基于氣候生長模型微藻生物柴油生命周期評估華中科技

AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeoftheMasterofEngineeringLifeCycleAssessmentofMicroalgaeBiodieselBasedonMicroalgaeClimatic-GrowthModel He NewEnergyScienceandEngineeringSupervisors: Prof.XuMinghouA/Prof.GongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.China等優(yōu)點。以微藻為原料生產車用對于解決化石短缺、溫室效應加劇具有積極這四個地區(qū)的微藻單位面積產率上限和理論產率進行了以月為基準的估算。結果0~34g/m2/day之間，均遠100公頃。研究結果表明：系統(tǒng)每生產1ton微藻柴油需要消耗干重為5.98ton的微藻原料，同時生成3.57ton的脫脂3ton/day時，微藻生物柴油的生命周期化石消耗和產生的溫室氣體排放分別達到：101952.9MJ/ton和從水的角度來看，受地域和季節(jié)變化的影響，本文研究的微藻柴油生產系統(tǒng)的系統(tǒng)水和生產的微藻柴油的生命周期水均會發(fā)生較大變化。在本文選取四個地區(qū)的微藻柴油生產系統(tǒng)中，系統(tǒng)生產的微藻柴油具有最高的年平均生命周期水足是微藻柴油生命周期水的最大組成部分，各個系統(tǒng)各月份生產的微藻柴油中的灰水均可達到生命周期水的50%以上；：微藻生物柴油；開放式跑道池；生命周期評估；水Comparedwithtraditionalterrestrialbiomassmaterials，themicroalgaehavelotsofadvantagesincluding:rapidgrowthrate，highoilcontentandnooccupationofUsingmicroalgaeasrawmaterialtoproducevehiclefuelsisgainingwidespreadattentionduetoitspositiveeffectonsolvingtheshortageoffossilfuelsandintensifyingthegreenhouseeffect.Asacommonmicroalgaeculturesystem,theopenracepond(ORP)isregardedasafeasiblesystemforthelarge-scale,lowcostmicroalgaebiodieselproductionbecauseofitssimplestructure,lowoperationcostandhighnetenergyration(NER>1).Currently,aseriesoflifecycleassessment(LCA)studiesonmicroalgaebiodieselproducedbyORPhavebeenevaluatedandpublishedbyresearchersallovertheworld.Howevertherearesomelimitationsinexistingstudies.Ontheonehand,producemicroalgaebyORPissusceptibletothetemperature,lights,aswellasotherfactors.Thusthemicroalgaeyieldperunitareafluctuatesgreatlywithclimateandseasonalchanges.HowevertheexistingLCAstudiesaremainlybasedonextrapolationsfromlaboratoryexperimentsandusuallyregardthemicroalgaeyieldasaconstantvalueratherthanavariable,ignoringtheimpactofexternalenvironmentalfactorsonLCAresults;Ontheotherhand,producemicroalgaebyORPwillconsumelotsofwaterresource,butfewresearchesareconcerningaboutthewaterconsumptionduringmicroalgaebiodieselproduction.Therefore,inordertofytheresourcesconsumption(includingwater)andthegreenhousegas(GHG)emissionduringmicroalgaeproduction.Basedontheclimate-growthmodelofmicroalgae,thisresearchevaluatedaLCAstudyonmicroalgaebiodieselproducedbyOPRsystem.Themainresearchcontentsofthisthesisareasfollow:ly,basedontheclimate-growthmodelofmicroalgaeaswellasthedata,theumyieldandthetheoreticalyieldofmicroalgaeperunitareainHangzhou,Weihai,HaikouandWuhanwereestimatedonamonthlybasis.Theresultshowthat：Both umandtheoreticalyieldofmicroalgaeperunitareaaresignificantlyinfluencedbytheseasonalchanges,andshowthetendencyincreasingatthebeginninganddeclininginlatewithinayear.Thetheoreticalyieldofmicroalgaeinfourregionsindifferentmonthsarebetween0~34g/m2/day,whichismuchlowerthanthecorresponding umyieldduetotheeffectoflightsaturationeffectandtheunsuitabletemperature.Secondly,accordingtothefeasiblemicroalgaebiodieselproductionprocessthisresearchestablishedacompleteORPmicroalgaebiodieselproductionsystem.Thismicroalgaebiodieselproductionsystemcontainsaseriousofprocessesincluding:microalgaecultivationprocess,algaedewateringprocess,homogenizationprocess,oilextractionprocessandtransesterificationprocess.Thetotalareaofracepondsinthissystemis100hectares.Theresultshowsthatproduce1tonofmicroalgaebiodieselrequireconsumptionof5.98tonsofmicroalgaerawmaterial.Twomainbyproductsincluding3.57tonsofdefattedalgaeresidueand0.1tonglycerolarealsobeenproducedduringproductionprocess.TheresultalsoshowsthattheannualoperationtimeofthisORPbiodieselproductionsystemisgreatlyaffectedbythewatertemperature.Withinfoursystems,onlythesystemthatlocatedinHaikouregioncanuninterruptedoperatethroughouttheyear.Therefore,itisdesirabletoinstallsuchsystemsinthetropicsareatoachievehighannualproductionefficiency.Finallybasedonthemonthlytheoreticalyieldofmicroalgaeofeachregion,whichhadalreadybeenobtained,thelifecycleassessmentwasperformed.Finally,thisresearchyzedthelifecycleenergyconsumption,emissionsandwaterfootprintofbiodieselproducedbythissystems.Intermsofenergyconsumptionandemissions,ThelifecyclefossilenergyconsumptionandtheGHGemissionspertonofbiodieselcouldreaches101952.9MJ/tonand10226.3kgCO2eq/tonrespectivelywhentheyieldofbiodieselproducedbythissystemsequalto3ton/day.Meanwhile,theutilizationofbyproductscouldcreatehugeenergyandGHGcreditsforthesystem,whichisenoughtooffsetthepetroleumusageandGHGemissionsduringbiodieselproductionprocess.Thereforeweconcludethattheby-productproducedinthemicroalgaeproductionprocessshouldbefullyutilizedimprovetheLCAperformanceofbiodiesel;Intermsofwaterfootprint,theresultshowsthat：Thewaterdemandandthebiodiesellife-cyclewaterfootprintproducedbythissystemwillgreatlyaffectedbyregionalandseasonalchanges.Withinabovefoursystems,themicroalgaebiodieselproducedbyWuhansystemhasthehighestannualaveragelifecyclewaterfootprint,andthelifecyclefootprintofmicroalgaebiodieselproducedbythissystemindifferentmonthsrangefrom2621to6020m3/ton.Thegreywaterfootprintisthelargestcomponentoflifecyclewaterfootprint,whichaccountformorethan50%shareforeverysystemineverymonths.緒

