微藻制油2PPT课件

1、 目录 一、国内能源现状 二、微藻制油优势 三、微藻简介 四、微藻制油成产工艺 五、微藻制油前景及展望 一、国内能源现状 1.石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源接近枯竭，而且这些传 统能源造成大量的环境污染。 2. 新能源太阳能、风能、地热能、生物质能等应用极具有局限性不能 大规模的应用，不足以满足人们的需要。 3.生物能源不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境 无害、经济可行、利国利农的发展优势。 总而言之，未来将是生物能源的天下。生物能源会是人类不二的选择，未来生物能源的前景将不可估量。 愈演愈烈的环境污染 二、微藻制油优势二、微藻制油优势 1.含油量高，易于培养，生长周期

2、短单位面积产量大； 2.充分利用太阳能，将水、二氧化碳等无机物质合成有机物质； 3.能用海水培养，能耐受沙漠、干旱、半干旱地等极端环境，不占用 耕地； 4.能生产出高附加值的副产品，如生物高聚物、蛋白质、色素、动物 饲料、酒精、氢气等； 5.高效环保；生产出的生物柴油不含硫，燃烧产物不污染环境；排入 环境可被微生物降解； 6.生物柴油无毒 ，有较大的环境价值和社会价值。是典型的“绿色能 源”。 这么多优点的微藻制油 你了解么？ 三、微藻简介 海洋单细胞藻类，即微藻，是地球上最早的生物 物种，它们中的某些物种已经在地球上生存了35亿年 之久。它们能十分有效地利用太阳能将H2O、CO2和 无机盐类

3、转化为有机资源，是地球有机资源的最初级 生产力，有了它们才有了大气中的氧气，才有了海洋 和陆地的其他生物，也才有了人类。 海洋中的精灵微藻 微藻特点 (1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能有效地利用太阳能通 过光合作用将H2O、CO2和无机盐转化为有机化合物, 可以减少温室效应。 (2) 微藻一般是以简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行大规模培养，由 于微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量容易采收和利用。 (3)可以用海水、咸水或半咸水培养微藻，因此是淡水短缺、土地贫瘠地区获得有 效生物资源的重要途径。 (4) 微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，某些种类还富含油料、微量

4、元素 和矿物质，是人类未来重要的食品及油料的来源。 (5)微藻，尤其是海洋微藻，因其独特的生存环境使其能合成许多结构和生理 功能独特的生物活性物质。经过一定的诱导手段微藻可以高浓度地合成这 些具有商业化生产价值的化合物，是人类未来化工原料的重要资源。 微藻的种类 四、微藻制油生产工艺 4.1微藻制油原理 4.2开发技术流程 4.1微藻制油原理 微藻制油的原理是利用微藻光合作用，将化工生产过程中产生的二氧化碳转化为微藻自身的生物质从 而固定了碳元素，再通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为油脂，然后利用物理或化学方法把微藻细胞 内的油脂转化到细胞外，再进行提炼加工，从而生产出生物柴油。 即通过藻类

5、的光合作用，将废水中的营 养物质和空气中的二氧化碳转化为生物燃料、蛋白质。 微藻制油原理图解 4.2微藻生物柴油开发技术流程 生物燃气 微藻的筛选 和培育 光、CO2 水、营养 微藻生物 质生产 微藻生物 质的采收 微藻生物 质的提取 动物饲料其他产 品 厌氧发酵 微藻油 生物柴油 营养+废水 营养+废水 4.2.1微藻选择原则 (1)含油量高; (2)生长快速; (3)耐高浓度的CO2、高温以及高强度的光照等环境条件; (4)易于基因工程改造。 技术环节菌种原则菌种含油量 微藻的筛 选和培育 (1)含油量高; (2)生长快速; (3)耐高浓度的CO2、 高温以及高强度的光 照等环境条件; (

6、4)易于基因工程改造. (1)Botryococcus braunii(含油量55%-75%)； (2)Chlorella sp(含油量28%-32%)； (3)Cylindrotheca sp(含油量16%-37%)； (4)Dunaliella primolecta(含油量23%)； (5)Isochrysis sp(含油量25%-33%)； (6)Nannochloris sp(含油量20%-35%)： (7)Nannochloropsis sp(含油量31%-68%)： (8)Nitzschia sp(含油量45%-47%)； (9)Schizochytrium sp(含油量50%-7

