利用藻類制備生物汽油

1、利用藻類制備生物原油(兩種方法)項(xiàng)目簡(jiǎn)介克默迪博?？萍?北京)有限公司董事長(zhǎng)楊子中第一種方法：干燥藻類水熱液化技術(shù)藻類中獲得原油，需要先對(duì)藻類進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行提取。水熱液化技術(shù)“具有能完全利用整個(gè)藻體的優(yōu)點(diǎn)，因此具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴辉傩枰獑渭冏非笾惡康姆e累，或脂類的提取了，這種黏液由水和藻類組成，后者的重量占總重的10%到20%。在轉(zhuǎn)化的時(shí)候，黏液被連續(xù)輸送進(jìn)一個(gè)髙科技?jí)毫﹀?，鍋?nèi)的溫度大約為350攝氏度，壓強(qiáng)達(dá)到近204個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。髙溫髙壓可以使混合物保持液態(tài)。依據(jù)水熱液化(HTL)反應(yīng)設(shè)計(jì)了一套反應(yīng)裝置。在這套系統(tǒng)中，藻類和水的混合物被連續(xù)的加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)釜中的髙壓

2、使得水的溫度能夠達(dá)到300-400攝氏度，此時(shí)的水處于介于液相和氣相之間的超臨界態(tài)。在這樣的條件下，藻類中的生物質(zhì)能夠被快速降解。之后利用一系列收集和過(guò)濾裝置，即可得到原油及一系列副產(chǎn)物。在一次HTL反應(yīng)中，每100克藻類最終可以產(chǎn)生41克原油。這樣的轉(zhuǎn)化效率令人滿意。圖片來(lái)源：D.C.Elliottetal.(2013)AlgalResearchKMD在尋找替代能源方面已經(jīng)進(jìn)行了多年的努力，而利用海藻生產(chǎn)原油或?qū)⒊蔀檫@一問(wèn)題的更好答案。相較于之前的生物燃料，藻類原油有著更大的優(yōu)勢(shì)。除去更髙的產(chǎn)量，相對(duì)于汽油而言利用藻類生產(chǎn)燃油更為清潔。藻類在生長(zhǎng)過(guò)程中能夠吸收大氣中的二氧化碳，這一定程度上降

3、低了碳排放。且由于藻類可以在廢水中大量繁殖，其產(chǎn)物也可以生物降解。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)都較小。相對(duì)于糧食作物產(chǎn)生的生物燃料來(lái)說(shuō)，藻類轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的燃油具有髙熱值的優(yōu)點(diǎn)。埃利奧特表示：“由玉米等糧食作物生產(chǎn)得到的乙醇在用作燃料時(shí)需要與汽油進(jìn)行混合，而藻類原油則可以直接用來(lái)燃燒。*DiSlGaQiineKMD設(shè)計(jì)的循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)由回收裝置，反應(yīng)中分離的磷酸鹽和純凈水可以被回收用于下一輪的藻類繁殖。1.藻類樣本脫水；2.水熱液化反應(yīng)；3.固態(tài)沉淀物分離；4.油相/水相分離；5.油相產(chǎn)物加氫處理生成烴類；6.水相碳催化轉(zhuǎn)化為氣體燃料及可回收肥料。藻類生長(zhǎng)在各種水環(huán)境中，所以非常容易獲得。但實(shí)際上

4、收集足夠多的用于原油生產(chǎn)的藻類是一件很困難的事?？四系南到y(tǒng)不僅可以使得藻類的繁殖更為簡(jiǎn)便，其優(yōu)化的設(shè)計(jì)也使得更多種類的藻類得以被用于原油轉(zhuǎn)化。第二方法（光合作用卡爾文循環(huán)）藻類汽油藻類是光合效率最髙的原始植物之一，與農(nóng)作物相比，單位面積的產(chǎn)率可髙出數(shù)十倍。微藻生物柴油技術(shù)首先包括微藻的篩選和培育，獲得性狀優(yōu)良的髙含油量藻種，然后在光生物反應(yīng)器中吸收陽(yáng)光、C02等，生成微藻生物質(zhì)，最后經(jīng)過(guò)采收、加工，轉(zhuǎn)化為微藻生物汽油。原理是利用藻類光合作用，將化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為藻類自身的生物質(zhì)從而固定了碳元素，再通過(guò)誘導(dǎo)反應(yīng)使微藻自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂，然后利用物理或化學(xué)方法把藻類細(xì)胞內(nèi)的油

5、脂轉(zhuǎn)化到細(xì)胞外，再進(jìn)行提煉加工，從而生產(chǎn)出生物汽油。即通過(guò)藻類的光合作用，將廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物燃料、蛋白質(zhì)?！斑@是一個(gè)變廢為寶的產(chǎn)業(yè)，而且還可以生產(chǎn)更多的下游產(chǎn)品?！痹谑蛢r(jià)格大幅上升，糧食短缺問(wèn)題日漸突出的今天，該產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景?！霸陲@微鏡下，海藻就像一個(gè)油葫蘆，比油菜籽、花生的含油量髙78倍，比玉米髙十幾倍。”山東海洋工程研究院院長(zhǎng)李乃勝介紹，海洋微藻制取生物汽油是國(guó)際新能源領(lǐng)域的新方向。專家指出，我國(guó)鹽堿地面積達(dá)1.5億畝。如果用14%的鹽堿地培養(yǎng)藻類，在技術(shù)成熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國(guó)50%的用油需求。藻類資源豐富，不會(huì)因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，

6、可大量培養(yǎng)而不占用耕地。另外，它的光合作用效率髙，生長(zhǎng)周期短，單位面積年產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，不僅可生產(chǎn)生物汽油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰練錃獾男略?。減排二氧化碳的微藻制油新技術(shù)，并準(zhǔn)備將成果率先應(yīng)用于治理燃煤電廠廢氣。全世界已知的藻類有近3萬(wàn)種，讓微藻能大量吸收二氧化碳，并通過(guò)葉綠素的光合作用制造生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，從中提取出油脂，再制備出生物汽油。這種生物汽油與傳統(tǒng)石化汽油的性質(zhì)和成分相似，某些指標(biāo)如發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)性能甚至更好。為實(shí)現(xiàn)微藻柴油產(chǎn)業(yè)化，工業(yè)化生產(chǎn)的連續(xù)采收、能源消耗低的脫水干燥和微藻制油

7、技術(shù)，建立規(guī)?；奈⒃逯朴凸S，在大型容器中養(yǎng)殖微藻。白天，陽(yáng)光和工業(yè)二氧化碳廢氣將為微藻創(chuàng)造出適宜的生長(zhǎng)條件；夜晚，光合作用停止，但依然可以給微藻“喂食”工業(yè)廢水，讓它們利用廢水中的糖制造養(yǎng)分；“榨油”之后的微藻殘?jiān)?，則可以作為新型生物質(zhì)能鍋爐的燃料。經(jīng)過(guò)這一輪的綠色循環(huán)，微藻汽油能做到讓汽車(chē)的碳排放降為零。有很多大型燃煤電廠，其氣體排放組成中有99%是二氧化碳，運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)可使微藻制油在本地循環(huán)起來(lái)。藻類含有大量生物油脂，部分品種含油量達(dá)70%。它們的光合作用效率髙，生長(zhǎng)迅速，最多兩周就可以完成一個(gè)生長(zhǎng)周期。研究表明，每公頃土地玉米年產(chǎn)油量只有120升，大豆為440升，而藻類可達(dá)1.5萬(wàn)至

8、8萬(wàn)升。藻類將是非常有潛力的生物汽油來(lái)源。殼牌、雪佛龍等石油巨頭以及正致力于新能源開(kāi)發(fā)的微軟董事長(zhǎng)比爾蓋茨，近兩年已投入巨資啟動(dòng)微藻制油研發(fā)。我公司微藻基礎(chǔ)研究方面擁有很強(qiáng)的研發(fā)力量，與眾多髙校和科研院所承擔(dān)了藻類分類、育種和保存技術(shù)研究，擁有一大批淡水和海水微藻種質(zhì)資源。目前我國(guó)在微藻大規(guī)模養(yǎng)殖方面已走在世界前列。國(guó)外藻類研究美國(guó)從1976年起就啟動(dòng)了微藻能源研究，但美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)培育出了富油的工程小環(huán)藻。這種藻類在實(shí)驗(yàn)室條件下的脂質(zhì)含量可達(dá)到60%以上（比自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量提髙了312倍），戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上，為后來(lái)的研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2006年，美國(guó)兩家企業(yè)建立了可與1