研究背 微藻能源化利用的研究現(xiàn) 生命周期評估方法及其應 本文的研究目的及內 微藻單位面積理論產率的估微藻的生物質生長模 微藻的光飽和修正系 微藻的溫度修正系 開放式跑道池水溫模 不同城市開放式跑道池培養(yǎng)微藻的理論產 估算值與跑道池實際產率的比 本章小 開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)及其生命周期能耗和排放評開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)及其生命周期系統(tǒng)邊 生產流程及工藝參 結果與分 本章小 開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)的生命周期水評定義目標與邊 水分 結果與分 4.5本章小 全文總結與工作全文總 下一步工作建 致 參考文 附錄攻讀期間學術成果匯 緒研究背源。隨著人類對能源的需求量的日益猛增，這些能源終枯竭的時候。根據英國石油公2015年發(fā)布的世界能源統(tǒng)計年鑒顯示[1]2015年全球對煤炭、石油和天然氣的需求量為基準，目前全世界范圍內已經探明的煤炭、石油和天然氣儲量分別只能滿足人類114年、50.7年和54.1年的使用需求。由此可見，日趨嚴峻的能源短缺已經程中也會對外部環(huán)境帶來一系列問題，包括溫室氣體排放造成的溫室效應，顆粒物排放造成的現(xiàn)象等等。綜上所述，人類急需尋求一種清潔可再生的能源對不可再生的傳統(tǒng)化石進行替代。泛關注。所謂生物質能，就是以有機物的形式在生物質內的能量，稻殼、秸稈等植物光合作用吸收的能，相較于傳統(tǒng)化石能源，其具有可再生、來源廣泛、總量微藻能源化利用的研究新一物質——微 物 為用玉米，大豆等糧食作物生產的生物乙醇或生物柴油，這一物質的生產技術產量較低，生產周期長，會造成糧食短缺等致命缺點[4,5]；第二物以非糧食作原料，從而避免了造成糧食短缺的缺點[4,5]，但是這類生物質的生產周期仍然相對5~50μm之間的單細胞自養(yǎng)型微生物的統(tǒng)稱，其對生長的要求簡主要優(yōu)勢在于：（1）微藻并類的糧食作物，使用微藻進行生物質生產并不會危及人類的糧食安全6]（2）微藻的含油率較高，某些微藻種類的油脂含量可以達到其細胞干重的50%以上，遠高于傳統(tǒng)的油料作物[6,7]（3）微藻的生長速度極其迅速，在營養(yǎng)供給充足的24h~48h內就可以增長一倍6（4）微藻對生長的要求較低，可以在海邊灘涂，鹽堿地等不適于農作物種植的土地上進行生長，不會占用農業(yè)耕地資[8]鑒于微藻的上述優(yōu)點，使用微藻為原料生產的第三物質也因此具備生產1-1微藻與傳統(tǒng)陸生生物柴油原料作物的比較 （M c:30的干重含油量。使用微藻為原料生產生物并非全新的研究方向，早在20世紀80年代，第一次石油之后，能源部便啟動了旨在利用微藻生產生物柴油的項目“水生3000多種性質各異的天然微藻藻種中選取了多種性狀優(yōu)良，環(huán)境適應能力較強，產油率較高的藻種，并在威爾和新墨西哥對這些選取的藻種進行了戶外養(yǎng)殖實驗，主要研究使用電廠煙氣再在室外開放式跑道池（ORP）中培養(yǎng)含油微藻。ASP項目論證了以微藻為原料生產生物柴油的可行性，取得了不少成果。然而該項目也同時：入21世紀以后，隨著溫室效應的不斷加劇，世界能源形勢的日趨嚴峻以及油價的大幅攀升，微藻的能源化利用也日益受到廣泛的關注。除能源部之外，國防部、農業(yè)部等機構，Argonne、N等國家均展開了微藻能源化利用的已經取得成功[11]1-2列舉了近年來國際上使用微藻原料進行生物柴油生產的一些表1-2國際上使用微藻生產生物的企 SunriseRidgeAlgaeAquaflowBionomicCorporation新西 SeambioticPetroAlgaeAlgaeLinkSolixBiofuels ValcentProducts同國外相比，我國對微藻的能源化利用的研究起步較晚。據國家知識局的數(shù)據顯示[12]，我國與微藻生物質能相關的專利最早出現(xiàn)于2003年，但是2004~2007年這三與微藻生物質能相關的專利僅出現(xiàn)2項，直到2008年微藻能源化利用才真盡管起步相對較晚，但是我國的微藻能源化利用發(fā)展速度較快，現(xiàn)在已經了一系擁有自主知識的，列涵蓋藻種選取、微藻培養(yǎng)和微藻柴油加工等過程的專利導微藻產生非定向變異，用以產生具有較高油脂含量的工程藻種；王艷等人[14]對小球含油率；吳慶余等人[13,15-17]對異樣型微藻進行了大量研究，提出了多種使用農業(yè)淀粉前，化工、新奧能源和慶華均相繼建立了微藻柴油中試裝藻培養(yǎng)裝置的統(tǒng)稱[18]。不同于開放式跑道池，封閉式光生物反應器完全在封閉的外光生物反應器可以實現(xiàn)垂直布置，單位面積產量較高[1819]。但是封閉式光反應器也而開式道通為深為0.250.35m2為微藻生長提供碳源[20]完全開放進行，容易被外界細菌、雜藻的污染。此外，受到外部氣候因素影響，開放式跑道池生產系統(tǒng)的產量相對較低。但是，同封閉式光生物反應器相比，開放式跑道池具有結構簡單、成本低廉、能量產出輸入比較高等優(yōu)點[19]，且已經在國內外大規(guī)模商業(yè)化螺旋藻（Spiulina）21生產上得到了廣泛應用，被認為是實現(xiàn)微藻柴油大規(guī)模生產最為簡單可行的方法[1,1]。藻的含量僅占藻液總量的0.02%~0.06%，而藻液中水分的含量卻高達99%以上[22]。含的微藻細胞與絮凝劑發(fā)生粘合，從而沉淀。該方法具有低能耗、分離后微藻細胞對下游微藻油脂提取過程和外部環(huán)境造成影響[23]現(xiàn)象與微藻光合作用吸收CO2引起的水體PH值升高有關。這種方法無需人為消耗任何認為與其他傳統(tǒng)油料提取過程相似?？捎玫奶崛》椒òㄌ崛》?、超臨界流油的方法類似，即：通過醇類（一般為甲醇或乙醇）1-1生命周期評估方法及其生命周期評估（ifeCleAsmnt，C）是一種綜合評估產品對環(huán)境造成造成影響的方法。所謂生命周期，是指產品從取得原材料，經過生產，加工和使用直至廢棄的整個過程，即從搖籃到墳墓（Fromrletorv）這一周期[3]。生命周期評生命周期評估方法最早于上世紀60年達可口可樂公司對塑料瓶和回收性玻璃瓶這兩種飲料容器進行的資源消耗和環(huán)境排放評價[34]80~90年代的快速發(fā)展之后，生命周期評估方法不斷得到完善，并于90年中期被歐洲和環(huán)境毒到目前為止，生命周期評估方法已經在全世界范圍內廣泛使用，并建立了ISO14040~ISO14046等一系列國際標準[35,36]。們的關系如圖1-2所示。1-2目前，國內外學者已經就微藻生物柴油的生命周期評估開展了一系列研究：Jorquera[19]分別就使用開放式跑道池和光生物反應器生產的生物柴油進行了生耗的能量遠低于光生物反應器，具有更好的經濟性；Lardon[33]基于大豆生物油的經濟性，需要對生產過程中產生的脫脂藻渣等副產品進行充分利用；Collet水指微藻的生長過程全部在水中完成，對微藻進行培養(yǎng)需要在的開放式跑道池中此，在評估微藻柴油這一新型生物質時，也應該對其整個生命周期內消耗的根據消耗水資源來源的不同，產品的水可以細分為：藍水，綠水以及灰水。其中藍水（Bluewaterfootprint）指的是產品生命周期內對地表水和水資源的消耗[41]；綠水（Greenwaterfootprint）是指產品對不會形成徑流的雨水資源的消耗，一般特指農產品的消耗[41]；而灰水（Greywaterfootprint），最初又被稱為稀釋水（Dilutionwaterfootprint），反映生產某一產品時，為了使本文的研究目的及內益受到廣泛關注。作為一種常見的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，開放式跑道池以其結構簡單、成本生產過程中水資源消耗情況關注極少，且現(xiàn)有的一些微藻柴油水評估一般只考慮藍水和灰水，對開放式跑道池微藻培養(yǎng)過程中對于雨水資源的利用情況關注利用修正后的微藻生物質生長模型和國內氣象數(shù)據，對國內幾個具有代表性的氣候地區(qū)的微藻產率上限和微藻理論產率進行了逐月估算，從而評估這些地區(qū)全 微藻單位面積理論產率的以此為依據，本章基于了前人微藻的生物質生長模型，產量修正系數(shù)和國內氣微藻的生物質生長模微藻柴油的產生過程，從本質上來說是微藻藻體通過光合作用將吸收的能轉化為化學能，并在藻油和其他生物質中的過程。因此根據能資源數(shù)據以及藻的產量上限。基于這一思想，Weyer等學者提出了微藻的生物質生長模型[43]一模型，微藻的單位面積上限產率（Pmax，g/（m2·day））為 （1-）I0PAR （2-max a式中，I0——日均輻照強度，MJ/（m22day），各地區(qū)的輻照強度數(shù)據——水面反射率，參考文獻[12]10%；——光合有效輻射，%；pho——藻體的光合作用能量轉化效率，%；LHValgae——微藻的低位發(fā)熱量，KJ/g光輻照中并非全部能量都能參與光合作用并被植物利用，能夠參與植物光合作用的這部分輻照通常為波長400~700nm的陽光，被稱為光合有效輻照（Photosyntheticallyactiveradiation（PAR））。根據文獻[43]PAR的計算公式