7、7%)； 葡萄藻(Botryococcus braunii)、裂殖壶藻(Schizochytrium sp)等微藻的含油 量可达50 以上。 微藻CO2T*CPgUd Chlorococcum littorale4030 Chlorella kessleri18300.087 Chlorella vulgaris空气250.040 Chlorella vulgaris空气250.024 Dunaliella3270.17 Haematococcus pluvialisl6-34200.076 Scenedesmus obliquus空气-0.016 Botryococcus braunii-2

8、5-301.1 Scenedesmus obliquuS18300.14 Spirulina sp12300.22 不同微藻的耐受性和生长速度 返回 - 微藻菌种挑选 优良富油藻种的选育是微藻生物柴油 效率提高与成本降低的首个关键环节，涉及 微藻含油量、光合效率、生长速率的研究等， 其影响的因素包括微藻种类、研究温度、pH 值、盐碱度、光照等环境因子，N、Si、P、 S和微量元素等营养因子， 以及基因工程改 造等。 一方面，从经济效益上看，较高水平的含油量是微藻生物柴油技术可行的必要条件。目前，葡萄藻 (Botryococcus braunii)、裂殖壶藻(Schizochytrium sp)

9、等微藻的含油量可达50 以上，这是对自然界中 的微藻生物资源进行普查和系统的收集、表征、筛选、整理和保存的参考标准。另一方面，快速的生长条件也是 降低微藻生物柴油开发成本的必然要求，即选育和基因工程改造后要符合耐高浓度的CO2、高温以及高强度光照 的条件。由于空气中的CO2只有0.03-0.06，而环境中一定浓度的CO2含量又是微藻快速生长的基本条件， 因此工业废气等非自然条件下的环境就成为了常见的选择。 4.2.24.2.2微藻的培养微藻的培养 微藻主要类型微藻主要类型光能自养型光能自养型 能源：光能源：光 碳源：二氧化碳碳源：二氧化碳 其他条件：温度、溶解氧、其他条件：温度、溶解氧、pH值

10、等值等 反应仪器：反应仪器：光生物反应器光生物反应器即为设计有光源系统的、主即为设计有光源系统的、主 体为透明材料的生物反应器体为透明材料的生物反应器 光反应器的优缺点 光生物反应器光生物反应器优点优点缺点缺点 跑道池跑道池 (Raceway pond) 成本相对较低、培养后易清理，大 规模培养方便 光控制少、较难长时间培养、生产率 低、占地面积大、只限于少数微藻、 易污染 垂直柱垂直柱 (Vertical-column) 大规模移动、混合好且剪应力低、 宜大规模应用、易灭菌、适应范围 广、易固定化微藻、光抑制和光氧 化少 表面照射面积少、需精细材料、照射 面积随规模扩大而减少 平板式平板式

11、(Flat-plate) 大规模照射面积、易户外培养、易 固定化微藻、光路径好、高生产率、 成本相对较低、易清理 规模生产需大量支持材料、难控制温 度、一定程度的壁生长、对微藻株的 水力压 封闭管封闭管 (Tubu1ar) 大面积照射、适于户外培养、相对 高产、成本相对较低 pH梯度、管内溶解氧和CO2、污垢、 一定程度的壁生长、需大量土地空间 四种光反应器 跑道池 垂直柱 封闭式 平板式 4.2.3生物质的分离提取 (1)离心(运行成本高，设备故障多)； (2)过滤(膜污染和堵塞)； (3)絮凝(絮凝剂和运行设备成本高)； (4)超声波(能耗偏高) 4.2.4酯交换法处理油脂 微藻生物柴油含

12、有非常丰富的含有4个或更多双键的多不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸(EPA，C20： 5n-3，5个双键)、二十二碳六烯酸(DHA，C22：6n-3，6个双键）。这些双键的存在会导致微藻生物柴 油在储运的过程中被氧化而不稳定。因此，酯交换工艺的选择， 取决于微藻油脂的性质。 酯交换法处理酯交换法处理 在酸或碱催化剂及高温条件下（230-250）进行转酯化反应，生成 相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再进行进一步洗涤干燥即得生物柴油，同时可 产生副产品甘油。 可行性：柴油分子由十五左右碳链组成，植物油分子由十四到十八个碳链 组成，与柴油相近。 甘油三酸酯甘油三酸酯 + + 甲醇甲醇脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯 + +

13、 甘油甘油 获得生物柴油产品 2010年6月8日，“新一代钻石DA42”飞机在柏林成功首 航。这是一次意义非凡的飞行，因为飞机烧的是100%的藻类生 物燃料，而且成绩优异：燃烧得更加充分，节省了5%10%的 燃料。 新奥微藻养殖及中试基地 2007年10月11日，新奥集团生物质能源研究所成立，微藻产 业化示范创新集中营正式开营。 新奥集团2008年又投资建成了600平方米的中试基地，实现了 微藻制油中试规模的工艺贯通。2009年，微藻产业化示范创新集中 营对工艺进行了大量的优化，多项关键技术达到产业化示范条件，产 业化成本大幅降低。 2009年底，新奥集团的“二氧化碳微藻生物柴油”关键 技术研

14、究入选国家863计划高技术研究项目，并且获得了国家专项资 金支持。2010年，他们又把实验做到了煤化工工厂，在不可控的自 然环境中进行放大实验，在煤化工工厂排放的灰尘、碳水化合物、硫 化物环境中，利用排放的废水、废热进行藻类养殖，取得了很好的效 果。国家相关部门因此决定由新奥集团在内蒙古建设5000吨微藻生 物柴油示范工程，对煤电厂和化工厂等排放的二氧化碳进行就地吸收 和资源化利用，生产生物能源。 优化工艺流程优化工艺流程 （1）选择合适的）选择合适的 藻类藻类 （2）对目的基因进对目的基因进 行修饰行修饰 （3）适宜条件下进一）适宜条件下进一 步培养一段时间步培养一段时间 （4）饥饿处理）饥

15、饿处理 （5）磨碎微藻）磨碎微藻 （6）生物质）生物质 的采收和提取的采收和提取 （7）酯交换法进）酯交换法进 一步处理油脂一步处理油脂 （8）获得目的产）获得目的产 物物生物柴油生物柴油 基因工程 利用基因工程将目的基因转录到其他受体体内进行高效表达；或者是将修饰过的目的基因重新引入本体 中进行更加高效的表达。 “工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制 脂质积累水平方面起到了重要作用。 目前，正在研究选 择合适的分子载体，使 ACC基因在细菌、酵母和 植物中充分表达，还进 一步将修饰的ACC基因引 入微藻中以获得更高效 表达。 展望未来

16、展望未来 微藻可以旺盛地消耗高浓度的CO2和NO2，这些火力发电厂的污 染物则是微藻的营养。来自化石燃料发电厂的废气可以直接通入微 藻生产设备，此举既能显著地提高生产能力，还能清洁空气。微藻 利用光合作用固定CO2，将光能转化为化学能的形势储存于油脂，我 们利用油脂生产生物柴油，燃烧后产成CO2和水，这一过程完全符合 节能减排的要求。 微藻法生产生物柴油可以与其他生产过程相结合，构成一套完 整的产业链，同时节约原料，充分利用产物，即为生物柴油生产过 程的系统化。 微藻生物柴油的前景 以玉米等粮食为原料大量生产生物乙醇会导致粮食危机;以大豆、油菜等油料作物为原料大量生产生物柴 油会造成食用油供应

17、紧张成以产油酵母等微生物来生产生物柴油,需要以糖类等有机物为原料,成本昂贵;富油微藻则不 具有以上缺点,微藻能充分利用盐碱地等非农业用地,能通过光合作用将二氧化碳转化为有机物进行自养而不需要消耗 外源糖类。 微藻生物柴油的前景 因此,在能源危机与二氧化碳减排的双重压力之下,全球再一次掀起了微藻生物柴油研究的高潮。自 20世纪90年代中期微藻生物柴油第一次研究高潮结束之后,生物科技已经发生了翻天覆地的变化,诞生了许多新 理论、新技术,积累了更加全面丰富的油脂代谢知识,而且数据库中与微藻相关的数据越来越多,将这些新知识应 用于微藻油脂代谢的研究和基因工程藻株的构建必将大大促进微藻生物柴油的产业化进程。 谢谢观赏谢谢观赏 愈演愈烈的环境污染 微藻特点 (1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能有效地利用太阳能通 过光合作用将H2O、CO2和无机盐转化为有机化合物, 可以减少温室效应。 (2) 微藻一般是以简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行大规模培养，由 于微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量容易采收和利用。 (3)可以用海水、咸水或半咸水培养微藻，因此是淡水短缺、土地贫瘠地区获得有 效生物资源的重要途径。 (