9、040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物原油”。2007年，美國(guó)宣布由國(guó)家能源局支持的微型曼哈頓計(jì)劃，計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)微藻制備生物汽油工業(yè)化，各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)全面提速。2007年，以色列一家公司對(duì)外展示了利用海藻吸收二氧化碳，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的技術(shù)，每5千克藻類可生產(chǎn)1升燃料。此外，在微藻制乙醇方面，美國(guó)已開(kāi)發(fā)出利用微藻替代糖來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的專利；日本兩家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了利用微藻將二氧化碳轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù)，且投入工業(yè)化生產(chǎn)。藻類優(yōu)點(diǎn)浮游藻類過(guò)多雖然會(huì)導(dǎo)致湖沼的富營(yíng)養(yǎng)化，威脅水質(zhì)，從而破壞生態(tài)系統(tǒng)，但這些藻類具有

10、很強(qiáng)的吸收二氧化碳并合成有機(jī)物的能力，有望作為生物燃料的原料。然而，蒸發(fā)浮游藻類所含的大量水分需要消耗大量能源，因此利用浮游藻類生產(chǎn)生物燃料尚缺乏可行，通過(guò)向浮游藻類中添加能與油脂成分緊密結(jié)合的液化二甲醚，成功提取出了可供燃燒的油脂。當(dāng)9-克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰径撞[與藻類細(xì)胞中的油脂成分結(jié)合后，只要在常溫下使二甲瞇蒸發(fā)，就能將油脂成分提取出來(lái)。利用上述方法所提取的油脂成分相當(dāng)于干燥藻類重量的約40%，其燃燒后的發(fā)熱量與汽油相當(dāng)，可望成為有價(jià)值的綠色原油”剖造了一個(gè)連續(xù)的化學(xué)過(guò)程中，使海藻產(chǎn)生有用的原油。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，濕海藻漿液被注入化學(xué)反應(yīng)器的前端。一旦系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)，將在不到一個(gè)小時(shí)

11、，生產(chǎn)出原油。除此之外還產(chǎn)生出水和含磷材料等副產(chǎn)品，可以回收并促進(jìn)更多的藻類生長(zhǎng)。與其他傳統(tǒng)精煉相比，粗藻類油轉(zhuǎn)化成航空燃料，汽油或柴油，廢水可以進(jìn)一步處理，產(chǎn)生可燃?xì)怏w和鉀和氮等物質(zhì)，隨之被凈化的水，還可以回收并使更多的藻類生長(zhǎng)。雖然海藻一直被認(rèn)為是生物燃料的潛在來(lái)源,并有已經(jīng)有幾家公司進(jìn)行以藻類為基礎(chǔ)的燃料的規(guī)?；芯浚琄MD技術(shù)有效地駕馭藻類的能源潛力，并采用了許多方法來(lái)降低生產(chǎn)藻類燃料的成本。KMD通過(guò)結(jié)合多種化學(xué)步驟為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，大大簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化了從藻類到原油的生產(chǎn)程序。最重要的節(jié)約成本的步驟是該方法適用于濕的藻類。目前大多數(shù)進(jìn)程需要藻類進(jìn)行干燥這個(gè)過(guò)程，需要大量的精力和昂貴的費(fèi)用。

12、新的工作過(guò)程可以應(yīng)用于含水量80%至90%的藻漿?！安恍枰M(jìn)行干燥是過(guò)程中的一個(gè)巨大的勝利，可以大規(guī)模削減成本?！北热缒軌驈乃刑崛∮杏玫臍怏w，然后回收剩余的水分和養(yǎng)分，幫助種植更多的藻類，這進(jìn)一步降低了成本?！睆臐裨孱惿飫?chuàng)造燃料，大部分工作在同一時(shí)間完成一個(gè)批次oKMD系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，每小時(shí)處理約1.5升藻漿。雖然這似乎不是很多，但它更接近于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)所需的連續(xù)系統(tǒng)的類型。在KMD系統(tǒng)還消除了在當(dāng)今最常見(jiàn)的藻類處理方法中所需要另一個(gè)步驟:復(fù)雜地處理從藻類的其余部分。相反，KMD團(tuán)隊(duì)在髙壓下撕開(kāi)的物質(zhì)使其經(jīng)受溫度非常髙的水，將大部分的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體和氣體燃料。“這個(gè)系統(tǒng)有點(diǎn)像是髙壓鍋，

13、只不過(guò)我們使用髙得多的壓力和溫度，”“從某種意義上說(shuō)，我們正在重復(fù)在地球上的藻類轉(zhuǎn)化成石油的超過(guò)數(shù)百萬(wàn)年的這一歷程，我們只是做的更多、更快?！痹撨^(guò)程的產(chǎn)品有：粗油狀物：可以被轉(zhuǎn)換為航空燃料，汽油或柴油燃料。實(shí)驗(yàn)中，海藻的碳一般超過(guò)50%轉(zhuǎn)化為能源原油-有時(shí)髙達(dá)70%o干凈的水：它可以被重新使用，以生長(zhǎng)更多的藻類。氣體燃料：它可以燃燒發(fā)電或者使用于燃燒壓縮天然氣的汽車(chē)。營(yíng)養(yǎng)物：如氮，磷，鉀用于藻類生長(zhǎng)的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。發(fā)明出一種能將藻類短時(shí)間內(nèi)變成可用原油的連續(xù)性化學(xué)方法，這種海藻是一種與豌豆十分類似的翠綠色糊狀物。將藻漿放入化學(xué)反應(yīng)器的前端。設(shè)備啟動(dòng)后不到一小時(shí)就會(huì)流出原油，伴隨流出的含有水和含

14、磷物質(zhì)的液體，這種液體可以循環(huán)利用種植更多的藻類。再經(jīng)過(guò)一道傳統(tǒng)的煉油過(guò)程，原油就會(huì)轉(zhuǎn)化為航空燃油、汽油或柴油燃料。廢水經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工就產(chǎn)生可燃?xì)怏w和鉀、氮物質(zhì)，與純凈水混合后也能回收再利用種植海藻。海藻一直被認(rèn)為是一種生物燃料的潛在資源，KMD公司在實(shí)驗(yàn)研制出海藻基燃料。美國(guó)又在趕超世界據(jù)報(bào)道，馬布斯自2009年5月就任美國(guó)海軍部長(zhǎng)以來(lái)，一直致力于推動(dòng)海軍使用生物燃料。從那時(shí)起，除與農(nóng)業(yè)部開(kāi)展合作外，美國(guó)海軍試驗(yàn)生物燃料的步伐明顯加快。2010年4月22日，美國(guó)海軍在馬里蘭州帕圖森河海軍航空站對(duì)一架使用生物燃料的F/A-18F超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗攻擊機(jī)進(jìn)行了試飛。該機(jī)所用燃料為JP-5航空煤油和

15、亞麻籽提煉油按1：1比例混合而成。2010年11月18日，美國(guó)海軍對(duì)一架用了同樣燃料的MH-60S海鷹”直升機(jī)進(jìn)行了試飛。2011年8月24日，美國(guó)海軍用同樣燃料在帕圖森河海軍航空站對(duì)一架T-45“蒼鷹”艦載教練機(jī)進(jìn)行了試飛。2011年10月3日，美國(guó)海軍在帕克斯基地對(duì)一架使用生物燃料的MQ-8B“火力偵察兵”艦載無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行了試飛，該機(jī)所用燃料為JP-5航空煤油與駱駝刺提煉油混合而成。在艦艇領(lǐng)域，美國(guó)的試驗(yàn)也取得了突破。2011年10月20日，美國(guó)海軍在一艘1600通用登陸艇上進(jìn)行了生物燃料試驗(yàn)。該燃料為海藻油和F-76航海燃油按1：1比例混合而成。一個(gè)月后，美國(guó)海軍用“福斯特”號(hào)驅(qū)逐艦對(duì)