0nmEsolar

（2- 取45.8%。CO2+H2O+8photons

（2-2 ECH2

（2- 82式中，ECHO——光合作用產生的碳水化合物具有的能量，468KJ/molEphotons——2225.3KJ/molLHVaglaeLHVlipflipLHVprofproLHVcarfcar LHVlipLHVproLHVcar分別為藻油、蛋白質和糖分的低位發(fā)熱量，分別為36.3MJ/kg，15.5MJ/kg13.0MJ/kg；flip、fpro和fcar則分別為小球藻中藻油、蛋質和糖分的質量百分數(shù)，參考文獻[45]25%、47%28%微藻的光飽和修正系的能將無法繼續(xù)被植物吸收，此時植物的光合作用速率將不再隨著光強的增加繼續(xù)提高。這一現(xiàn)象被稱為光飽和現(xiàn)象[46]2-1顯2-1植物光合作用速率與光強的關系因此為了消除光飽和對微藻產量計算的影響，需要引入修正系數(shù)對微藻的單位面公式（Bushequation）。根據這一公式，不同光照強度下植物光合作用的效率為：TotalAppliedLight-Unutilizable I I' s =

ln0

（2-0 TotalApplied I0

Is 0定[7,43]。對于本文研究的小球藻，其飽和光強為150μmol/m2/s[7]；I'為每秒的輻照強度，通過與日均輻照強度I0換算得到，兩者間的換算方程式為：0II0 I0 3600 式中，Tdaytime為不同地區(qū)各月份的平均白晝時間，h期赤緯角（rad）的影響，經驗公式（式2-8）反映了它們間的關系：

24arccos(tan()tan(

（2-其中，不同時期赤緯角的計算公式為0.409sin(2J （2-二月月中對應全年的第45天。微藻的溫度修正微藻的生長率除了受到光照強度的影響以外，也會受到溫度的影響。據研究[7,10]會對微藻的生長造成影響。大部分藻種對低溫有較好的耐受性，能夠在水溫低于15℃的情況下繼續(xù)生長；但是微藻對高溫的耐受性較差，當水溫較高風速、輻射等多種環(huán)境因素影響，會對微藻的生長帶來較大影響。因此為了消除wigosta[49]提出溫度修正系數(shù)t對微

ifTwater if t

if

（2- if ifTwater式中，Twater為開放式跑道池中池水的溫度，℃；Tmin為微藻可以生長的最低溫度，℃；Tmax為微藻可以生長的最高溫度，℃；Topt_low為微藻能夠保持良好生長的溫度下限，℃；這四個溫度點分別取10℃、20℃、3540℃PtheroyPmaxs （2-開放式跑道池水溫模如上文所述，開放式跑道池的水溫除了受到當?shù)貧鉁赜绊懲?，還受到風速、2-2對流換Hb，MJ/m2/day；以及池水蒸發(fā)帶來的潛熱損失He，MJ/m2/day。其熱平衡2-12

HexchangHnetHbHc （2-和池面向大氣輻射的長波輻射 （MJ/m2/day）影響。兩者相互作用，共同決定了

HnetHSR （2-

HSRI0(1 （2-對于池面向大氣輻射的長波輻射HLR本文選取Bignami[51]研究的海面射與大氣的回波輻射。根據Bignami公式，水面長波輻射通量的大小為： 4 （2- 其中Twater為開放式跑道池中池水的溫度，K；T為當?shù)貧鉁兀琄為水面的輻水池與外界的顯熱換熱包括水池與土壤的傳導換熱量Hb對于水池與大氣間的傳熱量，本文選取文獻[53]中經驗公式對其進行計算。公式如式2-15所示：H0.46(abW2) T （2- aw和bw均為無量綱的風力利用系數(shù)（Windfunctioncoefficient）9.20.46[53]；W為當?shù)仫L速，各地的累年月均風速數(shù)值均可通過中國氣象數(shù)據網查換熱量本文選取文獻[53]中經驗公式對其進行計算。經驗公式如下所示：H0.46(abW2)(ee （2- 其中，es為水面處的飽和蒸汽壓力，mmHg；ea為水面處水蒸汽的實際壓力，mmHg。飽和蒸汽壓力es與水蒸汽的實際壓力ea的差，是一個與氣溫和相對濕度有關的參數(shù)，根據文獻[54]的推導，其計算關系式為esea0.625exp(0.064T)0.625exp(0.064T)RH 其中RH 為相對濕度，各地的累年月均相對濕度值均可通過中國氣象數(shù)據網查得[52]Hm處的水體與外界的交換的熱量也可以通過一定時間內水溫

cH

（2-dTwaterHnetTwater,T,I0,nHcTwater,T,WHeRH,W cH

（2-當水池與外界完全達到熱平衡時，熱交換為0dTwater0。此時的水溫即平衡水溫，原式（2-19）HnetTwater,T,I0,nHcTwater,T,WHeRH,Wc

