第五章-微藻生物能源ppt課件

1、第五章 微藻生物能源,1. 背景介紹 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 3. 微藻生物煉制 4. 我們的工作,微藻生物能源-低碳經(jīng)濟(jì)的突破口,微藻生物能源-全球的熱點(diǎn),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,微藻（icroalgae）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，目前開發(fā)的更是微乎其微,什么是微藻,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，已經(jīng)在地球上生存了35億年之久，能在水中進(jìn)行光合作用釋放出氧氣，在自然界物質(zhì)和能量

2、循環(huán)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)奠定了物質(zhì)和氣候基礎(chǔ),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,光合作用效率高,植物：1,藻：3.5,1、反應(yīng)物濃度更高 2、產(chǎn)物濃度更低,1L空氣中含有約5.910-4 g CO2,1L水中含有約1.7gCO2,1L空氣中含有約0.3g O2,近3000倍,1L水中含有約0.008gO2,1/40,微藻通過(guò)光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高,3、光照幾率更多,微藻通過(guò)光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高,折射,衍射,水,散射,由于水對(duì)光具有折射、衍射、散射等效

3、應(yīng)，使得微藻所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受光照,等量,1 g干物質(zhì),樹葉 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葉的1.3106倍，比表面積越大，受光面積越大，越有利于光合作用,4、比表面積更大,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重的2.5%分布于整個(gè)細(xì)胞，整個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)光合反應(yīng)器，有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn),植物光合色素含量占其干重約0.05%,分布于樹葉、樹干等組織中細(xì)胞的特定部位，不有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn),50倍,微藻光合天線,植物光合天線,幾十倍,植物的捕光天線是類囊體

4、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,5、更高含量的光合作用單位,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)胞可不斷地從外部環(huán)境中把無(wú)機(jī)碳或CO2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

5、,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：3.61億平方千米 占地球表面：71,陸地面積：1.49億平方千米 占地球表面：29,CO2,O2,固定全球60%以上的CO2,固定全球40%的CO2,森林固定CO2 變成煤炭； 海洋微藻固定CO2變成石油,在已知能固定CO2的微生物中微藻能力最強(qiáng),微藻,核酮糖-1，5-二磷酸,6CO2,3-磷酸甘油酸,甘油醛- 3-磷酸,甘油,脂肪酸,產(chǎn)甲烷菌,四氫葉酸（THF,2CO2,CHO-THF,CH3-CO-X,乙酰-CoA,脂肪酸,草酰乙酸,2CO2,異檸檬酸,檸檬酸,乙酰-CoA,脂肪酸,泥生綠菌,綠色硫細(xì)菌,羥基丙酰-C

6、oA,2CO2,甲基丙二酰-CoA,蘋果酰-CoA,乙酰-CoA,脂肪酸,微藻固定CO2能力是其他微生物的3倍以上,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,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,熱值,相同質(zhì)量,煤炭,微藻生物質(zhì)熱解所得熱值高，平均高達(dá)33MJ/kg，而且微藻燃燒后沒有SO2等有害氣體，使用后排出CO2可以被微藻本身所固定，不會(huì)增加CO2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,我國(guó),純蛋白大豆,高質(zhì)純牛奶,三聚

7、氰胺牛奶,混合飼料,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,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5大優(yōu)點(diǎn)： 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。 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。 光合固定CO2，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） 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（0.30.4萬(wàn)元

8、/噸螺旋藻）及P源成本（0.3萬(wàn)元/噸螺旋藻） 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,21,Ohio Coal Research Center,氧氣,0.57kg,廢氣CO2,N、P廢水,陽(yáng)光,生物質(zhì)(CH1.8N0.17O0.56,0.73kg,微藻產(chǎn)能,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) 年排CO2億噸,微藻 約年產(chǎn)億噸藻粉 相當(dāng)于億噸煤炭 產(chǎn)6.61013MJ熱量 相當(dāng)于0.6億噸生物燃料 相當(dāng)于產(chǎn)值4200億元,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)CO2及余熱的綜合利用，以及微藻生物質(zhì)燃料聯(lián)

