生產(chǎn)率最高可達(dá)到50g/m2/d，相當(dāng)于森林固碳能力的1050倍。l 油脂面積產(chǎn)率高，單位面積的產(chǎn)油率是其他油料作物的20400倍。l 光合固定C

11、O2，不僅有助于CO2減排，且可大幅降低微藻生長(zhǎng)所需碳源成本（1萬(wàn)元/噸螺旋藻）l 利用廢水中的N、P等營(yíng)養(yǎng)元素，不僅有助于緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化程度降低廢水處理成本，且可大幅降低微藻生長(zhǎng)所需N源成本（萬(wàn)元/噸螺旋藻）及及P源成本（萬(wàn)元/噸螺旋藻）l 不與農(nóng)作物爭(zhēng)地(可用灘涂、鹽堿地、荒漠等) 、爭(zhēng)水(可用生活污水、海水和鹽堿水等 )20( Ohio Coal Research Center)氧氣氧氣(0.57kg)廢氣廢氣CO2N、P廢水廢水陽(yáng)陽(yáng)光光生物質(zhì)生物質(zhì)(CHNO)(0.73kg)微藻產(chǎn)能微藻產(chǎn)能二氧化碳光合作用轉(zhuǎn)換二氧化碳光合作用轉(zhuǎn)換1kg微藻低碳生物經(jīng)濟(jì)微藻生物能源我國(guó)水泥行業(yè)我國(guó)水泥

12、行業(yè) 年排年排CO2億噸億噸微藻微藻約年產(chǎn)億噸藻粉約年產(chǎn)億噸藻粉相當(dāng)于億噸煤炭相當(dāng)于億噸煤炭產(chǎn)產(chǎn)6.61013MJ熱量熱量相當(dāng)于億噸生物燃料相當(dāng)于億噸生物燃料相當(dāng)于產(chǎn)值相當(dāng)于產(chǎn)值4200億元億元 微藻培養(yǎng)和我國(guó)水泥、火力發(fā)電等重污染行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)微藻培養(yǎng)和我國(guó)水泥、火力發(fā)電等重污染行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)CO2及余熱的及余熱的綜合利用，以及微藻生物質(zhì)燃料聯(lián)產(chǎn)。綜合利用，以及微藻生物質(zhì)燃料聯(lián)產(chǎn)。CO2排出排出吸收吸收低碳工業(yè)低碳工業(yè)微藻低碳生物經(jīng)濟(jì)微藻生物能源我國(guó)味精行業(yè)我國(guó)味精行業(yè)年排放廢水約年排放廢水約5 5億噸億噸微藻低碳工業(yè)微藻低碳工業(yè)約年產(chǎn)約年產(chǎn) 2000萬(wàn)噸生物柴油萬(wàn)噸生物柴油約年產(chǎn)約年產(chǎn) 6

13、000萬(wàn)噸蛋白飼料萬(wàn)噸蛋白飼料產(chǎn)產(chǎn)1500萬(wàn)噸肉萬(wàn)噸肉 微藻工業(yè)、味精廢水處理行業(yè)和飼料行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)飼料、微藻工業(yè)、味精廢水處理行業(yè)和飼料行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)飼料、 副食、生物副食、生物柴油多聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到廢棄物資源化，基本上消除了水污染，每年可凈減排廢水約柴油多聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到廢棄物資源化，基本上消除了水污染，每年可凈減排廢水約5億噸。億噸。谷氨酸等谷氨酸等排出排出處理處理火電廠火電廠 億噸（億噸（40.1%）微藻微藻約年產(chǎn)約年產(chǎn)10億噸生物質(zhì)億噸生物質(zhì)相當(dāng)于相當(dāng)于3億噸生物燃料億噸生物燃料相當(dāng)于產(chǎn)值相當(dāng)于產(chǎn)值2萬(wàn)億元萬(wàn)億元2010年我國(guó)總年我國(guó)總CO2排放量排放量70億噸，位居世界第一。微藻培養(yǎng)與重污染

14、行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，億噸，位居世界第一。微藻培養(yǎng)與重污染行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CO2及余熱的綜合利用，以及微藻生物質(zhì)燃料聯(lián)產(chǎn)。及余熱的綜合利用，以及微藻生物質(zhì)燃料聯(lián)產(chǎn)。CO2排排出出吸收吸收低碳工業(yè)低碳工業(yè) 石油加工業(yè)石油加工業(yè)億噸（億噸（15.7%）黑色金屬冶煉工業(yè)黑色金屬冶煉工業(yè) 億噸（億噸（7.3%7.3%）微藻與火電廠等重污染工業(yè)聯(lián)產(chǎn)低碳生物經(jīng)濟(jì)微藻生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)勢(shì)微藻生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)勢(shì)微藻棉5X107公頃1X109公頃3X109公頃4X109公頃10公頃2X1010公頃棕櫚棕櫚大豆大豆油菜油菜 麻瘋樹(shù)麻瘋樹(shù)微藻微藻棉花棉花5X107公頃2X1010公頃用地20倍倍Research,2008,1:

15、2043不同植物生產(chǎn)全球生不同植物生產(chǎn)全球生物柴油所需用地面積物柴油所需用地面積 l美國(guó)：美國(guó)： - -“水生生物種計(jì)劃水生生物種計(jì)劃”（1978-1996），），07年重新啟動(dòng)。年重新啟動(dòng)。 - -“微型曼哈頓計(jì)劃微型曼哈頓計(jì)劃”（2006-2010） - -“太陽(yáng)神計(jì)劃太陽(yáng)神計(jì)劃”（2006） - -“JP-8噴氣燃料替代品計(jì)劃噴氣燃料替代品計(jì)劃”（2008） - -“微藻生物燃料技術(shù)路線圖微藻生物燃料技術(shù)路線圖”（2009）l日本：日本： - -“地球研究更新計(jì)劃技術(shù)地球研究更新計(jì)劃技術(shù)”耗資耗資2525億億美元美元 - -20102010年年 微藻將微藻將COCO2 2轉(zhuǎn)化成燃料乙醇轉(zhuǎn)

16、化成燃料乙醇l英國(guó)：英國(guó)： - -“藻類生物燃料計(jì)劃藻類生物燃料計(jì)劃”耗資耗資26002600萬(wàn)英鎊萬(wàn)英鎊 -2020-2020年年 實(shí)現(xiàn)利用藻類生產(chǎn)運(yùn)輸燃料實(shí)現(xiàn)利用藻類生產(chǎn)運(yùn)輸燃料微藻生物柴油已經(jīng)成為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)微藻生物柴油已經(jīng)成為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)2007年10月荷蘭AlgaeLink公司成功開(kāi)發(fā)出新型微藻光生物反應(yīng)器系統(tǒng)新型微藻光生物反應(yīng)器系統(tǒng) 重點(diǎn)項(xiàng)目代表公司商業(yè)案例歐歐盟盟l“藻類生物燃料計(jì)劃藻類生物燃料計(jì)劃”耗耗資資50005000萬(wàn)美元萬(wàn)美元l 20202020年年 實(shí)現(xiàn)利用藻類實(shí)現(xiàn)利用藻類生產(chǎn)運(yùn)輸燃料生產(chǎn)運(yùn)輸燃料l英國(guó)藻類生物燃料公共資英國(guó)藻類生物燃料公共資助項(xiàng)目（助項(xiàng)目

17、（26002600萬(wàn)英鎊）萬(wàn)英鎊）荷蘭荷蘭AlgaeLinkAlgaeLink公司公司新西蘭新西蘭AquaflowAquaflow生物經(jīng)生物經(jīng)濟(jì)公司濟(jì)公司AlgaeLinkAlgaeLink公司公司：工業(yè)化藻類培養(yǎng)：工業(yè)化藻類培養(yǎng)設(shè)備和藻油加工技術(shù)的跨國(guó)公司設(shè)備和藻油加工技術(shù)的跨國(guó)公司日日本本l“地球研究更新計(jì)劃技術(shù)地球研究更新計(jì)劃技術(shù)”耗資耗資3 3億美元億美元l20102010年年 - -微藻將微藻將COCO2 2轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成燃料乙醇燃料乙醇DICDIC集團(tuán)集團(tuán)開(kāi)發(fā)出利用微藻將開(kāi)發(fā)出利用微藻將COCO2 2轉(zhuǎn)換成燃料轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù)乙醇的新技術(shù)中中國(guó)國(guó)l“微藻生物柴油成套技術(shù)微藻生物

18、柴油成套技術(shù)”l“COCO2 2- -油藻油藻- -生物柴油關(guān)鍵生物柴油關(guān)鍵技術(shù)研究技術(shù)研究”l“微藻二氧化碳減排技術(shù)微藻二氧化碳減排技術(shù)研發(fā)及示范研發(fā)及示范”。兆凱生物工程研發(fā)兆凱生物工程研發(fā)中國(guó)石化等中國(guó)石化等新奧綠色能源公司新奧綠色能源公司0808年新奧公司微藻固定年新奧公司微藻固定CO2CO2生物柴生物柴油年中試成功，油年中試成功，利用管道式及平板利用管道式及平板式光生物反應(yīng)器從事能源微藻培養(yǎng)式光生物反應(yīng)器從事能源微藻培養(yǎng)的中試、能源微藻分子生物學(xué)改造的中試、能源微藻分子生物學(xué)改造等等世界各國(guó)研究現(xiàn)狀世界各國(guó)研究現(xiàn)狀微藻生物能源研究歷史及現(xiàn)狀微藻生物能源研究歷史及現(xiàn)狀p二戰(zhàn)期間和二戰(zhàn)之

19、后二戰(zhàn)期間和二戰(zhàn)之后, 德國(guó)和美國(guó)就開(kāi)始研究利用微藻油脂作為食品和燃料的代用品德國(guó)和美國(guó)就開(kāi)始研究利用微藻油脂作為食品和燃料的代用品;p五十年代中期五十年代中期, 對(duì)綠藻和硅藻在脅迫條件下中性脂肪的積累進(jìn)行了廣泛的研究對(duì)綠藻和硅藻在脅迫條件下中性脂肪的積累進(jìn)行了廣泛的研究;p的七十年代的七十年代, 由于能源危機(jī)和阿拉伯國(guó)家實(shí)行石油禁運(yùn)由于能源危機(jī)和阿拉伯國(guó)家實(shí)行石油禁運(yùn), 美國(guó)能源部支持了一項(xiàng)微藻美國(guó)能源部支持了一項(xiàng)微藻-燃料研究、燃料研究、開(kāi)發(fā)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”微藻廢水處理微藻廢水處理-生物質(zhì)生物質(zhì)-甲烷氣生產(chǎn)甲烷氣生產(chǎn)”;p1978年年-1996年：美國(guó)年：美國(guó)ASP計(jì)劃（耗資計(jì)劃（耗資250