（2-不同城市開放式跑道池培養(yǎng)微藻的理論本文使用修正的微藻生物質生長模型，對?？冢釒Ъ撅L氣候）、杭州（帶季風氣候）、威海（溫帶季風氣候）以及（帶季風氣候）這4個地區(qū)的對開強度、氣溫、風速、相對濕度和云度這5個氣象數(shù)據，均自中國氣象數(shù)據網1971~2000年的累年月值數(shù)據[52]。表2-1列舉了地區(qū)的累年各月氣象數(shù)據：表2-1地區(qū)的累年各月氣象數(shù)據℃%%℃ 2-3分別展示了上述四個地區(qū)各月份微藻的單位面積理論產率和上限產2-32-3中可以看出，上述四個地區(qū)的單位面積微藻產率上限和理論產量均隨季大值；其中，微藻的產率上限僅受輻照度一個變量影響，其大小直接正比于各地區(qū)的輻照度。因此各地全年范圍內的微藻單位面積產率上限均大于0，一般在27.3g/m2/day，并可實現(xiàn)全年不間斷生產。行時長僅有7個月。杭州和地區(qū)氣候類型相似，因此跑道池全年正常運行時長相同，各月份微藻理論產率相近。需要特別的是，盡管各地區(qū)在五月~九月份輻估算值與跑道池實際產率的比在現(xiàn)有的研究中，Benemann[66]Lundquist[21]分別使用中試規(guī)模（pilotscale）的開放式跑道池，在加利福尼亞州布勞利地區(qū)（Brawley,California）對微藻進行了逐月面積產率歸總后如圖2-4所示，本研究中對地區(qū)估算得到的微藻理論產率亦如圖2-4所示。2-4比2-4BenemannLundquist文中得到的微藻實際單位面積產率在全得到的趨勢類似；從具體的產率上看，Lundquist文中顯示的微藻產率較高，不同月份4~38g/m2/dayBenemann文中顯示的微藻產率相對較2.5~23g/m2/day之間。本研究估算的結果在兩者顯示的范圍之內。本章小本章通過使用微藻的生物質生長模型和開放式跑道池的水溫模型，結合中國氣象數(shù)據網提供的累年逐月數(shù)據，對?？凇⒑贾?、威海以及這4個國內氣候代表性 一個變量的影響，因此各地區(qū)各月份的微藻單位面積產率上限均超過43g/m2/day，最時受到水溫和光飽和效應的影響，因而各地區(qū)各月份的單位面積微藻理論產率均遠小0~34g/m2/day之間。除海口地區(qū)以外，其他三個地區(qū)由于冬盡管各地區(qū)在五月~九月份輻照強度差異較大，但是受到光飽和作用影遍高達90%。因此，在使用微藻為原料生產生物柴油之前，須使用多級脫水、素在一定程度上抵消了微藻的優(yōu)勢，給微藻的能源化利用帶來了巨大的。開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)及其生命周期系統(tǒng)邊本文研究的開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)采用Lundquist[55設計的，面積為40000m2的開放式跑道池對小球藻（Chlorellavulgaris）進行培養(yǎng)，小球藻的性質參f/2培養(yǎng)液[56]，微藻CO2來自附近電廠排出的煙氣，尿素和磷酸氫鉀則分別對微藻所3-1小球藻(干藻)的性質參數(shù)

C元 N元素P元 （C443H7O144N1 %%%% 3-2f/2培養(yǎng)液的組成成分濃度濃度5Fe10-10-3-1所示，分為微藻的農業(yè)取后得到的去脂藻渣將被送入厭氧發(fā)酵單元，產生用于發(fā)電沼氣供整個系統(tǒng)使用。生產流程中各個階段的詳細參數(shù)將在3.2節(jié)中進行介紹。3-1在本文的能耗和排放研究能單位設定為生產1ton微藻生物柴油。微藻柴油的生命周期系統(tǒng)邊界定義為“從油井到油罐”（Fromwellto，涵蓋微藻柴油生1ton微藻生物柴油過程中各（MJ/ton為生產1ton微藻生物柴油過程中各個環(huán)節(jié)直接和間接排放的溫室氣體排放總量（CO2eq/ton。各項物資生產過程的化石能源消耗因子和溫室排放因子選取自7.2數(shù)據庫和近期相關文獻[38,58,59]，數(shù)據如表3-3所示3-3各項物資的能耗與排放數(shù)據（kg生產流程及工藝池基于Lundquist的設計，為面積40000m2，深度0.3m的環(huán)形淺池。整個微藻柴油生產系統(tǒng)共包含25個這樣的跑道池，總種植面積S為100公頃。結合第二章中算得的微產量（Ptotal，kg/day）為 S （3- 開放式跑道池的結構如圖3-2所示，池子一側裝備有由電機驅動的槳輪裝置，跑24h0.25m/s的速度環(huán)繞跑道池流動，以防止微藻發(fā)生沉淀[55]1mCO2擴散槽[55]布置于跑CO（CO2的溶解量[55]。3-2開放式跑道池的俯視圖（a）和截面圖全部25個跑道池的槳輪電機每天消耗的電能 （KWh/day）計算公式為 =（Qhtotalg）T槳輪 （3-槳

式中，槳輪——槳輪的傳動效率，40%[55]；——培養(yǎng)液的密度——重力加速度9.81kg2m/s2；——跑道池中培養(yǎng)液每秒的流量，由跑道池參數(shù)算得為2.25m3/sT槳輪——槳輪每天的運行時間，24h/dayhtotal——單個跑道池水

htotal=hb+hcvhb=2K

（3-（3-R4chv2R4c

L （3-hs （3-K——一個180°彎頭具有的局部損失系數(shù)，參考文獻[55]取2v——跑0.R0.294mL180°彎道E漿輪為：5492KWh/day。E=Qihig （3-

式中，Ei——水泵i每天的電耗，KWh；水泵——水泵的效率，站內外水泵效率均為67.5%[38]Q——水泵i的日均流量，m3/dayh——水泵i的揚程，m。 運行。參考文獻[38]，本文將水泵輸水過程中的水頭損失 跑道池收獲的培養(yǎng)液（Q收獲，m3/day）和從收獲單元回收的培養(yǎng)液（Q

=

（3-藻藻Q回收=Q收獲1-X藻）R 式中，X——收獲的培養(yǎng)液中微藻的質量分數(shù)，0.05%[38]；R——培養(yǎng)液的回藻收率，90%[61]要克服的水頭總量h’也包括三個組成部分：從水源地到跑道池提升的海拔h s輸送過程中的沿程阻力損失hL(m)，沿程阻力損失通過式（3-10）計算得到：sh=L （3- d0.8mvp——管道中水流速度，m/s管道沿程阻力系數(shù)的計算公式取決于輸送管道中雷諾數(shù)（Re）的大小，Re=vpk=0.309（lgRe