9、產(chǎn),CO2,排出,吸收,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) 年排放廢水約5億噸,微藻低碳工業(yè) 約年產(chǎn) 2000萬(wàn)噸生物柴油 約年產(chǎn) 6000萬(wàn)噸蛋白飼料 產(chǎn)1500萬(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、 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5億噸,谷氨酸等,排出,處理,火電廠 28.24億噸（40.1,微藻 約年產(chǎn)10億噸生物質(zhì) 相當(dāng)于3億噸生物燃料 相當(dāng)于產(chǎn)值2萬(wàn)億元,2010年我國(guó)總CO2排放量70億噸，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)CO2及余熱的綜合利用，以及微藻生物質(zhì)燃料聯(lián)產(chǎn),CO2,排出,

10、吸收,低碳工業(yè),石油加工業(yè) 11.07億噸（15.7,黑色金屬冶煉工業(yè) 5.80億噸（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,棉,5X107公頃,1X109公頃,3X109公頃,4X109公頃,1.1X1010公頃,2X1010公頃,棕櫚,大豆,油菜,麻瘋樹,微藻,棉花,5X107公頃,2X1010公頃,用地,20倍,Peer M S , et al.Second Generation Biofuels: High-Efficiency Microalgae for Biodiesel Production.BioenergyResearch,2008,

11、1:2043,不同植物生產(chǎn)全球生物柴油所需用地面積,美國(guó)： -“水生生物種計(jì)劃”（1978-1996），07年重新啟動(dòng)。 -“微型曼哈頓計(jì)劃”（2006-2010） -“太陽(yáng)神計(jì)劃”（2006） -“JP-8噴氣燃料替代品計(jì)劃”（2008） -“微藻生物燃料技術(shù)路線圖”（2009,日本： -“地球研究更新計(jì)劃技術(shù)”耗資25億美元 -2010年 微藻將CO2轉(zhuǎn)化成燃料乙醇,英國(guó)： -“藻類生物燃料計(jì)劃”耗資2600萬(wàn)英鎊 -2020年 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),2007年10月荷蘭AlgaeLink公司成功開發(fā)出新型微藻光生物反應(yīng)器系統(tǒng),世界各國(guó)研究現(xiàn)狀,

12、微藻生物能源研究歷史及現(xiàn)狀,二戰(zhàn)期間和二戰(zhàn)之后, 德國(guó)和美國(guó)就開始研究利用微藻油脂作為食品和燃料的代用品; 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; 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), 美國(guó)能源部支持了一項(xiàng)微藻-燃料研究、開發(fā)項(xiàng)目”微藻廢水處理-生物質(zhì)-甲烷氣生產(chǎn)”; 1978年-1996年：美國(guó)ASP計(jì)劃（耗資2500萬(wàn)美元） 2006年下半年：因油價(jià)上漲等因素，微藻能源掀起研究熱潮 2009年：美國(guó)組織大量專家提出藻類生物燃料技術(shù)路線圖 2009年：中國(guó)科技部微藻能源探索性立項(xiàng) 2010年：973立項(xiàng),現(xiàn)狀：大多在實(shí)驗(yàn)室研究、少數(shù)開始進(jìn)行初

13、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,2007-2009年NATURE、SCIENCE上發(fā)表5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),2010年 1-5月,?？松梨趩?dòng)微藻生物燃料,國(guó)內(nèi)主要的研究單位,微藻航空生物燃料,生物柴油 (Bio-diesel) 航空生物燃料 (Bio-jet fuel) (Bio-kerosene,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)輸燃料僅需少量荒地（約6000萬(wàn)畝）。 2007年，美國(guó)啟動(dòng)了微型曼哈頓計(jì)劃，預(yù)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)油百萬(wàn)桶的目標(biāo),青島所與波音公司聯(lián)