20、0萬(wàn)美元）萬(wàn)美元）p2006年下半年：因油價(jià)上漲等因素，微藻能源掀起研究熱潮年下半年：因油價(jià)上漲等因素，微藻能源掀起研究熱潮p2009年：美國(guó)組織大量專家提出藻類生物燃料技術(shù)路線圖年：美國(guó)組織大量專家提出藻類生物燃料技術(shù)路線圖p2009年：年：中國(guó)科技部微藻能源探索性立項(xiàng)中國(guó)科技部微藻能源探索性立項(xiàng)p20102010年：年：973973立項(xiàng)立項(xiàng) 現(xiàn)狀：大多在實(shí)驗(yàn)室研究、少數(shù)開(kāi)始進(jìn)行初步的中試研究現(xiàn)狀：大多在實(shí)驗(yàn)室研究、少數(shù)開(kāi)始進(jìn)行初步的中試研究（無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)道），尚無(wú)規(guī)?；奈⒃迥茉粗苽湎到y(tǒng)方面的報(bào)道（無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)道），尚無(wú)規(guī)?；奈⒃迥茉粗苽湎到y(tǒng)方面的報(bào)道2007-20092007-2009

21、年年NATURENATURE、SCIENCESCIENCE上發(fā)表上發(fā)表5 5篇微藻能源的評(píng)論篇微藻能源的評(píng)論 2001-2010年微藻能源學(xué)術(shù)論文統(tǒng)計(jì)年微藻能源學(xué)術(shù)論文統(tǒng)計(jì)2010年年1-5月月?？松梨趩?dòng)微藻生物燃料 課題組課題組 研究領(lǐng)域研究領(lǐng)域清華大學(xué)吳慶余課題組清華大學(xué)吳慶余課題組異養(yǎng)培養(yǎng)產(chǎn)油小球藻、油脂提取和生物柴油加異養(yǎng)培養(yǎng)產(chǎn)油小球藻、油脂提取和生物柴油加工研究。工研究。國(guó)家海洋局第一研究所鄭力課題組國(guó)家海洋局第一研究所鄭力課題組從事能源微藻藻種篩選等。從事能源微藻藻種篩選等。暨南大學(xué)張成武課題組暨南大學(xué)張成武課題組從事能源微藻藻種篩選、規(guī)模培養(yǎng)等。從事能源微藻藻種篩選、規(guī)模培養(yǎng)

22、等。中國(guó)海洋大學(xué)潘克厚課題組中國(guó)海洋大學(xué)潘克厚課題組從事能源微藻藻種篩選、分子生物學(xué)改造等。從事能源微藻藻種篩選、分子生物學(xué)改造等。中科院海洋所、南海所、武漢植物所、武漢水中科院海洋所、南海所、武漢植物所、武漢水生所、青島生物能源所、遺傳與發(fā)育所生所、青島生物能源所、遺傳與發(fā)育所從事油藻藻種篩選與分子生物學(xué)改造、大規(guī)模從事油藻藻種篩選與分子生物學(xué)改造、大規(guī)模培養(yǎng)等。培養(yǎng)等。中科院過(guò)程工程研究所叢威課題組中科院過(guò)程工程研究所叢威課題組從事光生物反應(yīng)器與微藻培養(yǎng)技術(shù)研究。從事光生物反應(yīng)器與微藻培養(yǎng)技術(shù)研究。中科院大連化物所張衛(wèi)課題組中科院大連化物所張衛(wèi)課題組從事微藻產(chǎn)氫及微藻培養(yǎng)技術(shù)等研究。從事微

23、藻產(chǎn)氫及微藻培養(yǎng)技術(shù)等研究。北京化工大學(xué)譚天偉課題組北京化工大學(xué)譚天偉課題組近年開(kāi)始從事微藻及其和微生物聯(lián)合培養(yǎng)等研近年開(kāi)始從事微藻及其和微生物聯(lián)合培養(yǎng)等研究。究。南京工業(yè)大學(xué)黃和課題組南京工業(yè)大學(xué)黃和課題組近年開(kāi)始從事微藻培養(yǎng)研究，光生物反應(yīng)器和近年開(kāi)始從事微藻培養(yǎng)研究，光生物反應(yīng)器和高密培養(yǎng)的工作高密培養(yǎng)的工作南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王長(zhǎng)海課題組南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王長(zhǎng)海課題組從事海洋微藻生物技術(shù)方面的研究工作從事海洋微藻生物技術(shù)方面的研究工作廈門大學(xué)高坤山課題組廈門大學(xué)高坤山課題組從事微藻光合作用機(jī)理方面的研究從事微藻光合作用機(jī)理方面的研究華東理工大學(xué)李元廣課題組華東理工大學(xué)李元廣課題組從事微藻高密度高產(chǎn)率