16、同樣燃油進(jìn)行了試驗(yàn)。隨著美國(guó)海軍試驗(yàn)不斷取得進(jìn)展，越來(lái)越多的美國(guó)公司也日漸看好生物燃料的商業(yè)前景。據(jù)悉，通用原子能公司、藍(lán)寶石能源公司、SG生物燃料公司、Solazyme公司等企業(yè)目前都在生物燃料研制領(lǐng)域取得了不小進(jìn)展。按馬布斯的設(shè)想，到2020年美國(guó)海軍的所有武器裝備的50%燃料將使用非傳統(tǒng)化石燃料。眾所周知，使用生物燃料的好處之一就是能夠減少碳排放。但美軍對(duì)生物燃料如此熱心絕不僅僅是為了環(huán)保。有軍事專家指出，隨著人類越來(lái)越依仗工業(yè)化成果，能源安全的重要性越來(lái)越突出。而能源安全最直接的表現(xiàn)就是軍用能源的安全，這一點(diǎn)早在二戰(zhàn)期間就已經(jīng)表現(xiàn)得極為明顯。而美國(guó)顯然已經(jīng)在生物燃料領(lǐng)域走在了世界前列。

17、值得注意的是，這樣的進(jìn)展將絕不僅僅惠及美國(guó)海軍，而是將帶動(dòng)整個(gè)美軍燃料供給體系發(fā)生變革。對(duì)于很多同樣面臨能源保障問(wèn)題的國(guó)家和軍隊(duì)而言，美軍在此領(lǐng)域的進(jìn)展值得髙度關(guān)注。生物燃料可能沒(méi)有想象的“綠”煤、石油等傳統(tǒng)化石能源是目前全球消耗的最主要能源。隨著人類不斷開(kāi)采，化石能源的枯竭不可避免，大部分化石能源本世紀(jì)將被開(kāi)采殆盡。另一方面，化石能源在使用過(guò)程中會(huì)新增大量溫室氣體二氧化碳，同時(shí)產(chǎn)生一些有污染的煙氣，從而威脅全球生態(tài)。生物燃料一般是泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料。由于利用的是自然界原本就存在的自然生物，生物燃料被認(rèn)為可以替代化石燃料，成為可再生能源開(kāi)發(fā)利用的重要方向。作為生物燃料

18、的一種，乙醇的生產(chǎn)原料為玉米、甘蔗等生物源，是可再生能源。其燃燒所排放的二氧化碳和含硫氣體較汽油燃燒所產(chǎn)生的要低，其中二氧化碳排放量可降低30%左-克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰居?。因而，燃料乙醇被稱為“綠色能源”或“清潔燃料”。而且，燃料乙醇燃燒所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長(zhǎng)所消耗的二氧化碳在數(shù)量上基本持平，可減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)。很長(zhǎng)一段時(shí)間，生物燃料一直被人們視為“綠色能源”，備受追捧。不過(guò)，近年來(lái)的一些科學(xué)研究已對(duì)生物燃料的“綠色”頭銜提出質(zhì)疑。增加臭氧濃度導(dǎo)致肺部受損美國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)，作為生物燃料來(lái)源的樹(shù)木，它們?cè)谏L(zhǎng)過(guò)程中會(huì)釋放髙濃度的有機(jī)化合物一異戊二烯，該物質(zhì)會(huì)

19、與空氣中其他污染物（如氮氧化物）混合，增加種植地附近空氣中的臭氧濃度。這些臭氧可能對(duì)人造成傷害，導(dǎo)致生活在附近的人出現(xiàn)肺部疾病，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致人們吸入臭氧死亡，另外還會(huì)降低作物的產(chǎn)量。消耗大量糧食促使糧價(jià)上漲除了影響健康之外，制造生物燃料要消耗大量的糧食，導(dǎo)致糧價(jià)上漲。以美國(guó)為例，大量的玉米變成了乙醇汽油的原料，而非人們盤(pán)中的食物。經(jīng)濟(jì)法則很明顯地在這個(gè)生產(chǎn)制作過(guò)程中起到作用一用于生物燃料的玉米越多，食物的價(jià)格將越髙。世界銀行的一份報(bào)告稱，生物燃料對(duì)全球糧價(jià)上漲的“貢獻(xiàn)率”達(dá)70%75%，相當(dāng)于將全球3000萬(wàn)人推向貧困。整個(gè)生長(zhǎng)加工過(guò)程由于種種問(wèn)題，依托于淀粉、纖維素以及油脂的第一代、第二代生

20、物能源均有很大的局限，難以大規(guī)模應(yīng)用。作為第三代生物能源的產(chǎn)油藻類是未來(lái)一種有前途的生物能源，同時(shí)產(chǎn)油藻類若想取得髙產(chǎn)，需要極富營(yíng)養(yǎng)化的水體環(huán)境，因此可用于污水處理。隨生活和工業(yè)污廢水，我國(guó)每年排放到天然水體中氮素多達(dá)幾百萬(wàn)噸，這足以支持幾千萬(wàn)噸海藻油的生產(chǎn)規(guī)模。利用藻類，特別是微藻，發(fā)展“生物原油”還具有其他陸地植物不具備的許多特殊意義。第一，生長(zhǎng)環(huán)境要求簡(jiǎn)單，幾乎能適應(yīng)各種生長(zhǎng)環(huán)境。不管是海水、淡水，室內(nèi)、室外，還是一些荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚(yú)塘、鹽池等都可以種植微藻?？衫貌煌愋退Y源、開(kāi)拓荒山丘陵和鹽堿灘涂等非耕作水土資源，具有不與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地的優(yōu)勢(shì)。第二，微藻產(chǎn)量非常髙。一

21、般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，而且不因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，就單位面積產(chǎn)量來(lái)說(shuō)比玉米髙幾十倍。第三，產(chǎn)油率極髙，達(dá)20%70%。中科院海洋研究所獲得了多株系油脂含量在30%40%的髙產(chǎn)能藻株，微藻產(chǎn)油研究取得前期重要成果，如：細(xì)胞密度達(dá)到20克/升，產(chǎn)油量7克/平方米；雪藻每天能在1平方米光照面積內(nèi)生產(chǎn)35.3克AFDW（去灰分干重），該生物量相當(dāng)于46.4克植物種子量，是目前髙產(chǎn)農(nóng)田產(chǎn)量的11倍。中國(guó)海洋大學(xué)擁有海洋藻類種質(zhì)資源庫(kù)，已收集600余株海洋藻類種質(zhì)資源，目前保有油脂含量接近70%的微藻品種，在山東無(wú)棣縣實(shí)施的裂壺藻（油脂含量50%，DHA含量40%）養(yǎng)

22、殖項(xiàng)目正在建設(shè)一期工程。但是，藻類含水量大，不好干燥煉油，不過(guò)粉碎制漿后，應(yīng)該可以采用溶劑油浸提萃取，就像現(xiàn)在的豆油一樣。余下的纖維素的可以發(fā)酵制取沼氣，剩下的沼渣可生產(chǎn)生物肥料。另外除藻類外，富營(yíng)養(yǎng)化的開(kāi)闊水面還可以放養(yǎng)水葫蘆等浮水植物，收獲后打漿發(fā)酵制取沼氣和生物肥料。KMD認(rèn)為，防止?jié)撛谀茉次C(jī)和減少溫室氣體必需要開(kāi)發(fā)出可替代的再生燃料來(lái)源。科學(xué)家們已經(jīng)嘗試了各種來(lái)源，例如從玉米乙醇到大豆生物柴油。但是，要真正滿足世界的燃料需求，研究人員必須想出一個(gè)盡可能在最小空間使用最少量資源產(chǎn)生盡可能多生物燃料的辦法。藻類，不象諸如玉米或大豆的其他農(nóng)作物，它不僅能用從污水到咸水的各種水資源，也能在小