（3-（3-）7k1310-6m2/s物質中消耗量最大的分別是：CO2、NP肥。如上文所述，微藻生長過程中所需的N元素和P元素通過尿素和磷酸氫二鉀（K2HPO4）進行補充；而對于CO2，本文假設微藻生長所需的CO2主要來自附近火電廠排放的電廠煙氣（CO2的濃度為12.5%微藻生長所需的N肥和P肥有兩個用途：一部分用于構成小球藻的細胞，另一部分則用于維持微藻培養(yǎng)液中NP元素NP肥消耗量正比于微藻的3-1給出小球藻元素構成和（詳4.2節(jié)，1kg干藻所需的尿素和磷酸氫二鉀（K2HPO4）0.177kg和CO2通過附近電廠提供，全部用于構成小球藻細胞。根據小球輸送裝置的能耗為：0.108KWh/kg干藻。當培養(yǎng)液中的微藻到達一定濃度時，需要對其進行收獲。但是如前文所述，藻進行脫水和干燥。鑒于復合式脫水工藝相比于單一方式的脫水工藝能夠更好一過程中，經絮凝沉淀后的藻液將被送入浮選池中，浮選池底部會注入直徑為數(shù)如表3-4所示。3-4微藻脫水過程中的主要參數(shù)參單取%X%1%6%絮凝沉淀工藝的分離效率%氣體浮選工藝的分離效率浮%機械離心工藝的分離效率離%EE微藻的細胞由厚實的細胞壁，為了增加對微藻油脂的萃取效率，增大微藻柴油的產率，就需要打破微藻細胞，微藻細胞的內容物。本研究中對微藻79%，因此為了使大部分細胞破碎，本文將對藻漿進行兩次均質化處理。均質化過會殘留少量藻漿，這些藻漿將作為副產品加以利用。微藻均質化過程的主要參數(shù)如表3-5所示。3-5微藻均質化過程的主要參數(shù)參單取%%兩次均質化過細胞破碎率破% 微藻回收率均質%當濃縮藻漿經過均質化處理之后，可以使用對微藻細胞中所含的油脂進行提取處理?？晒┯椭崛〉姆N類繁多，比較常見的溶劑包括:氯仿/甲析出，溶劑和溶質的混合比例為5:1[62]；萃取完成后，含有油脂的混合溶劑將被送入使用，而產物初級藻油將進入酯交換反應階段繼續(xù)加工[7,62]。油脂提取過得到的表3-6所示：3-6參 單 取 油脂提取率提 g/kgKWh/kgKWh/kg3-7酯交換過程的主要參數(shù)參單取℃kg/tonkg/tonkg/tonkg/tonkg/tonkg/tonKWh/tonKWh/ton如圖3-1所示，在本文研究的微藻柴油生產流程中主要會產生兩種副產品：一種 去脂殘渣本身仍具有較高的能量，但是由于其含水量較高（88%），無法直將分別作為發(fā)電和有機肥料供整個系統(tǒng)使用，以減少電能和肥料的消耗。計算得到的去脂殘渣性質如表示。3-8參 單數(shù) 去脂殘渣中C元素含量XC 去脂殘渣的低位發(fā)熱量LHVresidual MJ/kg藻根據文獻[38]給出的厭氧發(fā)去脂殘渣將在35℃的中溫發(fā)酵罐中停留20天。發(fā)酵結束后約46%的固態(tài)碳轉化為了生物氣，該生物氣的成分為67vol的甲烷和33%volCO2，將在凈化后送入電站發(fā)電，發(fā)電效率32%。發(fā)酵罐中剩余的沼渣則將作為有機肥料回到微藻跑道池中循環(huán)利用。根據文獻[38]N元素P元素分別占去脂藻渣中N元素P元素61%51%；發(fā)酵過程中的熱0.220.085KWh/kg固態(tài)脫脂藻渣；生物氣凈化過程的能耗為結果與分3.2節(jié)中設計的微藻柴油生產系統(tǒng)，本節(jié)將以第二章計算得到我國典型氣候根據3.2節(jié)中給出的微藻柴油生產過程參數(shù)，可以得到微藻柴油生產系統(tǒng)每天的微藻柴油理論產量(PBD，ton/day)計算公式（3-13）。PBDPtheoryii

（3-S——整個系統(tǒng)的種植面積，100hm2；i——微藻柴油生產的流程中各個5.98ton3.57ton0.1ton的甘油副產品。剩余3-9-----------2-3中可以看出，上述四個地區(qū)在每年的四月至十月均可以正常運行，且表7個月，系統(tǒng)全為了對微藻柴油的生命周期能耗與排放進行評估，需要對生產1ton微藻生物3-101ton 微藻培養(yǎng)過程：微藻需求kg/ton生物柴煙氣供應量kg/ton生物柴尿素消耗量（不使用發(fā)酵有機肥時kg/ton生物柴K2HPO4消耗量（不使用發(fā)酵有機肥時kg/ton生物柴電耗——電耗——站外電耗——站內水電耗——煙氣輸微藻脫水過程：電耗——氣體浮生物電耗——機械離生物電耗——均質 KWh/ton生物柴 油脂提取過程：正己烷消耗 kg/ton生物柴 電耗——油脂提 KWh/ton生物柴 酯交換過程：

KWh/ton生物柴 甘油生成kg/ton生物柴初級藻油消耗量kg/ton生物柴甲醇消耗kg/ton生物柴kg/ton生物柴kg/ton生物柴kg/ton生物柴電耗——酯交 KWh/ton生物柴 藻渣厭氧發(fā)酵過程：

KWh/ton生物柴 脫脂藻渣處理量（干重kg/ton生物柴kg/ton生物柴kg/ton生物柴KWh/ton產生的有機肥中N的含kg/ton產生的有機肥中P的含kg/ton電耗——厭氧發(fā)KWh/ton熱耗——厭氧發(fā)KWh/ton電耗——生物氣凈化KWh/ton大，生產1ton微藻柴油過程中槳輪消耗的電量越小；分時間里微藻柴油日均產量均達到和超過3ton/day，而站外水泵的電耗均在作為標準，在這情況下，根據表3-3中給出的各項物資的能耗與排放數(shù)據，生產1ton微藻柴油時系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的能耗和溫室氣體排放結果如圖3-3所示。MJ/tonMJ/ton耗0耗----