14、合研發(fā)微藻航空生物燃料,據(jù)英國(guó)獨(dú)立報(bào)2010年6月10日?qǐng)?bào)道，空中客車公司“新一代鉆石DA42” 飛機(jī)，用100%微藻生物燃料作為驅(qū)動(dòng)燃料，在6月8日開幕的柏林國(guó)際航空航天展覽會(huì)上完成首飛。 首次證明了微藻生物燃料完全可以獨(dú)立為飛機(jī)的飛行提供燃料（碳?xì)浠衔?/8、氮氧化合物60%、硫氧化物1/60）。 加速了微藻能源產(chǎn)業(yè)化開發(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,第五章 微藻生物能源,1. 背景介紹 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 3. 微藻生物煉制 4.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,關(guān)鍵技術(shù)1：優(yōu)質(zhì)

15、種質(zhì)資源的選育,1、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 定CO2、適合處理污水、易采收 ，如何考慮遺傳穩(wěn)定性？ 2、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,日本國(guó)際貿(mào)易和工業(yè)部資助了一項(xiàng)名為“地球研究更新技術(shù)計(jì)劃”的項(xiàng)目，耗資近3 億美元，分離出1 萬(wàn)多株微藻。 1978年到1996年美國(guó)能源部開展了“水生物種計(jì)劃”（The Aquatic Species Program)，在20年的時(shí)間內(nèi)從3000株藻種中選出了大約300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，全球已經(jīng)鑒定的微藻大約有60,000種!而且其數(shù)量還在不斷

16、增加,美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Niyogi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大量突變株， 并建成了這兩種模式生物的全球性突變種質(zhì)資源中心（Niyogi et al., 1997; Siripong et al., 2002; Nakajima et al., 2004,Mussgnug等利用RNA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，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(Mussgnug et al., 2007,Li等將不合成淀粉的萊茵衣藻突變株中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶缺失后， 油脂含量提高10倍 （Li et al., 2010

17、,真核微藻基因工程的瓶頸,工程微藻研究的熱點(diǎn),關(guān)鍵技術(shù)2：規(guī)?；囵B(yǎng),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)/儲(chǔ)油機(jī)理？對(duì)高密度培養(yǎng)條件的響應(yīng)，物理、化學(xué)脅迫 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？反應(yīng)器、跑道池、大池；自養(yǎng)、異養(yǎng)及兼養(yǎng),微藻生長(zhǎng)與油脂積累受到非生物因素（包括光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)、溶氧濃度、二氧化碳濃度、pH、鹽度、培養(yǎng)液中的有毒成分）、生物因素（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（Soletto et al., 2008; Mata et al., 2010; Packer, 2009,

18、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,微藻高密度培養(yǎng)與環(huán)境因子脅迫產(chǎn)油,核酮糖-1，5-二磷酸,CO2+H2O,3-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-ACP,D-羥丁酰-ACP,反式-羥丁酰-ACP,丁酰-ACP,軟脂酰-ACP,軟脂酸,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

19、物反應(yīng)器微藻培養(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)，其極大的限制了微藻能源的研發(fā)和規(guī)?；l(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，目前的研究沒有從深層次系統(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)鍵問題的核心技術(shù),什么反應(yīng)器適合微藻培養(yǎng),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，CO2利用率不高等問題，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)?；a(chǎn)帶來(lái)了困難,光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)核心問題光源,細(xì)胞濃度(g/L,光照距離（cm,A

20、Light Distribution Model for an Internally Radiating Photobioreactor,光衰減圖,關(guān)鍵技術(shù)3：采收和綜合利用,1、面向規(guī)?；牡统杀靖咝什墒眨吭弩w細(xì)胞的理化性質(zhì)影響， 低成本，高效采收方法. 2、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. 3、面向規(guī)模化應(yīng)用的系統(tǒng)集成？物質(zhì)、能量衡算，經(jīng)濟(jì)效益, 社會(huì)效益，環(huán)境效益， 全生命周期分析,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,微藻油的提取是降低成本的關(guān)鍵,油脂提取傳統(tǒng)方法 (Bligh and Dyers method,高能耗,CO2+H2O,微