23、而密集的裸露土地上生長(zhǎng)。盡管藻類燃燒時(shí)還是會(huì)產(chǎn)生一些C02，但它在生長(zhǎng)期間能分離二氧化碳，而礦物燃料源性能源顯然不行。佛吉尼亞生物信息學(xué)研究所(VBI)數(shù)據(jù)分析中心(DAC)的科學(xué)家們輔助完成藻類Nannochloropisgaditana的基因組裝配，Nannochloropisgaditana是一種海洋藻類,可能能生產(chǎn)脂質(zhì)，從而為活性燃料來(lái)源生產(chǎn)必需品。中國(guó)藻類學(xué)研究日漸深入藻類是無(wú)根、莖、葉分化的孢子植物，從淡水到鹽湖、從極地到溫泉、從陸地到海洋，極具廣布性和多樣性。早在35億年前，藻類就出現(xiàn)在地球上，對(duì)大氣層中氧的形成起到關(guān)鍵作用。十幾億年前真核藻類出現(xiàn)，演化出十多個(gè)門(mén)類、數(shù)萬(wàn)個(gè)種類，

24、在全球二氧化碳固定和環(huán)境自凈中起到十分重要的作用。我國(guó)藻類分子生物學(xué)和基因的研究工作已經(jīng)在多種藻類上開(kāi)展并取得進(jìn)展。中科院武漢植物園研究員胡鴻均介紹說(shuō)，電子顯微鏡技術(shù)、分子生物學(xué)理論與方法在藻類學(xué)各分支學(xué)科中的應(yīng)用，不僅揭示了很多以往未觀察到的新現(xiàn)象，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了許多新類型。中科院海洋研究所研究員費(fèi)修綆在題為藻類學(xué)研究的歷史與未來(lái)的主題評(píng)述報(bào)告中說(shuō)，20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，我國(guó)的藻類學(xué)研究進(jìn)入了分子生物學(xué)和傳統(tǒng)藻類學(xué)研究相結(jié)合的新時(shí)期，這一時(shí)期不僅傳統(tǒng)的藻類學(xué)研究繼續(xù)活躍開(kāi)展，國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃等都對(duì)藻類分子生物學(xué)和生物技術(shù)的研究給予了支持，藻類學(xué)研究的深度和廣度不斷擴(kuò)大。目

25、前，藻類生物技術(shù)研究的主要領(lǐng)域有：對(duì)傳統(tǒng)的藍(lán)色農(nóng)業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造及遺傳改良；海藻栽培、海洋藥物、活性物質(zhì)的研究和提取相結(jié)合；藻類栽培和改善海洋與湖泊水克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰究四喜╊？萍迹ū本┯邢薰倔w生態(tài)環(huán)境相結(jié)合；藻類對(duì)全球氣候變暖、降低大氣C02濃度已經(jīng)起到和可能起到的巨大作用受到關(guān)注；利用微藻和大型海藻生產(chǎn)生物質(zhì)能源的研究啟動(dòng)。產(chǎn)業(yè)化前景廣闊許多藻類富含蛋白質(zhì)、維生素和各種微量元素，以及B胡蘿卜素、髙度不飽和脂肪酸等生物活性物質(zhì)，是人類重要的營(yíng)養(yǎng)源。藻類資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有日益重要的地位，成為蛋白、藥物和化工產(chǎn)品的寶庫(kù)。我國(guó)已建立了世界上規(guī)模最大的藻類養(yǎng)殖業(yè)和海藻栽培

26、業(yè)。中科院南海海洋研究所研究員向文洲在報(bào)告中說(shuō)，近年來(lái)極端生物學(xué)的研究得到了國(guó)際上的髙度關(guān)注，其不僅涉及許多生命科學(xué)的重大問(wèn)題，而且有著巨大的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)價(jià)值，有關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品有望在醫(yī)療保健、食品、精細(xì)加工、環(huán)境保護(hù)與治理以及太空生命維持系統(tǒng)等方面得以廣泛應(yīng)用。廣泛篩選具有極端適應(yīng)特征的微藻（螺旋藻、鹽藻），充分利用陽(yáng)光、沿海灘涂和鹽堿沙漠荒地，建立低成本和開(kāi)放式光合反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，已經(jīng)成為微藻生物技術(shù)應(yīng)用研究的重要方向。以極端適應(yīng)的螺旋藻為基礎(chǔ)，我國(guó)已建成國(guó)際上最大的藻類養(yǎng)殖基地。2006年我國(guó)有螺旋藻生產(chǎn)企業(yè)近60個(gè)，螺旋藻干粉的生產(chǎn)量達(dá)2500噸，占全世界產(chǎn)量的62%。與會(huì)專家認(rèn)為，藻類學(xué)

27、和藻類生物技術(shù)是發(fā)展藍(lán)色農(nóng)業(yè)、確保21世紀(jì)食品安全、提髙人民生活質(zhì)量的重要基石。充分利用現(xiàn)有藻類養(yǎng)殖基地，開(kāi)發(fā)有巨大市場(chǎng)前景的極端微藻新資源與新產(chǎn)品，促進(jìn)微藻產(chǎn)業(yè)的多元化發(fā)展，將是我國(guó)藻類產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。規(guī)模栽培保護(hù)環(huán)境隨著沿海地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，大量陸源有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽類的排入和大規(guī)模養(yǎng)殖所造成的海水自身污染，都為赤潮生物的暴發(fā)性增殖提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。僅長(zhǎng)江輸送入海的活性磷酸鹽和溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮，平均每年分別為600萬(wàn)噸和31萬(wàn)噸；2006年我國(guó)近海未達(dá)到清潔海域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積約為13530平方公里，嚴(yán)重和中度污染的海域面積分別比2005年增加了約3060和730平

28、方公里。中國(guó)水產(chǎn)大學(xué)生命科學(xué)院教授何培民指出，要減少赤潮的發(fā)生頻率和降低赤潮所造成的損失，人類唯一可做的只能是有效控制海水的富營(yíng)養(yǎng)化因素，而控制海水富營(yíng)養(yǎng)化的重任只能由大型海藻來(lái)承擔(dān)。何培民等在2006年2007年承擔(dān)了上海城市沙灘1.5平方公里富營(yíng)養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)工程試驗(yàn)，研究結(jié)果顯示，采用大型海藻江籬直接吸收氮磷，3個(gè)月內(nèi)可使水體的活性磷和氨態(tài)氮幾乎耗盡，治理富營(yíng)養(yǎng)化效果十分顯著。水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，透明度最髙達(dá)6米，成為我國(guó)第一例封閉型海區(qū)生態(tài)修復(fù)治理的典范。而在開(kāi)放海區(qū)，何培民等從2002年起對(duì)江蘇啟東呂泗港口進(jìn)行了連續(xù)3年的紫菜栽培生態(tài)修復(fù)跟蹤研究，結(jié)果表明，在紫菜栽培期

29、間，栽培區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽含量明顯下降，紫菜栽培可使海區(qū)水質(zhì)由劣V類達(dá)到III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)藻水華的頻發(fā)和大規(guī)模暴發(fā)已經(jīng)-克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰?克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰境蔀樨巾毥鉀Q的我國(guó)水環(huán)境重大問(wèn)題之一。今年太湖藍(lán)藻暴發(fā)并造成無(wú)錫用水危機(jī)，雖然是一次偶然事件，但其影響卻是空前的，如何發(fā)揮藻類在海洋環(huán)境保護(hù)等方面的作用，成為擺在研究人員面前的重要課題。國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要把“海洋生物資源保護(hù)和高效利用技術(shù)”以及“海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)”列為“優(yōu)先主題”，其中藻類將在資源和環(huán)境領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。中科院水生生物所研究員宋立榮指出，相對(duì)于西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)藍(lán)藻水華的研究起步較晚，

30、對(duì)藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)理、危害和控制對(duì)策還缺乏深入、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)藻類毒素在與人類健康及毒素的控制規(guī)范方面尚無(wú)相應(yīng)的指標(biāo)?？梢灶A(yù)測(cè)，在未來(lái)的510年，我國(guó)水體中藍(lán)藻水華及其毒素污染總體上有加劇的趨勢(shì)，制定、實(shí)施防治規(guī)劃，開(kāi)發(fā)出高效、廉價(jià)的控制技術(shù)迫在眉睫。提升藻類基礎(chǔ)研究水平近年來(lái)我國(guó)藻類多以技術(shù)性成果為主，基礎(chǔ)性研究的內(nèi)容和成果不夠突出；藻類應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果的數(shù)量和質(zhì)量仍有待改進(jìn)，產(chǎn)量世界第一，產(chǎn)品檔次和產(chǎn)值偏低現(xiàn)象未得到根本改善，各類藻類產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)性和穩(wěn)定性普遍存在問(wèn)題，亟待改善。開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源已成為我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)緊迫課題，微藻可利用太陽(yáng)能和水制作氫氣，不受原料限制，可望為“氫能經(jīng)濟(jì)