溫室氣體排0----3-3微藻柴油生產過程中各個環(huán)節(jié)的能耗和排放（3ton/day）程，整個種植過程生了66789.1MJ/ton的化石能耗，占總能耗的65.5%，遠高于耗能第二高的均質化過程（10.6%）。培養(yǎng)過程中能耗較高的主要原因在于肥料35.1%。在所有過程中，油脂提取過程產生的化石能耗最低，僅為總能耗1/3的化肥施放，減少了每噸生物柴油13405.2MJ的化石消耗。生產1ton微藻柴油過程中產生的副產品總共能夠為系統(tǒng)帶來94464.9MJ的化石收益，足以抵消掉整個生產過程中92.6%的化石消耗，此時整個系統(tǒng)向外輸出的能量將大于系統(tǒng)自身消耗的化石能量，系統(tǒng)可以持續(xù)運行。因此可以得出結論：微藻柴油生產系統(tǒng)60%以上的排放。這一過程中，肥料的使用產生的排放最為39.4%。同樣，副產品的使用也能給系統(tǒng)帶來大量的溫量的CO2，系統(tǒng)每生產1ton微藻柴油從外界額外消耗16100kgCO2，足以抵消掉整個生產過程產生的當量CO2排放量。7個參數(shù)對微藻柴油的生命周期化范圍如表4-3所示。3-11參單下基準上%%%煙氣中CO2%3-43-4分別顯示了各項變化參數(shù)對生產微藻生物柴油的生命周期化石燃微藻柴油生命周期化石消耗MJ/ 微藻單位面補充水輸送管道的長度圖3-4微藻生物柴油生命周期化石消耗的敏感性分分析圖3-4可以知，在所有變化參數(shù)中，對微藻生物柴油生命周期化石消耗速度以及N元素的循環(huán)比例這四個參數(shù)。其他三個參數(shù)對生命周期化石消耗的影但是考慮實際情況水流速度一般不宜低于0.2m/s，因此對節(jié)能的幫助相對有限。微藻柴油的生命周期溫室氣體kgCO2eq/ 微藻單位面煙氣中CO2的體3-53-4類似。對微藻柴油的生命周期排放這一指標而N元素的循環(huán)比例。P元素循環(huán)比例以及補充水輸送管道長度這兩項參CO2的體積分數(shù)對微藻生物柴油的溫室氣體排放完全沒因此，減小微藻生物柴油生命周期溫室氣體排放的途徑和減少化石消耗的途以及增加N元素的循環(huán)比例。本章小3.57ton0.1ton的甘油副產品。開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)對所在地溫度要求較高，因此為了保證系統(tǒng)全年的生產效率，應盡選擇在我國南方春冬季溫度較高的地區(qū)進行開方式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)的安裝。36.5%，系統(tǒng)不具備運行的可行性。不過，生產過程中產生的副產品能夠給系統(tǒng)帶來巨大的能耗減少微藻柴油生命周期化石消耗和溫室氣體排放的途徑類似，提高微N開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)的生命周期水評式跑道池微藻培養(yǎng)系統(tǒng)勢必消耗大量的水源。因此，在評估微藻柴油這一新型生物質時，除了要考慮其生命周期內的能耗及排放，也應該對其整個生命周期內消產的微藻柴油進行水評估。義目標與邊界、水分析、水評估以及結果四個部分。因此首先f/2培養(yǎng)液。系統(tǒng)的工作方式為半連續(xù)式，每天在夜間對微藻進行收因此本文水評估的研究目標為：結合國內氣候條件和水文數(shù)據，對我國四個典型地區(qū)（、威海、杭州和?？冢┑耐恍烷_放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)生產的微藻柴油進行生命周期水評估。以評價不同地理環(huán)境和季節(jié)變化下生產微藻柴水研究的生命周期系統(tǒng)邊4-1所示，包括微藻的種植、收獲與脫水、藻漿勻化、油脂提取和藻油酯交換，涵蓋微藻柴油生產的整個過程。水研究的功能系統(tǒng)邊界之內。由于目前國內文獻缺少電能，肥料以及其他輔助物品包含的水數(shù)圖4-1微藻柴油的生產流程系統(tǒng)邊界（箭頭的顏色反映了各個環(huán)節(jié)中產生水的類型：藍水、綠水以及灰水）大生產階段。因此，微藻柴油的生命周期水（WC，m3/ton）通過農業(yè)培養(yǎng)階產生的水（Wagr，m3/on）與工業(yè)加工階段產生水（WFind，m3/on）相加得WFLCWFagr （4-水分 系統(tǒng)水需求量（WD，m3/day）反映了為保證整個微藻柴油生產系統(tǒng)正常運行每段的水需求量（WDind，m3/day）這兩大部分WDindn

（4-其中WDind,n——微藻柴油工業(yè)加工階段中第n個工藝環(huán)節(jié)的凈水補充量m3/day以通過雨水進行補充。因此，需要對微藻農業(yè)培養(yǎng)階段的水平衡情況進行分析，以確定該階段中水需求量大小。農業(yè)培養(yǎng)階段的水平衡情況如圖4-2所示。

Q3降雨 Q2蒸發(fā)損

Q7可溶性氣

Q15降雨較多時額圖4-2微藻農業(yè)培養(yǎng)階段中的水平衡情況 Q2Q4Q8Q13Q15Q1 （4-式中，Q1——人工補充凈水，m3/day；Q2——開放式跑道池蒸發(fā)損失水，m3/day；Q3——降雨量，m3/dayQ4——開放式跑道池泄漏的培養(yǎng)液，m3/dayQ8——進入工業(yè)階段的濃縮藻漿，m3/day；Q13——系統(tǒng)排出的培養(yǎng)液，m3/day；Q15——降雨較多時系統(tǒng)額外排出的培養(yǎng)液，m3/day（Q15僅在降雨量較大的情況下出現(xiàn)，不是農其中開放式跑道池泄漏的培養(yǎng)液 、進入工業(yè)階段的濃縮藻漿量 和系統(tǒng)排量Q13分別由式（4-5）~式（4-7）計算得Q4qleak （4-Q8Ptheory （4- 絮 浮 離Q13(1R) （4-式中，q ——開放式跑道池的泄漏系數(shù)，0.0011mm/m2/day[60]；S——整個系絮凝——絮凝沉淀工藝后微藻的收集率，90%；浮選——氣體浮選工藝后微藻的收集率，90%；離心——機械離心工藝后微藻的收集率，95%；R ——培養(yǎng)液的回收系數(shù)，90%；Q12——各脫水工藝中剩余的全部培養(yǎng)液，m3/day；綜上所述，農業(yè)階段的水需求量WDagr可以通過式（4-8）計算得到WDagrQ2Q4Q8Q13 分降雨被稱為有效降雨（Q3effect，m3/day），其計算方式由方程組（4-9）所示：Q3effect

Q3

（4- Q3 如前文所述，微藻柴油的生命周期水WFLC由農業(yè)培養(yǎng)階段產生的因此只產生灰水和藍水。該階段的藍水（WFBlue,ind，m3/ton）即生產1ton微通過文獻調研得到[63]PWFBlue,indP