24、培養(yǎng)技術(shù)、新型光生物從事微藻高密度高產(chǎn)率培養(yǎng)技術(shù)、新型光生物反應(yīng)器開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化研究。反應(yīng)器開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化研究。國(guó)內(nèi)主要的研究單位國(guó)內(nèi)主要的研究單位微藻航空生物燃料微藻航空生物燃料 生物柴油生物柴油 (Bio-diesel) 航空生物燃料航空生物燃料 (Bio-jet fuel) (Bio-kerosene) 據(jù)美國(guó)據(jù)美國(guó)NREL的數(shù)據(jù)估算，利用油藻生產(chǎn)生物柴油替代全美運(yùn)輸燃料的數(shù)據(jù)估算，利用油藻生產(chǎn)生物柴油替代全美運(yùn)輸燃料僅需僅需少量荒地（約少量荒地（約6000萬(wàn)畝）萬(wàn)畝）。 2007年，美國(guó)啟動(dòng)了年，美國(guó)啟動(dòng)了微型曼哈頓計(jì)劃微型曼哈頓計(jì)劃，預(yù)，預(yù)計(jì)到計(jì)到2010年實(shí)現(xiàn)藻類產(chǎn)油工業(yè)化，達(dá)到每天產(chǎn)

25、油百萬(wàn)桶的目標(biāo)。年實(shí)現(xiàn)藻類產(chǎn)油工業(yè)化，達(dá)到每天產(chǎn)油百萬(wàn)桶的目標(biāo)。青島所與波音公司聯(lián)合研發(fā)微藻航空生物燃料l 據(jù)英國(guó)據(jù)英國(guó)獨(dú)立報(bào)獨(dú)立報(bào)2010年年6月月10日?qǐng)?bào)日?qǐng)?bào)道，空中客車公司道，空中客車公司“新一代鉆石新一代鉆石DA42” 飛機(jī)，用飛機(jī)，用100%微藻生物燃料微藻生物燃料作為驅(qū)動(dòng)燃料，在作為驅(qū)動(dòng)燃料，在6月月8日開(kāi)幕的日開(kāi)幕的柏柏林國(guó)際航空航天林國(guó)際航空航天展覽會(huì)上展覽會(huì)上完成首飛完成首飛。l 首次證明了首次證明了微藻生物燃料微藻生物燃料完全可以完全可以獨(dú)立獨(dú)立為飛機(jī)的飛行提供燃料為飛機(jī)的飛行提供燃料（碳?xì)浠細(xì)浠衔锖衔?/8、氮氧化合物、氮氧化合物60%、硫氧化物、硫氧化物1/60）。

26、）。l 加速了微藻能源產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)進(jìn)程加速了微藻能源產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)進(jìn)程Powered by 100 percent algae biofuel 微藻生物燃料已成功應(yīng)用于航空微藻生物燃料已成功應(yīng)用于航空第五章 微藻生物能源1. 1. 背景介紹背景介紹2. 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)3. 3. 微藻生物煉制微藻生物煉制4.4.我們的工作我們的工作微藻生物能源技術(shù)路線圖微藻生物能源技術(shù)路線圖微藻生物能源技術(shù)路線圖微藻生物能源技術(shù)路線圖關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1 1：優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的選育：優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的選育1 1、優(yōu)良藻種的標(biāo)準(zhǔn)和遺傳基礎(chǔ)？、優(yōu)良藻種的標(biāo)準(zhǔn)和遺傳基礎(chǔ)？生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、油脂含量高、高效固生長(zhǎng)快

27、、適應(yīng)性強(qiáng)、油脂含量高、高效固 定定COCO2 2、適合處理污水、易采收、適合處理污水、易采收 ，如何考慮遺傳穩(wěn)定性？，如何考慮遺傳穩(wěn)定性？2 2、誘變育種或基因工程改造的基礎(chǔ)？、誘變育種或基因工程改造的基礎(chǔ)？自然種、純系？基因工程菌性能要求？自然種、純系？基因工程菌性能要求？日本國(guó)際貿(mào)易和工業(yè)部資助了一項(xiàng)名為日本國(guó)際貿(mào)易和工業(yè)部資助了一項(xiàng)名為“地球研究更新地球研究更新技術(shù)計(jì)劃技術(shù)計(jì)劃”的項(xiàng)目，的項(xiàng)目，耗資近耗資近3 3 億美元，分離出億美元，分離出1 1 萬(wàn)多株微萬(wàn)多株微藻藻。19781978年到年到19961996年美國(guó)能源部開(kāi)展了年美國(guó)能源部開(kāi)展了“水生物種計(jì)劃水生物種計(jì)劃”（The A

28、quatic Species Program)The Aquatic Species Program)，在在2020年的時(shí)間內(nèi)從年的時(shí)間內(nèi)從30003000株藻種中選出了大約株藻種中選出了大約300300株的高效產(chǎn)生物柴油藻種株的高效產(chǎn)生物柴油藻種 微藻種類豐富，廣泛分布于淡水和海水中，微藻種類豐富，廣泛分布于淡水和海水中，全球已經(jīng)鑒定的微藻大約全球已經(jīng)鑒定的微藻大約有有60,00060,000種種! !而且其而且其數(shù)量還在不斷增加數(shù)量還在不斷增加! !美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校NiyogiNiyogi教授實(shí)驗(yàn)室以此篩選出模式生物教授實(shí)驗(yàn)室以此篩選出模式生物萊茵衣藻和擬南芥的