31、”大規(guī)模提供氫源。通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)突破，綠藻光解水制氫有可能達(dá)到市場(chǎng)可接受的生產(chǎn)成本，是太陽(yáng)能生物制氫研究的重點(diǎn)。中科院植物所研究員黃芳說(shuō)，微藻在自然界分布廣泛，對(duì)生存環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，是固定太陽(yáng)能的重要生物群體。應(yīng)盡快整合各方面的優(yōu)勢(shì)，深入系統(tǒng)地開(kāi)展對(duì)藻類放氫的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，發(fā)掘我國(guó)特有的高效產(chǎn)氫藻株，通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建立高效持續(xù)穩(wěn)定的藻類規(guī)模化產(chǎn)氫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源供給的可持續(xù)發(fā)展。專家指出，未來(lái)我國(guó)藻類學(xué)研究應(yīng)首先加強(qiáng)前瞻性的基礎(chǔ)研究，研究?jī)?nèi)容應(yīng)覆蓋分類學(xué)、形態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)，系統(tǒng)發(fā)育與進(jìn)化生態(tài)學(xué)、藻類與環(huán)境，生理學(xué)、生物化學(xué)與生物活性物質(zhì)，遺傳學(xué)和育種學(xué)，生物多樣性的現(xiàn)狀與保護(hù)；研究的主產(chǎn)物論文應(yīng)當(dāng)

32、是少而精，有質(zhì)量才會(huì)有生命力。同時(shí)，要加強(qiáng)栽培技術(shù)，改造相關(guān)的藻類生物學(xué)基礎(chǔ)研究、藻類天然產(chǎn)物的研發(fā)、藻類藥物產(chǎn)品的研發(fā)和藻類種質(zhì)遺傳改良的生物技術(shù)研究，利用藻類調(diào)控和改善環(huán)境的生物技術(shù)，帶動(dòng)更多更新的藻類食品、保健品、化妝品、藥物、生物活性物質(zhì)問(wèn)世，藻類在改善人類的生活和環(huán)境方面應(yīng)有更大的作為。微藻制油效益高目前，海洋專家已經(jīng)培育出的富油微藻，最髙含油比已經(jīng)達(dá)到68%，并在此基礎(chǔ)上制取生物柴油。據(jù)了解，我國(guó)的有機(jī)碳組成中，海洋藻類占了1/3，藻類是一種數(shù)量巨大的可再生資源，也是未來(lái)提供生物質(zhì)能源的潛在寶庫(kù)。9-克默迪博?？萍?北京)有限公司“在顯微鏡下，海藻就像一個(gè)油葫蘆，比油菜籽、花生的含

33、油量髙78倍，比玉米髙十幾倍?！鄙綎|海洋工程研究院院長(zhǎng)李乃勝介紹，海洋微藻制取生物柴油是目前國(guó)際新能源領(lǐng)域的新方向。微藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力很強(qiáng),在很惡劣的條件下仍能生存，也不會(huì)因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，可大量培養(yǎng)而不占用耕地。它的光合作用效率髙，生長(zhǎng)周期短，單位面積年產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，在一年的生長(zhǎng)期內(nèi)，一公頃玉米能產(chǎn)172升生物質(zhì)燃油，一公頃大豆能產(chǎn)446升，一公頃油菜籽能產(chǎn)1190升，一公頃棕櫚樹(shù)能產(chǎn)5950升，而一公頃微藻能產(chǎn)9.5萬(wàn)升。微藻不僅可生產(chǎn)生物柴油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)氫氣的新原料。微藻的個(gè)體小，木素含量很低，易被粉

34、碎和干燥，用微藻來(lái)生產(chǎn)液體燃料所需的處理和加工條件相對(duì)較低，生產(chǎn)成本低。而且微藻熱解所得生物質(zhì)燃油熱值髙，平均髙達(dá)每千克33兆焦耳，是木材或農(nóng)作物秸稈的1.6倍。專家指出，中國(guó)鹽堿地面積達(dá)1.5億畝。如果用14%的鹽堿地培養(yǎng)微藻，在技術(shù)成熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國(guó)50%的用油需求。微藻固碳清潔無(wú)害山東科技大學(xué)教授田原宇表示，“現(xiàn)在被認(rèn)為有效的二氧化碳捕集、封存方法，如海底封存、廢棄煤礦封存、油田封存等，都存在成本髙、難操作和可能引起其他環(huán)境災(zāi)難的問(wèn)題。而生物法固定二氧化碳是地球上主要的、有效的固碳方式。與此同時(shí)，能源緊缺是全球性問(wèn)題，發(fā)展低碳排放的可再生能源和生物質(zhì)能源，是解決能源緊

35、缺的重要出路。如果能用二氧化碳生產(chǎn)生物質(zhì)油，將二氧化碳化害為利、變廢為寶，一舉數(shù)得?！敝袊?guó)海洋大學(xué)教授潘克厚說(shuō)，“微藻在生長(zhǎng)過(guò)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(jié)合，國(guó)外已經(jīng)有利用發(fā)電廠排放的廢棄二氧化碳生產(chǎn)微藻的嘗試，占地1平方公里的養(yǎng)藻場(chǎng)一年可以處理5萬(wàn)噸二氧化碳?！币?0萬(wàn)千瓦燃煤發(fā)電廠為例，年排放二氧化碳260TY噸，利用微藻技術(shù)，二氧化碳的捕集封存率為75%，微藻轉(zhuǎn)化率是30%，微藻液化油的收率也是30%。估算可處理二氧化碳195萬(wàn)噸，可收獲物質(zhì)油17.55萬(wàn)噸?！熬瓦@個(gè)項(xiàng)目而言，在封存和利用二氧化碳的同時(shí)，還能產(chǎn)生97.5萬(wàn)噸的氧氣；另外，如果能把這個(gè)項(xiàng)目減排的

36、二氧化碳納入清潔發(fā)展機(jī)制(CDM),還能獲得額外收益。”田原宇對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益非?？春?。值得注意的是，地球上的光合作用90%是由藻類進(jìn)行的。微藻能夠有效地利用太陽(yáng)能，通過(guò)光合作用固定二氧化碳，將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫、髙不飽和烷烴、油脂等能源物質(zhì)；而且微藻生物能源可以再生，燃燒后不排放有毒有害物質(zhì)，對(duì)大氣二氧化碳沒(méi)有凈增加?？四喜╊？萍迹ū本┯邢薰緡?guó)外大力開(kāi)發(fā)微藻美國(guó)從1976年起就啟動(dòng)了微藻能源研究，攻關(guān)以化石燃料產(chǎn)生的廢氣生產(chǎn)髙含脂微藻。這一計(jì)劃雖然因經(jīng)費(fèi)精簡(jiǎn)、藻類制油成本過(guò)髙于1996年終止，但美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)培育出了富油的工程小環(huán)藻。這種藻類在實(shí)驗(yàn)室條件下的脂質(zhì)含量可達(dá)到60%以上（比

37、自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量提髙了312倍），戶外生產(chǎn)也可增加到4%以上，為后來(lái)的研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2006年，美國(guó)兩家企業(yè)建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物原油”。2007年，美國(guó)宣布由國(guó)家能源局支持的微型曼哈頓計(jì)劃，計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)微藻制備生物柴油工業(yè)化，各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)全面提速。2007年，以色列一家公司對(duì)外展示了利用海藻吸收二氧化碳，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的技術(shù)，每5千克藻類可生產(chǎn)1升燃料。此外，在微藻制乙醇方面，美國(guó)已開(kāi)發(fā)出利用微藻替代糖來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的專利；日本兩家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了利用微藻將二氧