（4-跡之和（bgWFagrm3/ton）等于微藻生長過程蒸發(fā)損失水量Q2

（4-此農業(yè)生產階段產生的藍水（WFBlue,agr，m3/ton）和綠水（WFGreen,agr，m3/ton）

Q2

(Q1Q3

（4-P PPP

Q2

(Q1

（4- 灰水最初也被稱為稀釋水（Dilutionwaterfootprint）[42]，反映生產某一根據文獻[42]對灰水的定義，某一產品的灰水為：

（4-

式中，Li——生產這一產品產生的污染物i的總量，kg；Cmax,i——水體中對這種污染物的濃度承載上限mg/LCnat,i——未受污染的天然水體中這種污染物的濃度，mg/L； i , i MAX( Q i , i max, ——f/2培養(yǎng)液中總P的濃度，根據培養(yǎng)液成分換算為0.81mg/L；Cmax,N——水體可以承受的總N濃度上限10mg/L[65] 5mg/L[Cnat,N和Cnat,P——天然水體可以總N和總P的濃度，由于缺少這兩種污染指標在天然水體中的初始濃度，因此本文中將兩者均假設為0mg/L。結果與分4個典型地區(qū)微藻的柴油生產系統(tǒng)各月份的微藻柴油產量、系統(tǒng)水需求量和微藻柴油的生命周期水等結果。這些結果如表4-2所示。4-2地水水水周期水%一--------二--------三四五六七八九十--------年值水水水周期水%一--------二--------三--------四五六七八九十----------------年值水水水周期水%一--------二--------三四五六七八九十--------年值水水水周期水%一二三四五六七八九十年值別為6.3%和65.5%，差異巨大。從微藻柴油的水來看，各個系統(tǒng)在全年各個月份生產的微藻柴油的生命周期周期水較大的月份普遍集中在各個系統(tǒng)微藻柴油產量較低的月份。而在各系統(tǒng)微跡保持在2407.0~3102.2m3/ton之間，變化幅度相對較小。從水的組成來看，灰水是生命周期水的最大組成部分，各個系統(tǒng)各月份生產的微藻柴油中的灰水足跡均可達到生命周期水的50%以上；藍水是微藻水的第二大組成部分，1ton微藻柴油，產生的綠水只有217.9m3/ton，僅占生命周期水的7.4%。鑒于表格中顯示的數(shù)據較多較雜，難以一一進行講解。因此下文將著重以系統(tǒng)為例，使用的形式分別對系統(tǒng)水需求量和微藻柴油的水進行逐月分析，以圖4-4系統(tǒng)各月的系統(tǒng)水需求量及微藻單位面積產該系統(tǒng)可以每年的三至十一月正常運。運行期間各月微藻位面積產是2/m2·day于7/ m2day過25g/（m2day。系統(tǒng)的水需求量與單位面積產量有顯著的相關性（兩者相關系數(shù)R2=0.983）,量只有50m3·hm2·day1之后逐月增加，到七月份時水需求量達到全年最大值：--從不同生命周期階段分析,微藻柴油生產過程的水需求量幾乎全部來自農業(yè)培養(yǎng)階段，而工業(yè)加工階段的水需求量只有0.03~0.15mhm-2d-1，僅占系統(tǒng)水需求量的0.1%，可以忽略不計。從補充水的構成分析，系統(tǒng)主要使用人工提供的凈水補充系統(tǒng)水需求量。降923%，其季節(jié)變化對微藻柴油水的影圖4-5顯示了系統(tǒng)在運行區(qū)間內，各月份生產的微藻柴油的生命周期水及水的構成。圖4-5系統(tǒng)各份月生產的微藻柴油的生命周期水量較低，微藻柴油的生命周期水分別達到了4975和6020m3/ton，遠高于全年范圍內生產1ton柴油的生命周期水。而從四月份到十月份，微藻柴油的生命周期水足跡為2621~3107m3/ton，相對穩(wěn)定。從不同生命周期階段分析，農業(yè)培養(yǎng)階段貢獻了生命周期水的絕大部分（各99%；化而變化，可以忽略不計。在農業(yè)培養(yǎng)階段中，灰水是水的最大組成部分，階段和排放了含有較多化肥的培養(yǎng)液，為了使培養(yǎng)液中的總N達到排放標準，需為了辨識各個變化參數(shù)對系統(tǒng)水需求量以及微藻柴油水的影響情況，找到降低水需求量和水總量的方法。本文選取了包括微藻單位面積產量、微藻含油率在內的7個參數(shù)進行了敏感性分析。體取值范圍如表4-3所示。4-3參單下基準值上微藻單位面積產微藻含油%蒸發(fā)水池泄漏培養(yǎng)液回收系數(shù)%藻漿%培養(yǎng)液中總N的濃4-64-7分別顯示了各項變化參數(shù)對系統(tǒng)水需求量以及微藻柴油生命周期水的影響。旋風圖正中間的黑線顯示的是基準值時得到的結果，左右兩側顯示了 微藻單位面微藻培養(yǎng)液中總N4-6可以知，在所有變化參數(shù)中，微藻單位面積產量和蒸發(fā)量這兩個自然人為參數(shù)中，培養(yǎng)液回收系數(shù)的變化對系統(tǒng)水需求量具有最大的影響；水池量和N的濃度對系微藻柴油的生命周期水/m3·ton- 2000400060008000微藻單位面培養(yǎng)液中總N的藻漿