29、大量突變株，萊茵衣藻和擬南芥的大量突變株， 并并建成了這兩種模式生物的全球建成了這兩種模式生物的全球性突變種質(zhì)資源中心性突變種質(zhì)資源中心（Niyogi et al., 1997; Siripong et al., 2002; Nakajima et al., 2004Niyogi et al., 1997; Siripong et al., 2002; Nakajima et al., 2004）MussgnugMussgnug等利用等利用RNARNA沉默技術(shù)下調(diào)萊茵衣藻中捕光色素蛋白復(fù)合體沉默技術(shù)下調(diào)萊茵衣藻中捕光色素蛋白復(fù)合體蛋白的表達(dá)量，蛋白的表達(dá)量，構(gòu)建的工程微藻在液體培養(yǎng)中，對(duì)光損害

30、的抵御力構(gòu)建的工程微藻在液體培養(yǎng)中，對(duì)光損害的抵御力增強(qiáng)，并增加了光的穿透能力增強(qiáng)，并增加了光的穿透能力(Mussgnug et al., 2007)(Mussgnug et al., 2007)。LiLi等將不合成淀粉的萊茵衣等將不合成淀粉的萊茵衣藻突變株中藻突變株中ADPADP- -葡萄糖焦磷酸葡萄糖焦磷酸化酶缺失后，化酶缺失后， 油脂含量提高油脂含量提高1010倍倍 （Li et al., 2010Li et al., 2010）真核微藻基因工程的瓶頸工程微藻工程微藻研究的熱點(diǎn)研究的熱點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)2 2：規(guī)?；囵B(yǎng)：規(guī)模化培養(yǎng)1 1、自養(yǎng)培養(yǎng)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化及環(huán)境調(diào)控規(guī)律，微藻產(chǎn)、

31、自養(yǎng)培養(yǎng)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化及環(huán)境調(diào)控規(guī)律，微藻產(chǎn)/ /儲(chǔ)油機(jī)理？?jī)?chǔ)油機(jī)理？對(duì)對(duì)高密度培養(yǎng)條件的響應(yīng)，高密度培養(yǎng)條件的響應(yīng)，物理、化學(xué)脅迫物理、化學(xué)脅迫 2 2、培養(yǎng)條件對(duì)微藻生長(zhǎng)和繁殖特性的影響及其變化規(guī)律？、培養(yǎng)條件對(duì)微藻生長(zhǎng)和繁殖特性的影響及其變化規(guī)律？反應(yīng)器、跑道池、反應(yīng)器、跑道池、大池；自養(yǎng)、異養(yǎng)及兼養(yǎng)大池；自養(yǎng)、異養(yǎng)及兼養(yǎng). 微藻生長(zhǎng)與油脂積累受到非微藻生長(zhǎng)與油脂積累受到非生物因素生物因素（包括光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)、溶（包括光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)、溶氧濃度、二氧化碳濃度、氧濃度、二氧化碳濃度、pHpH、鹽度、培養(yǎng)液中的有毒成分）、鹽度、培養(yǎng)液中的有毒成分）、生物因素生物因素（包括細(xì)菌、真菌、病毒

32、及其他微生物的污染）以及操作因素（包括攪（包括細(xì)菌、真菌、病毒及其他微生物的污染）以及操作因素（包括攪拌產(chǎn)生的摩擦力、稀釋率、收獲方式）等的影響拌產(chǎn)生的摩擦力、稀釋率、收獲方式）等的影響（Soletto et al., 2008; Mata Soletto et al., 2008; Mata et al., 2010; Packer, 2009et al., 2010; Packer, 2009）。）。能源微藻光合固碳與油脂積累的協(xié)同提高途徑的基礎(chǔ)研究能源微藻光合固碳與油脂積累的協(xié)同提高途徑的基礎(chǔ)研究光合固碳與油脂積累圖光合固碳與油脂積累圖微藻高密度培養(yǎng)與環(huán)境因子脅迫產(chǎn)油微藻高密度培養(yǎng)與環(huán)境

33、因子脅迫產(chǎn)油核酮糖-1，5-二磷酸CO2+H2O3-磷酸甘油酸1，3-二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸二羥丙酮磷酸1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰-CoA丙二酸單酰-CoA乙酰-CoA乙酰-ACP丙二酸單酰ACP乙酰合酶乙酰乙酰-ACPD-羥丁酰-ACP，-反式-羥丁酰-ACP丁酰-ACP軟脂酰-ACP軟脂酸軟脂酸代謝工程手段提高微藻油脂含量代謝工程手段提高微藻油脂含量油脂代謝途徑調(diào)控，提高藻油脂含量。研究光合作用，提高藻生物量光生物反應(yīng)器光生物反應(yīng)器微藻培養(yǎng)的核心技術(shù)微藻培養(yǎng)的核心技術(shù) 微藻研發(fā)過(guò)程中存在較多的技術(shù)難點(diǎn)，其中微藻研發(fā)過(guò)程中存在