38、化碳轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù)，計(jì)劃在2010年研制出有關(guān)設(shè)備，并投入工業(yè)化生產(chǎn)。如果在中國(guó)廣闊的沿海和內(nèi)地水域大規(guī)模種植工程髙油藻類，生物柴油的生產(chǎn)規(guī)?？梢赃_(dá)到數(shù)千萬(wàn)噸。這并非遙不可及。在科研人員的積極探索下，國(guó)內(nèi)在海洋藻制取生物柴油方面已取得可喜成果，更宏大的項(xiàng)目正在醞釀之中。微藻汽油可望滿足全國(guó)一半用油“在顯微鏡下，海藻就像一個(gè)油葫蘆，比油菜籽、花生的含油量髙78倍，比玉米髙十幾倍。”山東海洋工程研究院院長(zhǎng)李乃勝介紹，海洋微藻制取生物柴油是目前國(guó)際新能源領(lǐng)域的新方向。專家指出，中國(guó)鹽堿地面積達(dá)1.5億畝。如果用14%的鹽堿地培養(yǎng)微藻，在技術(shù)成熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國(guó)50%的用油需

39、求。中國(guó)海洋大學(xué)教授潘克厚說(shuō)，微藻資源豐富，不會(huì)因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，可大量培養(yǎng)而不占用耕地。另外，它的光合作用效率髙，生長(zhǎng)周期短，單位面積年產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，不僅可生產(chǎn)生物汽柴油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)氫氣的新原料。微藻制油需國(guó)家立項(xiàng)支持鑒于微藻的重要能源價(jià)值以及世界各國(guó)對(duì)能源微藻研究不斷深入，有專家建議，中國(guó)應(yīng)立即啟動(dòng)微藻產(chǎn)乙醇、產(chǎn)油技術(shù)的研究，對(duì)微藻產(chǎn)氫也要注意動(dòng)態(tài)跟蹤，作好長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。9-克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰局袊?guó)在能源微藻基礎(chǔ)研究方面擁有很強(qiáng)的研發(fā)力量，眾多髙校和科研院所承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)微藻分類、育種和保

40、存技術(shù)研究，擁有一大批淡水和海水微藻種質(zhì)資源。目前中國(guó)在微藻大規(guī)模養(yǎng)殖方面已走在世界前列。專家建議，利用微藻制取生物汽油，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)意義，國(guó)家對(duì)此應(yīng)加大科技支持力度，使之上升為國(guó)家項(xiàng)目。微藻制油需要國(guó)家立項(xiàng)支持，科技部、發(fā)改委、財(cái)政部、能源局等部委在科技立項(xiàng)時(shí)，要向微藻制油傾斜，鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)開(kāi)發(fā)微藻制油自動(dòng)化設(shè)備，大力促進(jìn)微藻制油產(chǎn)業(yè)化?？栁难h(huán)卡爾文循環(huán)（Calvincycle）,譯開(kāi)爾文循環(huán)，又稱光合碳循環(huán)（碳反應(yīng)）。是一種類似于克雷布斯循環(huán)（Krebscycle，或稱檸檬酸循環(huán)）的新陳代謝過(guò)程，可使其動(dòng)物質(zhì)以分子的形態(tài)進(jìn)入和離開(kāi)此循環(huán)后發(fā)生再生。碳以二氧化碳的形態(tài)進(jìn)入并

41、以糖的形態(tài)離開(kāi)卡爾文循環(huán)。整個(gè)循環(huán)是利用ATP作為能量來(lái)源，并以降低能階的方式來(lái)消耗NADPH，如此可增加髙能電子來(lái)制造糖。從卡爾文循環(huán)中所直接制造出來(lái)的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一種稱為卡爾文循環(huán)glyceraldehyde3-phosphate（G3P）的三碳糖。為了要合成一摩爾這種糖，整個(gè)循環(huán)過(guò)程必須發(fā)生6次的取代作用，固定三摩爾二氧化碳。當(dāng)我們?cè)谧粉櫻h(huán)的每一個(gè)步驟時(shí)，就是要注意這三摩爾二氧化碳在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中的變化情形。生物意義卡爾文循環(huán)是光合作用中碳反應(yīng)的一部分。反應(yīng)場(chǎng)所為葉綠體內(nèi)的基質(zhì)。循環(huán)可分為三個(gè)階段：羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會(huì)將吸收到的一分子二氧化碳通過(guò)

42、一種叫1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個(gè)五碳糖分子1,5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。此過(guò)程稱為二氧化碳的固定。這一步反應(yīng)的意義是，把原本并不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨后能被還原。但這種六碳化合物極不穩(wěn)定，會(huì)立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者被光反應(yīng)中生成的NADPH還原，此過(guò)程需要消耗ATP，產(chǎn)物是3-磷酸丙糖。后來(lái)經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，一個(gè)碳原子將會(huì)被用于合成葡萄糖而離開(kāi)循環(huán)。剩下的五個(gè)碳原子經(jīng)一系列變化，最后再生成一個(gè)1,5-二磷酸核酮糖，循環(huán)重新開(kāi)始。循環(huán)運(yùn)行六次，生成一分子的葡萄糖。-克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰咎嫉墓潭栁膶⒚總€(gè)個(gè)別的

43、C02附著在一個(gè)稱為ribulose-l,5-bisphosphate（簡(jiǎn)稱RuBP）的五碳糖上以合并之。催化起始步驟的酶是RuBPcarboxylase（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶），或rubisco。（這是在葉綠體中最豐富的蛋白質(zhì)，而且也可能是地球上最豐富的蛋白質(zhì)）這個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是一種含六個(gè)碳而且非常不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，其立即就會(huì)分裂為二摩爾的3-phosphoglycerate（PGA,3-磷酸甘油酸）。3-磷酸甘油醛（G3P（PGAL）的合成每摩爾的3-phosphoglycerate接收一個(gè)額外的磷酸鹽基，接著有一種酶會(huì)將此磷酸鹽基轉(zhuǎn)換為ATP。然后，一由NADPH所捐出的電子

44、對(duì)3-bisphosphoglycerate變成G3P（glyceraldehyde-3-phosphate）。非常明確地，由NADPH而來(lái)的電子減少了3-phosphoglyce-rate中的carboyxlgroup而形成了G3P中的carbonylgroup，如此可駐留更多的位能。G3P是一種糖類由葡萄糖經(jīng)過(guò)糖原酵解而分裂所產(chǎn)生的三碳糖。注意，每三摩爾的CO2就可產(chǎn)生六摩爾的G3P，但是只有一摩爾的這種三碳糖能夠真正被獲得。循環(huán)一開(kāi)始是以具有15個(gè)碳的價(jià)值的碳水合化物去形成三摩爾的五碳糖RuBP?，F(xiàn)在具有18個(gè)碳的價(jià)值的碳水化合物形成了六摩爾的G3P，一摩爾脫離了循環(huán)而被植物細(xì)胞所使用，

45、但是其他的五摩爾則必須被回收以形成三摩爾的RuBP。二磷酸核酮糖（RuBP）的再形成在一連串復(fù)雜的反應(yīng)中，此五摩爾G3P的碳的骨架在Calvincycle的最后一個(gè)步驟被重新分配為三摩爾的RuBP。為了完成這個(gè)步驟，此循環(huán)多耗費(fèi)了三摩爾的ATP，然后現(xiàn)在RuBP又準(zhǔn)備好了要再度接收CO2,整個(gè)循環(huán)又可以繼續(xù)。在合成一摩爾G3P方面，卡爾文循環(huán)總共需消耗九摩爾的ATP和六摩爾的NADPH,然后借助光反應(yīng)可再補(bǔ)充這些ATP和NADPH。G3P是Calvincycle中的副產(chǎn)品，然后又成為整個(gè)新陳代謝步驟的起動(dòng)物質(zhì)，以合成其他的有機(jī)化合物，包括葡萄糖和其他碳水化合物。既不是單獨(dú)的光反應(yīng)也不是單獨(dú)的卡