21、藻生物質(zhì),油,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)微藻油脂生產(chǎn)過(guò)程的3050,第五章 微藻生物能源,1. 背景介紹 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 3. 微藻生物煉制 4. 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,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20000元人民幣/噸,售價(jià)8000元人民幣/噸,微藻生物柴油,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與微藻培養(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,N、P、K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 廢棄物資源化利用,廢水,廢氣,

22、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、碳水化合物以及多種高附加值生物活性物質(zhì),CO 2,藻,藻 體,色 素,維生素,酶,多聚物,油 脂,Benemann et al.1987; Cohen,1999; Skulberg,2000 Pulz et al.2001,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,提取,提取,水相,多次循環(huán)抽提,色素,油脂,生物柴油,蛋白質(zhì) 多糖 維生素 核酸,葉綠素 類胡蘿卜素 蝦青素,能源 食品 醫(yī)藥 農(nóng)藥 化工 飼料,EPA,DHA,PUFAs,人盡其才，物盡其用,物盡其用，吃干榨盡,建立了微藻

23、的油脂、蛋白、多糖分析方法 建立了藻體的微藻油脂組成分析方法 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)4000億美元,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,生物轉(zhuǎn)化,尿素 乙醛酸,D-海因酶,D-N-氨甲酰酶,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

24、降解和可再生等特性,塑料,無(wú)紡布,聚酯纖維,包裝材料,生物可降 解材料 （PLA,PBS,PHA,地膜,第五章 微藻生物能源,1. 背景介紹 2. 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 3. 微藻生物煉制 4. 我們的工作,藻種的分離純化,考察,取樣,分離,純化,培養(yǎng),藻種,1、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,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選的藻種，生物量提高了2倍,優(yōu)良藻種的篩選與培養(yǎng),微藻保藏方法的建立,固體平板低溫保種 保種時(shí)間為2年,液體低溫保種 保種時(shí)間為1年,液體常溫保種 保種時(shí)間為3個(gè)月,建立了3種保種方法,2. 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17種指標(biāo),藻種品質(zhì)

25、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,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,CO2和KNO3的三維空間響應(yīng)曲面圖,CO2和KNO3的二維等高線圖,優(yōu)化前藻光密度（生物量）為0.238，優(yōu)化后藻光密度（生物量）為2.139，生物量提高近10倍,3、

26、微藻培養(yǎng)條件的優(yōu)化,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,優(yōu)化前培養(yǎng)周期25天，優(yōu)化后培養(yǎng)周期縮短為10天，培養(yǎng)周期縮短60,物理?xiàng)l件優(yōu)化,廢水資源化利用,COD降80%以上,生物量增加近20倍,培養(yǎng)前,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 on Chlorella vulgar biomass,Effects of different ventilation rates on Chlorella vulgar lipid content,外置光源鼓泡式式光生物反應(yīng)器,氣升內(nèi)導(dǎo)管

27、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： 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 適合的培養(yǎng)環(huán)境（例如管式反應(yīng)器中氧脅迫的解除） 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） 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)改造、反應(yīng)器的放置角度調(diào)整,5、新型高效光合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)開發(fā),氣體分布器的改良和通氣條件的優(yōu)化,對(duì)于微藻規(guī)?；苽洌瑥脑逡褐胁墒瘴⒃逡恢笔莻€(gè)瓶頸 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,聚丙烯酰胺、殼聚糖,6、藻體收集技術(shù),1、液氮破碎效果最好，細(xì)胞破碎率達(dá)100%；破碎時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，是可以工業(yè)化的一種方法。 2、酶破碎效果較好，細(xì)胞破碎率達(dá)90%以上；操作簡(jiǎn)單，是一種潛在工業(yè)化方法,7、不同細(xì)胞破碎方法的比較,核酮糖-1，5-二磷酸,CO2+H2O,3-磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸,甘油醛-3-磷酸,關(guān)鍵因子,溫度,光照,pH,CO2,關(guān)鍵酶,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