34、較多的技術(shù)難點(diǎn)，其中缺乏高效、節(jié)能、技術(shù)缺乏高效、節(jié)能、技術(shù)成熟的光生物反應(yīng)器作為研究基礎(chǔ)成熟的光生物反應(yīng)器作為研究基礎(chǔ)，其極大的限制了微藻能源的研發(fā)和，其極大的限制了微藻能源的研發(fā)和規(guī)?；l(fā)展。規(guī)模化發(fā)展。 這主要是由于微藻光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)，涉及較多學(xué)科的交叉，目前這主要是由于微藻光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)，涉及較多學(xué)科的交叉，目前的研究沒(méi)有從深層次系統(tǒng)地理解和掌握其設(shè)計(jì)的基本科學(xué)原理和規(guī)律，的研究沒(méi)有從深層次系統(tǒng)地理解和掌握其設(shè)計(jì)的基本科學(xué)原理和規(guī)律，因此難以形成解決關(guān)鍵問(wèn)題的核心技術(shù)。因此難以形成解決關(guān)鍵問(wèn)題的核心技術(shù)。 什么反應(yīng)器適合微藻培養(yǎng)螺旋式反應(yīng)器螺旋式反應(yīng)器廂式反應(yīng)器廂式反應(yīng)器管式反應(yīng)器

35、管式反應(yīng)器膜式反應(yīng)器膜式反應(yīng)器跑道池式反應(yīng)器跑道池式反應(yīng)器問(wèn)題：?jiǎn)栴}：目前各國(guó)已設(shè)目前各國(guó)已設(shè)計(jì)出數(shù)種反應(yīng)器，什么計(jì)出數(shù)種反應(yīng)器，什么反應(yīng)器適合微藻高效培反應(yīng)器適合微藻高效培養(yǎng)？膜式？跑道池式？養(yǎng)？膜式？跑道池式？ 光反應(yīng)器存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，光照分布不均勻，光能利用率光反應(yīng)器存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，光照分布不均勻，光能利用率低，光合效率不高，低，光合效率不高，CO2利用率不高等問(wèn)題，這阻礙了藻細(xì)胞密度利用率不高等問(wèn)題，這阻礙了藻細(xì)胞密度的提高，進(jìn)而提高了微藻生物能源的生產(chǎn)成本，為生物柴油的規(guī)模的提高，進(jìn)而提高了微藻生物能源的生產(chǎn)成本，為生物柴油的規(guī)?；a(chǎn)帶來(lái)了困難?；a(chǎn)帶來(lái)了困難。光生物反應(yīng)

36、器設(shè)計(jì)核心問(wèn)題光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)核心問(wèn)題光源光源細(xì)胞濃度(g/L)光照距離（cm）A Light Distribution Model for an Internally Radiating Photobioreactor光衰減圖關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)3 3：采收和綜合利用：采收和綜合利用1 1、面向規(guī)?；牡统杀靖咝什墒?？、面向規(guī)?；牡统杀靖咝什墒?？藻體細(xì)胞的理化性質(zhì)影響，藻體細(xì)胞的理化性質(zhì)影響， 低成本，高效采收方法低成本，高效采收方法.2 2、微藻資源的綜合利用？、微藻資源的綜合利用？藻體多元特性，能源化利用，高值化利用藻體多元特性，能源化利用，高值化利用.3 3、面向規(guī)模化應(yīng)用的系統(tǒng)集成

37、？、面向規(guī)?；瘧?yīng)用的系統(tǒng)集成？物質(zhì)、能量衡算，經(jīng)濟(jì)效益物質(zhì)、能量衡算，經(jīng)濟(jì)效益, 社會(huì)效益，環(huán)社會(huì)效益，環(huán)境效益，境效益， 全生命周期分析全生命周期分析微藻生長(zhǎng)特性對(duì)采收的影響微藻生長(zhǎng)特性對(duì)采收的影響微藻細(xì)胞表面積對(duì)絮凝采收的影響微藻細(xì)胞表面積對(duì)絮凝采收的影響微藻油的提取是降低成本的關(guān)鍵 油脂提取傳統(tǒng)方法油脂提取傳統(tǒng)方法(Bligh and Dyers method)高能耗高能耗CO2+H2O微藻生物質(zhì)油油 微藻油脂提取方法的高能耗，大大降低了其實(shí)微藻油脂提取方法的高能耗，大大降低了其實(shí)用性。微藻油脂提取過(guò)程的能耗占整個(gè)微藻油脂生用性。微藻油脂提取過(guò)程的能耗占整個(gè)微藻油脂生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)過(guò)程的30

38、50%。第五章 微藻生物能源1. 1. 背景介紹背景介紹2. 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)3. 3. 微藻生物煉制微藻生物煉制4. 4. 我們的工作我們的工作高成本是目前微藻生物柴油商業(yè)化的主要障礙高成本是目前微藻生物柴油商業(yè)化的主要障礙降低生產(chǎn)成本是實(shí)現(xiàn)微藻生物柴油工業(yè)化的關(guān)鍵。降低生產(chǎn)成本是實(shí)現(xiàn)微藻生物柴油工業(yè)化的關(guān)鍵。成本成本2000020000元元人民幣人民幣/ /噸噸售價(jià)售價(jià)80008000元元人民幣人民幣/ /噸噸微藻生物柴油微藻生物柴油柴油柴油微藻固定CO2成本高將我國(guó)每年排放的大量廢水和廢氣的處理將我國(guó)每年排放的大量廢水和廢氣的處理與微藻培養(yǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化，與微