46、爾文循環(huán)就可以利用CO2來(lái)制造葡萄糖。光合作用是一種在完整的葉綠體中會(huì)自然發(fā)生的現(xiàn)象，而且葉綠體整合了光合作用的兩個(gè)階段。美國(guó)生物化學(xué)家卡爾文在二十世紀(jì)50年代中后期發(fā)現(xiàn)了有關(guān)植物光合作用的“卡爾文循環(huán)”，即植物的葉綠體如何通過(guò)光合作用把二氧化碳轉(zhuǎn)化為機(jī)體內(nèi)的碳水化合物的循環(huán)過(guò)程。首次揭示了自然界最基本的生命過(guò)程，對(duì)生命起源的研究具有重要意義。卡爾文因此獲得了1961年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1卡爾文循環(huán)又稱光合碳循環(huán)是一種類似于Kerbscycle的新陳代謝過(guò)程，其可使起動(dòng)物質(zhì)以分子的形態(tài)進(jìn)入和離開(kāi)這循環(huán)后發(fā)生再生。碳以二氧化碳的形態(tài)進(jìn)入并以糖的形態(tài)離開(kāi)Calvincycle。整個(gè)循環(huán)是利用ATP作為

47、能量來(lái)源，并以降低能階的方式來(lái)消耗NADPH，如此可增加髙能電子來(lái)制造糖。從Calvincycle中所直接制造出來(lái)的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一種稱為glyceraldehyde3-phosphate（G3P）的三碳糖。為了要合成一摩爾這種碳，整個(gè)循環(huán)過(guò)程必須發(fā)生三次的取代作用，固定三摩爾二氧化碳?？栁难h(huán)（CalvinCycle）是光合作用的暗反應(yīng)的一部分。藻類文獻(xiàn)微藻水熱液化生物油物理性質(zhì)與張冀翔；化工進(jìn)展測(cè)量方法綜述王東；魏耀化進(jìn)展克默迪博睿科技（北京）有限公司克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰?989微藻水熱液化生物油化學(xué)性質(zhì)與表征方法綜述優(yōu)先出版生物油在亞臨界、超臨界流體中的制備與提

48、質(zhì)改性研究低脂微藻水熱液化生物油實(shí)驗(yàn)研究與機(jī)理分析微藻在不同波長(zhǎng)光譜下生長(zhǎng)規(guī)律及水熱液化制備生物質(zhì)油的優(yōu)化工藝研究典型微藻生物油的制備及其摩擦學(xué)特性研究富營(yíng)養(yǎng)化藻的特性與水熱液化成油的研究滸苔熱液化制備生物油的基礎(chǔ)研究大型海藻生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)及熱解液化工藝研究張冀翔；蔣寶輝；王東；魏耀東化工學(xué)報(bào)張冀翔蓋超魏萱徐玉福田純焱黃付彬趙輝浙江大學(xué)山東大學(xué)浙江大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)海洋大學(xué)中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）9-克默迪博睿科技(北京)有限公司克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰?0拉曼光譜與微型毛細(xì)管反應(yīng)器聯(lián)用研究微藻及其模型化合物的水熱液化產(chǎn)物髙志鵬浙江工業(yè)大學(xué)11微藻水熱液化制備生物

49、油的過(guò)程控制及分析的研究方麗娜石河子大學(xué)12生物質(zhì)水熱液化制備生物油及其性質(zhì)分析的研究朱哲天津大學(xué)13生物油催化提質(zhì)合成車(chē)用燃料馮剛浙江大學(xué)14微藻對(duì)水熱液化廢水養(yǎng)分的循環(huán)利用及代謝途徑研究張麗中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)美國(guó)微藻生物柴油業(yè)環(huán)境分析來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上?？萍疾樾伦稍冎行挠捎谌蚰茉葱枨蟛粩鄶U(kuò)大，尋求能夠替代石油在能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的可再生清潔能源，一直是世界各國(guó)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。而生物柴油是一種已經(jīng)得到證明的燃料，以其為可再生性的環(huán)保燃料能源而得到各國(guó)的廣泛關(guān)注。從上世紀(jì)六十年代末開(kāi)始至今，生產(chǎn)和使用生物柴油的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了50余年。大量事實(shí)證明，在包括油料作物、回收烹飪油、動(dòng)物油以及微生物油等

50、用以提煉新燃料的各類物品中，又以微藻最具優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，各國(guó)紛紛加大對(duì)微藻生物柴油的支持力度。美國(guó)是生物能源最積極的倡導(dǎo)者。金融危機(jī)爆發(fā)后，由于生物燃料可創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、加強(qiáng)能源結(jié)構(gòu)多元化，以及減少溫室氣體排放等因素，促使美國(guó)更加積極地發(fā)展生物燃料。早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)對(duì)利用微藻生產(chǎn)生物柴油就產(chǎn)生了濃厚的興趣，并在80年代初由國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）牽頭并聯(lián)合多個(gè)單位進(jìn)行了可用于生產(chǎn)生物柴油的微藻資源調(diào)查與篩選等基礎(chǔ)研究。1978年，美國(guó)能源部通過(guò)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)的一項(xiàng)利用微藻生產(chǎn)生物柴油的“水生生物種計(jì)戈U(U.S.DepartmentofEnergysA

51、quaticSpeciesProgram：BiodieselfromAlgae),耗資近5億美元，研究人員經(jīng)過(guò)十多年的努力，開(kāi)展了從微藻生物資源普查，到藻種選育，再到微藻規(guī)模培養(yǎng)等一系列卓有成效的探索工作。這一項(xiàng)目的啟動(dòng)與開(kāi)展，大大推動(dòng)了微藻可再生能源的研究與開(kāi)發(fā)。相應(yīng)的研究發(fā)展過(guò)程如下圖1所示。2006年11月，美國(guó)綠色能源科技公司和亞利桑那公眾服務(wù)公司在亞利桑那州建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣的二氧化碳，大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物“原油”，每年每英畝可提供500010000加侖生物柴油。2007年，由美國(guó)能源部圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭，美國(guó)十

52、幾家實(shí)驗(yàn)室和上百位科學(xué)家組成的聯(lián)盟宣布了由國(guó)家能源局支持的“微型曼哈頓計(jì)劃”，計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)微藻制備生物柴油的工業(yè)化。美國(guó)能源局計(jì)劃在各項(xiàng)技術(shù)全面進(jìn)展的前提下，2015年將微藻產(chǎn)油的成本下降至23美元/加侖。最近，美國(guó)肯塔基能源應(yīng)用研究中心宣布投資350萬(wàn)美元，用于研究如何利用藻類來(lái)清潔火電廠排放的二氧化碳和煙塵。圖1“水生生物種計(jì)劃”微藻生物柴油研發(fā)流程2006年，雪佛龍公司與美國(guó)聯(lián)邦研究人員組成了伙伴關(guān)系，共同進(jìn)行藻類燃料的研究。荷蘭皇家殼牌公司宣布將與位于美國(guó)夏威夷的HR生物石油公司(HRBioPetroleum)合資建立一家名為Cellana的公司，通過(guò)使用海洋淺塘和日光在10萬(wàn)

53、公頃的地方培育水藻。包括霍尼韋爾、波音和Raytheon公司在內(nèi)的世界500強(qiáng)公司也都在著手研發(fā)藻類燃料。?？松梨诠居?jì)劃在未來(lái)5到6年里投資6億美元，與美國(guó)加州的合成基因公司合作，利用可進(jìn)行光合作用的海藻，研究和開(kāi)發(fā)與現(xiàn)有汽油和柴油燃料兼容的先進(jìn)生物質(zhì)燃料，這是迄今為止對(duì)生物質(zhì)燃料最大的投資之一。2008年奧巴馬在競(jìng)選美國(guó)總統(tǒng)時(shí)宣稱：生物燃料一特別是生物柴油是一個(gè)關(guān)鍵的資源，再使美國(guó)富強(qiáng)，由于使用在本土生長(zhǎng)的可再生原料，它將創(chuàng)造新的“綠色就業(yè)機(jī)會(huì)(GreenJobs),同時(shí)減少對(duì)國(guó)外石油的依賴。2009年6月報(bào)導(dǎo)(ICIsChemicalBusiness):美國(guó)將投資和貸款保證來(lái)支持生物煉