圖4-7微藻柴油生命周期水的敏感性分4-7可以知，在所有變化參數(shù)中，微藻單位面積產量對微藻柴油的生命周降到5g（m22day生產1ton微藻柴油的生命周期水會從3385m3/ton激增到9096m3/ton。而當微藻產量達到一定程度時，繼續(xù)提高產量對水的減小作用相對較小。這也就解釋了系統(tǒng)微藻柴油的水在三月和十一月較高，而在其他月份相對平穩(wěn)的原因；在人為參數(shù)中，對水影響較大的參數(shù)依次為：微藻含油量、培養(yǎng)液中總N的濃度以及培養(yǎng)液回收系數(shù)。因此，選取含油量較高的藻種、使用N元素。模型，對該系統(tǒng)在不同區(qū)域，不同季節(jié)的系統(tǒng)水需求量和微藻柴油生命周期水進期水均會發(fā)生較大變化。當微藻單位面積產量較低時，生產的生物柴油會具有極高的水。高的年平均生命周期水，該系統(tǒng)的各月份生產的微藻柴油的生命周期水在2621~6020m3/ton之間，系統(tǒng)水需求量為45~145m3·hm-2·day-1。其中灰水是水高灰水的原因，使用N元素含量較低的培養(yǎng)液、人為提高培養(yǎng)液回收率以及對開全文總結與工作展全文總等優(yōu)點。以微藻為原料生產車用替代對于解決化石短缺、溫室效應加劇具有微藻生物柴油的優(yōu)勢和劣勢，需要從生命周期的角度對微藻生物柴油這一新型生物燃料進行能耗、排放以及水評估。區(qū)使用這套系統(tǒng)得到的微藻生物柴油產量，生產的生物柴油具有的生命周期化石消耗、溫室氣體排放以及水進行了計算和評估。得到的主要結果如下所示：：上述四個地區(qū)使用開放式跑道池培養(yǎng)微藻時，各地區(qū)的微藻單位面積產率上限和理論產率均隨季節(jié)發(fā)生明顯變化，在全年范圍內呈先增加后減少的趨勢；受到光飽和效應以及溫度的影響，四個地區(qū)各月份的微藻單位面積理論產率在0~3/y之間，均遠低于相對應的單位面積產率上限；上述四個地區(qū)在夏季期間盡管光照強度差異較大，但是受光飽和效應的影響，理論產率非常接近，因此均可使用規(guī)格的開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)。面積100公頃。系統(tǒng)每生1ton微藻柴油需要消耗干重5.98ton的微藻原料，同時3.57ton的脫脂藻渣和0.1ton的甘油副產品。開放式跑道池微藻柴油生產系統(tǒng)對所充分的利用；減少微藻柴油生命周期化石消耗和溫室氣體排放的途徑類似，提高N產的微藻柴油的生命周期水均會發(fā)生較大變化。當微藻單位面積產量較低時，生產的生物柴油會具有極高的水；在本文選取四個地區(qū)的微藻柴油生產系統(tǒng)中，武漢系統(tǒng)生產的微藻柴油具有最高的年平均生命周期水，該系統(tǒng)的各月份生產的微藻柴油的生命周期水在2621~6020m3/ton之間，系統(tǒng)水需求量為量營養(yǎng)物是造成高灰水的原因，使用N元素含量較低的培養(yǎng)液、人為提高培養(yǎng)液水；另外使用雨水作為補充水源，可以顯著降低人工淡水供應量，減少對人類生下一步工作建議微藻生物柴油近年來引起學術界和工業(yè)界廣泛關注，其有望降低全球對化石周期評估法對微藻柴油進行評估有助于對微藻生物柴油的生產過程進行優(yōu)化，減能耗、GHG排放以及水的評估。但是仍有許多其他亟待解決的科學問題，相關工本文主要從生命周期的角度對微藻生物柴油的生命周期排放和水進行本文在進行水研究時未將研究地區(qū)的水稀缺情況充分納入考慮，得到的水結果并不能完全反映出水資源消耗對當?shù)丨h(huán)境的影響。舉例來說：在1m3的純凈水，顯然會比在水資源充沛的地區(qū)消index（CO2e，致敬的老師和同學，正是的幫助，我才能克服，正是的指導，我才首先我要感謝的是導師徐明厚教授。正是因為恩師當初的提攜，我才的以進年的生涯中受益匪淺，我將銘記在心。其次我要感謝的是老師龔勛。本人階段的科研工作是在恩師龔勛的殷切和耐心指導下開展和進行的，衷心感謝恩師對諄諄教誨和悉心。從最初研究課題的選擇，到數(shù)據的收集以及模型的建立，直至恩師的汗水和心血。恩師開闊的視野、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、的性格，深深地感究生生涯中對教育和指導，正是他們細心的教導，讓我克服了科研道一個又一個的難題；感謝和我同一屆進入課題組的12位伙伴們，正是他們的鼓勵和幫助，讓我三年的生涯充滿了開心和。在此，我還要對課題組中所有的師弟和師妹表DudleyB.BPStatisticalReviewofWorldEnergy2015[J].ZhangL,XuC,ChampagneP.Overviewofrecentadvancesinthermo-chemicalconversionofbiomass[J].EnergyConversion&Management,2010,51(5):969-82.MckendryP.Energyproductionfrombiomass(Part1):Overviewofbiomass[J].BioresourTechnol,2002,83(1):37.NaikSN,GoudVV,RoutPK,etal.Productionofandsecondgenerationbiofuels:Acomprehensivereview[J].Renewable&SustainableEnergyReviews,2010,14(2):SinghA,OlsenSI,NigamPS.Aviabletechnologytogeneratethird‐generationbiofuel[J].JournalofChemicalTechnology&Biotechnology,2011,86(11):1349-53.HuQ,SommerfeldM,JarvisE,etal.Microalgaltriacylglycerolsasfeedstocksforbiofuelproduction:sandadvances[J].Theplantjournal,2008,54(4):621-39.ChistiY.Biodieselfrommicroalgae[J].Biotechnologyadvances,2007,25(3):294-DismukesGC,CarrieriD,BennetteN,etal.Aquaticphototrophs:efficientalternativestoland-basedcropsforbiofuels[J].CurrentOpinioninBiotechnology,2008,19(3):235-40.MenetrezMY.Anoverviewofalgaebiofuelproductionandpotentialenvironmentalimpact[J].EnvironmentalScience&Technology,2012,46(13):7073.SheehanJ,DunahayT,BenemannJ,etal.AlookbackattheUSDepartmentofEnergy’saquaticspeciesprogram:biodieselfromalgae[J].NationalRenewableEnergyLaboratory,1998,328(LiuX,SaydahB,ErankiP,etal.Pilot-scaledataprovideenhancedestimatesofthelifecycleenergyandemissionsprofileofalgaebiofuelsproducedviahydrothermalliquefaction[J].Bioresourcetechnology,2013,148(163-71.李濤,,萬凌琳,等.中國微藻生物質能源專利技術分析[J].可再生能源,2012,2012年03):36-42.羅丹，劉濤，朱明壯，等 基于海洋微藻的生物柴油方法 中國專利WangY,ChenT,QinS.HeterotrophiccultivationofChlorellakessleriforfattyacidsproductionbycarbonandnitrogensupplements[J].Biomass&Bioenergy,2012,47(47):吳慶余，，.利用微藻油脂生物柴油的方法[P].中國專利吳慶余，熊偉.一種從自養(yǎng)到異養(yǎng)兩步培養(yǎng)小球藻生產生物柴油的方法[P].中國PruvostJ,VoorenGV,GouicBL,etal.Systematicinvestigationofbiomassandlipidproductivitybymicroalgaeinphotobioreactorsforbiodieselapplication[J].BioresourceTechnology,2011,102(1):150.JorqueraO,KiperstokA,SalesEA,etal.Comparativeenergylife-cycleysesofmicroalgalbiomassproductioninopenpondsandphotobioreactors[J].BioresourceTechnology,2010,101(4):1406-13.WeissmanJC,GoebelRP.DesignandysisofMicroalgalOpenPondSystemsforthePurposeofProducingFuels[J].Energy,1987,98(LundquistTJ,WoertzIC,QuinnNWT,etal.ARealisticTechnologyandEngineeringAssessmentofAlgaeBiofuelProduction[J].EnergyBiosciencesInstitute,2010,ShelefGS,SukenikA,GreenM.MicroalgaeHarvestingandProcessing:ALiteratureReview[J].Algae,1984,8(3):237–44.UdumanN,QiY,DanquahMK,etal.Dewateringofmicroalgalcultures:amajorbottlenecktoalgae-basedfuels[J].Journalofrenewableandsustainableenergy,2010,2(1):SandbankE,VanVuurenL.MicroalgalHarvestingbyinsituAutoflotation[J].scienceandtechnology,1987,19(12):385-ShelefG,SoederCJ.Algaebiomass:productionanduse[J].BoerKD,MoheimaniNR,BorowitzkaMA,etal.Extractionandconversionpathwaysformicroalgaetobiodiesel:areviewfocusedonenergyconsumption[J].JournalofAppliedPhycology,2012,24(6):1681-98.GrimaEM,MedinaAR,GimNezAG,etal.Comparisonbetweenextractionoflipidsandfattyacidsfrommicroalgalbiomass[J].JournaloftheAmericanOilChemists'Society,1994,71(9):955-9.YounghooK,YongkeunC,JungsuP,etal.Ionicliquid-mediatedextractionoflipidsfromalgalbiomass[J].BioresourceTechnology,2012,109(4):312-5.ChoiSA,OhYK,JeongMJ,etal.EffectsofionicliquidmixturesonlipidextractionfromChlorellavulgaris[J].RenewableEnergy,2014,65(5):169-74.HalimR,GladmanB,DanquahMK,etal.Oilextractionfrommicroalgaeforbiodieselproduction[J].BioresourTechnol,2011,102(1):178.TornabeneTG,HolzerG,LienS,etal.LipidcompositionofthenitrogenstarvedgreenalgaNeochlorisoleoabundans[J].Enzyme&MicrobialTechnology,1983,5(6):435-40.[32