微藻:生物能源的新來源

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對于生物質(zhì)能源的原料,人們的目光一直集中在傳統(tǒng)的陳化糧、木質(zhì)素、動物油脂等領(lǐng)域,而對于開發(fā)前景同樣廣闊、屬水生植物的藻類卻認識不足。事實上,作為一種重要的可再生資源,藻類具有分布廣泛、生物量大、光合作用效率高、環(huán)境適應能力強、生長周期短、產(chǎn)量高等突出特點,藻類尤其是微型藻類的進一步開發(fā)利用,將提供新的資源來源。

環(huán)球能源網(wǎng)認為,微藻作為能源原料的潛力巨大,其細胞中含獨特的初級或次級代謝產(chǎn)物,化學成分復雜,太陽能轉(zhuǎn)化效率可達到3.5%,是生產(chǎn)藥品、精細化學品和新型燃料的潛在資源。從微藻中得到的脂肪酸可轉(zhuǎn)化成脂肪酸甲酯,即生物柴油;在沸石催化劑的作用下,微藻通過熱化學轉(zhuǎn)化可生產(chǎn)出汽油型燃料;生長在海水中的綠藻,能積累大量游離的甘油以平衡環(huán)境中的鹽濃度,其甘油的含量可占自身干重的85%。

目前科研人員已逐步認識到,微藻作為生物能源,具有多方面的開發(fā)價值:繁殖快且所需養(yǎng)分不多,主要是陽光、水和CO2,不會與農(nóng)牧業(yè)爭地;相對于其他植物,藻類含有較高的脂類、可溶性多糖等,可以用來生產(chǎn)生物柴油或乙醇,還可望成為生產(chǎn)氫氣的一條新途徑;同木質(zhì)纖維素材料相比,藻類的光合作用效率比樹木高;易被粉碎和干燥,預處理成本較低;熱解所得生物質(zhì)燃油熱值高,平均高達33MJ/kg,是木材或農(nóng)作物秸稈的1.6倍;利用光合作用生長繁殖,捕獲廢氣中的CO2,可起到保護環(huán)境的作用。

基于其獨特的優(yōu)點,微藻可用于脫除煙氣中的CO2,不過目前尚無工業(yè)應用的報道。該領(lǐng)域的研究主要集中在三個方面:一是高效固定CO2的藻種篩選和培養(yǎng),目前適宜的藻種是藍藻和綠藻,特別是綠藻中的小球藻;二是微藻固定CO2機理探索,研究重點是了解無機碳的利用形式、CO2濃縮機理以及高濃度CO2對微藻生長的影響;三是微藻培養(yǎng)條件的研究,探索營養(yǎng)、光照、溫度、pH值和通氣條件等因素的優(yōu)化,以滿足微藻生長的需要,是降低微藻生產(chǎn)成本的有效途徑。

將微藻作為能源資源作物進行開發(fā),主要是用于生產(chǎn)乙醇、生物柴油、燃料油或制氫等。撫順石化研究院的專家認為,將生物量轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的方法有很多種,每一種都有其自身的優(yōu)缺點,主要是根據(jù)生物量的來源及特點、最終轉(zhuǎn)化形式、環(huán)境保護需求、經(jīng)濟效益等因素,進行轉(zhuǎn)化方法的合理選擇。

在這一領(lǐng)域,美國已開發(fā)出利用一種自由漂浮的單細胞微藻替代糖來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的專利,目前還沒有工業(yè)應用;日本兩家公司聯(lián)合開發(fā)出利用微藻將CO2轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù),計劃在2010年研制出有關(guān)設備;采用催化熱解技術(shù),已可以將微藻轉(zhuǎn)化成高芳烴含量、高辛烷值的燃料油,新興的液化法熱解技術(shù)更是有效地降低了該過程的成本。此外,培養(yǎng)微藻制氫的商業(yè)化前景看好,但要使陽光轉(zhuǎn)化為氫氣的效率達10%才有經(jīng)濟性,目前僅為0.1%,還有一系列技術(shù)問題需要解決。

藻類的用途很多,在我國主要作為保健食品和藥用。事實上,利用藻類生產(chǎn)燃料的研究,無論從環(huán)保還是能源角度,都具有重要的意義。2007湖區(qū)域藍藻的大面積爆發(fā),使人們開始思考藍藻的治理和利用問題,而將藻類轉(zhuǎn)化成燃料油或許是太湖藍藻變害為寶的良方,但要使其成為經(jīng)濟可行的能源生產(chǎn)方式,還有很多問題要解決。譬如,藻細胞的收獲、藻細胞中水分的脫除、灰分的降低、目標產(chǎn)物的分離等。

環(huán)球能源網(wǎng)認為,對于微藻開發(fā)利用的研究,主要應該關(guān)注細胞內(nèi)外的含水率、脂類和蛋白質(zhì)含量、纖維素與木質(zhì)素含量比率等,以便研究下一步的目標產(chǎn)品。據(jù)了解,撫順石化研究院已經(jīng)開展了微藻利用的探索,對能夠利用CO2并富集油脂的藻類進行篩選和培養(yǎng),掌握了葡萄藻、小球藻、小環(huán)藻等典型藻種的培養(yǎng)條件和生長特性。今后,還將在藻種改良、光反應器,以及油脂、糖類、纖維素等目標產(chǎn)物分離方面進行深入研究。

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