54、油廠和生物化工。2008年12月910日，美國(guó)DOE能效與可再生能源辦公室的生物質(zhì)項(xiàng)目組在馬里蘭大學(xué)召開(kāi)了“藻類生物燃料技術(shù)路線圖”研討會(huì)，收集關(guān)于建立以藻類為基礎(chǔ)的大規(guī)模生物燃料產(chǎn)業(yè)所存在的潛在障礙以及實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的戰(zhàn)略，該路線圖草圖于2009年6月在網(wǎng)上發(fā)布，進(jìn)行廣泛的意見(jiàn)征詢。2010年6月28日，美國(guó)枟藻類生物燃料技術(shù)路線圖枠（NationalAlgalBiofuelsTechnologyRoadmap）正式發(fā)布（表2），對(duì)目前以藻類為原料進(jìn)行液態(tài)運(yùn)輸燃料生產(chǎn)的研發(fā)現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)及解決途徑進(jìn)行了描述，從科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、政策前景等方面對(duì)藻類生物燃料的研發(fā)投資進(jìn)行支持與指導(dǎo)。表2美國(guó)枟藻類生

55、物燃料技術(shù)路線圖枠跨越藻類生物燃料研發(fā)壁壘：技術(shù)目標(biāo)過(guò)程步驟研發(fā)挑戰(zhàn)原料藻類生物學(xué)u從大量環(huán)境野生菌株中分離模式菌株；u開(kāi)發(fā)小規(guī)模、髙通量篩選技術(shù)；u開(kāi)發(fā)開(kāi)放式存取的數(shù)據(jù)庫(kù)，收集現(xiàn)有的具有詳細(xì)特征的菌株；u探索燃料原料生產(chǎn)的遺傳學(xué)和生化途徑；u通過(guò)基因手段和育種技術(shù)得到標(biāo)準(zhǔn)菌株藻類培養(yǎng)u整合多種方法（如開(kāi)放、閉合、混合系統(tǒng)；光能自養(yǎng)、厭氧等培養(yǎng)方式）；u實(shí)現(xiàn)健全穩(wěn)定的商業(yè)化規(guī)模培養(yǎng)；u優(yōu)化操作系統(tǒng)，提髙藻類燃料的原料生產(chǎn)力；u對(duì)土地、水源和營(yíng)養(yǎng)的利用進(jìn)行可持續(xù)、低成本的管理；u鑒定并解決環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和影響問(wèn)題。收獲與脫水u整合多種收獲方法（如沉淀、絮凝、溶氣氣浮、過(guò)濾、離心等）；u盡可能地減少過(guò)程

56、能耗；u降低生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)成本；u從整個(gè)系統(tǒng)的兼容性和可持續(xù)性方面評(píng)估每一項(xiàng)技術(shù)。轉(zhuǎn)化提取與分餾u整合多種方法（如聲波降解法、超臨界流體、亞臨界水、選擇性萃取等）；u提髙預(yù)期中間體的產(chǎn)量，保留副產(chǎn)物；u盡可能地減少過(guò)程能耗；u探索循環(huán)機(jī)制，減少?gòu)U棄物；u克服過(guò)程放大壁壘，如操作溫度、壓力、容量、副反應(yīng)和分離等。燃料轉(zhuǎn)化u研究多種方法實(shí)現(xiàn)液體運(yùn)輸燃料生產(chǎn)；u提髙催化劑的特異性、活性和耐受性；u減少雜質(zhì)和反應(yīng)抑制物；u盡可能地降低過(guò)程能耗和尾氣排放；u提髙放大條件下的轉(zhuǎn)化速率。副產(chǎn)物u鑒定、評(píng)估藻類殘余物中的髙附加值化學(xué)品、能源、材料等副產(chǎn)物；u優(yōu)化副產(chǎn)物的提取和復(fù)原過(guò)程；u進(jìn)行市場(chǎng)分析，包括質(zhì)量和安

57、全性試驗(yàn)，確保克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰具_(dá)到適用性標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施分配與利用u確定不同存儲(chǔ)和運(yùn)輸條件下污染物、氣候?qū)υ孱惿镔|(zhì)、中間體、生物，u燃料和生物制品性質(zhì)的影響，以及可能造成的不穩(wěn)定性和終產(chǎn)物變異；u優(yōu)化能源和成本在設(shè)施、選址等方面的分配；u遵從各項(xiàng)利用規(guī)則，滿足所有客戶需求。資源與選址u在培養(yǎng)條件綜合評(píng)估的基礎(chǔ)上，為藻類生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行選址；u綜合利用污水處理和（或）CO2排放系統(tǒng)（光能自養(yǎng)法條件下）；u注重鹽平衡、能量平衡、水和營(yíng)養(yǎng)再利用以及熱量管理。追求戰(zhàn)略研發(fā)：技術(shù)經(jīng)濟(jì)模擬與分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)模擬與分析貫穿整個(gè)從藻類到生物燃料的供應(yīng)鏈，為實(shí)現(xiàn)可行的、可持續(xù)的藻類生物燃料產(chǎn)業(yè)及其副產(chǎn)品工業(yè)

58、提供了機(jī)會(huì)，對(duì)指導(dǎo)科研實(shí)踐至關(guān)重要。2010年6月28日美國(guó)DOE宣布，對(duì)三個(gè)解決藻類生物燃料商業(yè)化進(jìn)程中主要障礙的研究團(tuán)隊(duì)提供2400萬(wàn)美元的資助，計(jì)劃持續(xù)三年。表3美國(guó)DOE資助的藻類研究團(tuán)隊(duì)團(tuán)隊(duì)組成資助金額內(nèi)容任務(wù)可持續(xù)藻類生物燃料聯(lián)盟亞利桑那州立大學(xué)帶領(lǐng)600萬(wàn)美元測(cè)試藻類生物燃料作為石油燃料替代品的相容性藻類轉(zhuǎn)化為生物燃料和生物基產(chǎn)品的生化轉(zhuǎn)化方法，分析藻類燃料和燃料中間體的物理化學(xué)性質(zhì)藻類生物燃料商業(yè)化聯(lián)盟加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校帶領(lǐng)900萬(wàn)美元藻類作為生物燃料原料的研究藻類保護(hù)途徑、藻類對(duì)養(yǎng)分利用和回收、開(kāi)發(fā)基因操作工具Cellana公司聯(lián)盟Cellana公司帶領(lǐng)900萬(wàn)美元海

59、水中培養(yǎng)微藻技術(shù)和燃料的大規(guī)模生產(chǎn)整合最新藻類收獲技術(shù)和中試規(guī)模的培養(yǎng)測(cè)試設(shè)備，將海洋養(yǎng)殖藻類作為水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料近年來(lái)由于石油資源日益枯竭、環(huán)保（尤其是CO2減排的迫切性）等因素，生物能源的開(kāi)發(fā)日益受到人們的重視。生物能源中的一個(gè)重要產(chǎn)品是生物柴油，提起生物柴油的原料，我們可能會(huì)想到玉米和大豆，從它們“體內(nèi)”提煉出的乙醇和生物柴油，能有效降低碳排放，減少環(huán)境污染。但與此同時(shí)，由于這兩種作物的培育周期較長(zhǎng)、占地面積較大，會(huì)產(chǎn)生“與糧爭(zhēng)地”問(wèn)題，從而導(dǎo)致“解決了能源危機(jī)，卻出現(xiàn)糧食危機(jī)”的尷尬結(jié)果。于是乎，來(lái)自海洋的藻類，便進(jìn)入了科學(xué)家們的視線。一、微藻制油簡(jiǎn)介1、微藻制油的背景近年來(lái)，國(guó)際市場(chǎng)石油價(jià)格居髙不下,我國(guó)從1993年起已經(jīng)成為一個(gè)石油進(jìn)口國(guó)。-克默迪博?？萍?北京)有限公司進(jìn)口原油不但用去大量外匯，而且主要從局勢(shì)不穩(wěn)定的中東地區(qū)進(jìn)口，一旦有突發(fā)事件發(fā)生，就會(huì)造成石油供應(yīng)減少或中斷，將嚴(yán)重威脅國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在世界能源形勢(shì)日趨緊張的大背景下，尋找一種綠色的可持續(xù)發(fā)