39、藻培養(yǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化，同時(shí)降低微藻培養(yǎng)的成本。同時(shí)降低微藻培養(yǎng)的成本。N、P、K等等CO2數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)期刊網(wǎng)降低微藻生物柴油商業(yè)化成本的出路降低微藻生物柴油商業(yè)化成本的出路 廢棄物資源化利用廢棄物資源化利用廢水廢水廢氣廢氣 微藻能高效利用光能、微藻能高效利用光能、CO2、廢水資源和無(wú)機(jī)鹽類合成蛋白質(zhì)、脂肪、廢水資源和無(wú)機(jī)鹽類合成蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及多種高附加值生物活性物質(zhì)。碳水化合物以及多種高附加值生物活性物質(zhì)。CO 2藻藻藻藻 體體色色 素素維生素維生素酶酶多聚物多聚物油油 脂脂Benemann et al.1987;Cohen,1999;Skulberg,2000微藻生

40、物能源副產(chǎn)高附加值產(chǎn)品微藻生物能源副產(chǎn)高附加值產(chǎn)品微藻生物煉制技術(shù)降低微藻生物柴油商業(yè)化成本的出路有機(jī)相有機(jī)相提取提取提取提取水相水相多次循環(huán)抽提多次循環(huán)抽提色素色素油脂油脂生物柴油生物柴油蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)多糖多糖維生素維生素核酸核酸葉綠素葉綠素類胡蘿卜素類胡蘿卜素蝦青素蝦青素能源能源食品食品醫(yī)藥醫(yī)藥農(nóng)藥農(nóng)藥化工化工飼料飼料EPADHA PUFAs物盡其用，吃干榨盡物盡其用，吃干榨盡p建立了微藻的油脂、蛋白、多糖分析方法p建立了藻體的微藻油脂組成分析方法p對(duì)不同的油脂提取方法進(jìn)行了研究評(píng)價(jià)微藻的綜合利用微藻的綜合利用能源化、高值化能源化、高值化利用微藻代謝產(chǎn)物生產(chǎn)醫(yī)藥和農(nóng)藥中間體、食品添加劑、日用

41、化學(xué)品原利用微藻代謝產(chǎn)物生產(chǎn)醫(yī)藥和農(nóng)藥中間體、食品添加劑、日用化學(xué)品原料和精細(xì)有機(jī)化工原料等精細(xì)與日用化學(xué)品，其市場(chǎng)潛力可達(dá)料和精細(xì)有機(jī)化工原料等精細(xì)與日用化學(xué)品，其市場(chǎng)潛力可達(dá)4000億美元。億美元。微藻某些代謝產(chǎn)物可用來(lái)生產(chǎn)醫(yī)藥與農(nóng)用化學(xué)品微藻原油微藻糖微藻糖生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化尿素乙醛酸D-海因酶海因酶D-N-氨甲酰酶氨甲酰酶某些微藻具有合成生物基高分子材料的能力某些微藻具有合成生物基高分子材料的能力我國(guó)塑料包裝產(chǎn)量已超過(guò)1200萬(wàn)噸，但每年包裝的廢物利用率僅約20%。換句話說(shuō)，有將近80%的塑料需要被處理、焚燒，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,同時(shí)引起資源日益匱乏，微藻生物基材料具備生物降解和可再生

42、等特性。塑料塑料 無(wú)紡布無(wú)紡布 聚酯纖維聚酯纖維 包裝材料包裝材料 生物可降生物可降解材料解材料（PLA,PBS,PHA） 地膜地膜 第五章 微藻生物能源1. 1. 背景介紹背景介紹2. 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)3. 3. 微藻生物煉制微藻生物煉制4. 4. 我們的工作我們的工作藻種的分離純化藻種的分離純化考察取樣分離純化培養(yǎng)藻種1 1、藻種的篩選與保藏、藻種的篩選與保藏計(jì)算機(jī)輔助高產(chǎn)藻種篩選計(jì)算機(jī)輔助篩選模型計(jì)算機(jī)輔助篩選模型通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選的藻種，生優(yōu)選的藻種，生物量提高了物量提高了2倍倍優(yōu)良藻種的篩選與培養(yǎng)微藻保藏方法的建立微藻保藏方法的建立、固體平板低溫保種、

43、固體平板低溫保種 保種時(shí)間為保種時(shí)間為2年年；、液體低溫保種、液體低溫保種 保種時(shí)間為保種時(shí)間為1年年；、液體常溫保種、液體常溫保種 保種時(shí)間為保種時(shí)間為3個(gè)月個(gè)月。建立了建立了3種保種方法種保種方法2. 2. 建立面向微藻生物柴油生產(chǎn)藻種綜合品質(zhì)建立面向微藻生物柴油生產(chǎn)藻種綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)方法（整合了評(píng)價(jià)方法（整合了1717種指標(biāo)）種指標(biāo)）藻種品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)非常復(fù)雜藻種品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)非常復(fù)雜“借助數(shù)學(xué)的眼睛認(rèn)識(shí)微藻”模糊綜合評(píng)價(jià)方法模糊綜合評(píng)價(jià)方法三株微藻的微藻模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表在美國(guó)的能源部2010年提出的 “Algae-to-Biofuel Production Pathways”基礎(chǔ)上，制定了

44、產(chǎn)生物柴油微藻藻種評(píng)價(jià)指標(biāo)并根據(jù)微藻生物柴油開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)的要求，將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為三組：產(chǎn)生物柴油微藻的生理、生化指標(biāo)；產(chǎn)生物柴油微藻的培養(yǎng)工藝指標(biāo)；產(chǎn)生物柴油微藻的后處理指標(biāo)。 3、微藻培養(yǎng)條件的優(yōu)化化學(xué)條件優(yōu)化化學(xué)條件優(yōu)化 2 1 0 -1 -2 CO2和KNO3的三維空間響應(yīng)曲面圖CO2和KNO3的二維等高線圖 2 1 0 -1 -2 -2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0 優(yōu)化前優(yōu)化前藻光密度（生物量）為，優(yōu)化后優(yōu)化后藻光密度（生物量）為，生物量提高近近10倍倍。3、微藻培養(yǎng)條件的優(yōu)化物理?xiàng)l件優(yōu)化物理?xiàng)l

45、件優(yōu)化 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0溫度和光照的三維空間響應(yīng)曲面圖溫度和光照的二維等高線圖 2 1 0 -1 -2 優(yōu)化前優(yōu)化前培養(yǎng)周期25天天，優(yōu)化后優(yōu)化后培養(yǎng)周期縮短為10天天，培養(yǎng)周期縮短縮短60%。廢水資源化利用廢水資源化利用COD降降80%以上以上生物量生物量增加近增加近20倍倍培養(yǎng)前培養(yǎng)前培養(yǎng)后培養(yǎng)后培養(yǎng)后培養(yǎng)后4、通氣速率對(duì)微藻生長(zhǎng)和油脂積累的影響Effects of different ventilation rates o

46、n Chlorella vulgar biomassEffects of different ventilation rates on Chlorella vulgar lipid content外置光源鼓泡式式光生物反應(yīng)器外置光源鼓泡式式光生物反應(yīng)器氣升內(nèi)導(dǎo)管式光生物反應(yīng)氣升內(nèi)導(dǎo)管式光生物反應(yīng)內(nèi)置光源鼓泡式光生物反應(yīng)內(nèi)置光源鼓泡式光生物反應(yīng)增加光合作用效率的方法：p截短光合系統(tǒng)的天線葉綠素等可以使光合效率提高3倍p適合的培養(yǎng)環(huán)境（例如管式反應(yīng)器中氧脅迫的解除）p增加混合、合理的光暗循環(huán)（氣體流速、氣體分布器的結(jié)構(gòu)與布置調(diào)整）p反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)改造、反應(yīng)器的放置角度調(diào)整新型微藻生態(tài)光源新型微藻生態(tài)

47、光源光生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)光生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)5、新型高效光合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、新型高效光合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)氣體分布器的改良和通氣條件的優(yōu)化氣體分布器的改良和通氣條件的優(yōu)化012345Biomass yield(107cell/ml)gas-flow rateCO2 concentration (%)CO2Air氣 體 流 量 計(jì)氣 體 混 合 器氣 體 過(guò) 濾 器CO2檢 測(cè) 器進(jìn) 氣 口出 氣 口取 樣 口光 照CO2檢 測(cè) 器進(jìn) 口出 口溫 度 計(jì)xxABCCEF對(duì)于微藻規(guī)?；苽洌瑥脑逡褐胁墒瘴⒃逡恢笔莻€(gè)瓶頸對(duì)于微藻規(guī)?；苽?，從藻液中采收微藻一直是個(gè)瓶頸本課題組，對(duì)金屬鹽、高分子聚合物、電場(chǎng)和

48、超聲絮凝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究本課題組，對(duì)金屬鹽、高分子聚合物、電場(chǎng)和超聲絮凝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究金屬鹽采收效果圖金屬鹽采收效果圖聚丙烯酰胺、殼聚糖6、藻體收集技術(shù)、藻體收集技術(shù)試驗(yàn)號(hào)試驗(yàn)號(hào)超聲功超聲功率率(W)間隔間隔時(shí)間時(shí)間(s)超聲超聲時(shí)間時(shí)間(min)溫度溫度()細(xì)胞細(xì)胞破碎率破碎率(%)油脂含量油脂含量（）（）11（200）1（5）1（10）1（30）384 C9.120.97 C212（10）2（20）2（50）534 BC12.870.84 ABC313（15）3（30）3（70）657 AB16.221.62 AB42（400）123484 BC11.650.54 BC52231684 AB16.511.31 AB62312357 C8.191.12 C73（600）132800 A19.660.17 A83213434 BC10.671.12 BC93321457 BC10.962.17 BC1 1、液氮破碎效果最好，細(xì)胞破碎率、液氮破碎效果最好，細(xì)胞破碎率達(dá)達(dá)100%100%；破碎時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，；破碎時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，是可以工業(yè)化的一種方法。是可以工業(yè)化的一種方法。2、酶破碎效果較好，細(xì)胞破碎率酶破碎效果較好，細(xì)胞破碎率達(dá)達(dá)90%90%以上；操作簡(jiǎn)單，是一種潛在以上；操作簡(jiǎn)單，是一種潛在工業(yè)化方法。工業(yè)化方法。7、不同細(xì)胞破碎方法的比較、不