海藻生物能源2021推選ppt

海藻生物能源內(nèi)容概要微藻生物質(zhì)能源綜述(徐駿宇)微藻采收技術(shù)〔王旗〕微藻生物質(zhì)柴油〔何彥康〕微藻制氫〔陳欣寧〕總結(jié)與展望〔鄧兆方〕微藻的定義和分類(lèi)定義：藻類(lèi)是能夠進(jìn)行放氧光合作用的自養(yǎng)無(wú)胚植物

藻類(lèi)按細(xì)胞大小

大藻(如海帶、紫菜、裙帶等)

微藻(如小球藻、螺旋藻、鹽藻、柵藻、紫球藻、雨生紅球藻、魚(yú)腥藻等)按生長(zhǎng)的環(huán)境水生微藻陸生微藻

氣生微藻

按生活方式浮游微藻底棲微藻

微藻的四種培養(yǎng)方式1.光自養(yǎng)培養(yǎng)2.異養(yǎng)培養(yǎng)3.異養(yǎng)-光自養(yǎng)串聯(lián)培養(yǎng)4.混合營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)微藻的四種培養(yǎng)方式光自養(yǎng)培養(yǎng)：微藻大多數(shù)是專(zhuān)性光合自養(yǎng)生物，以光作為能量復(fù)原CO2同化為碳水化合物，而獲得生物量。微藻的異養(yǎng)培養(yǎng)：微藻在無(wú)光照的條件下，利用外源有機(jī)物包括糖類(lèi)、蛋白水解物、有機(jī)酸等進(jìn)行生長(zhǎng)。微藻的四種培養(yǎng)方式混合營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)：

微藻在有光照的條件下，既利用CO2進(jìn)行光合作用又利用外源有機(jī)物生長(zhǎng)。

異養(yǎng)-光自養(yǎng)串聯(lián)培養(yǎng)：

微藻先進(jìn)行異養(yǎng)培養(yǎng)，然后進(jìn)行光自養(yǎng)培養(yǎng)以提高藻細(xì)胞品質(zhì)。微藻的應(yīng)用價(jià)值

微藻的特性,決定了微藻在醫(yī)藥、食品、水產(chǎn)養(yǎng)殖、化工、能源、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、基因工程等領(lǐng)域有著重要的開(kāi)發(fā)價(jià)值能源方向的應(yīng)用微藻制氫

微藻煉油微藻采收技術(shù)從微藻培養(yǎng)液的特性出發(fā)，可以明顯看出微藻采收存在較大的困難有資料說(shuō)明，微藻采收的本錢(qián)占其養(yǎng)殖本錢(qián)(包括培養(yǎng)和采收)的20-30％微藻采收目前存在的困難微藻個(gè)體微小〔3—30μm〕微藻細(xì)胞外表多帶負(fù)電荷培養(yǎng)液中均勻地分散懸浮，形成穩(wěn)定的分散體系微藻在培養(yǎng)液中的濃度一般很低，在開(kāi)放培養(yǎng)體系中，其密度一般低于1g／L，即使在封閉的生物反響器中，在強(qiáng)化光照、通氣等條件下，其干固物的含量也僅能到達(dá)每升幾十克微藻培養(yǎng)液的這些性質(zhì)都不利于微藻的采收微藻培養(yǎng)液的預(yù)處理藻液預(yù)處理是利用物理或化學(xué)方法使微藻外表性質(zhì)或懸浮液的溶液化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化的過(guò)程?？偟膩?lái)說(shuō)分為物理預(yù)處理和化學(xué)預(yù)處理兩種根本類(lèi)型。物理預(yù)處理：1.電場(chǎng)絮凝法：通過(guò)外加電場(chǎng)作用打破微藻顆粒間電場(chǎng)平衡，使得藻細(xì)胞在載體表而聚集并形成大的絮塊2.超聲波法：超聲波可以通過(guò)破壞微藻細(xì)胞中的微囊泡來(lái)促進(jìn)微藻的絮凝沉降化學(xué)預(yù)處理：1.微藻的預(yù)氧化：通過(guò)向藻液中添加氧化劑使微藻細(xì)胞外表發(fā)生改性2.化學(xué)絮凝法：參加陽(yáng)離子凝聚劑〔金屬鹽類(lèi)和高分子聚合物類(lèi)〕微藻的富集與別離在對(duì)藻液進(jìn)行預(yù)處理后，即可進(jìn)行富集與別離處理；常用的別離方法有沉淀、氣浮、離心和過(guò)濾．但這些傳統(tǒng)的方法用于微藻的采收都存在效率低、本錢(qián)高的限制。而泡載法和氣浮法適用于低濃度懸浮體系的富集別離，是微藻采收可行的技術(shù)途徑小型噴霧枯燥機(jī)管式離心機(jī)泡載法：或稱(chēng)泡沫別離技術(shù)，是礦物分選和水處理中應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)(浮游分選)．它利用顆粒或與顆粒相結(jié)合的外表活性劑的疏水性，使之吸附在人工產(chǎn)生的氣泡上，并隨氣泡上升至液面以上，形成泡沫層，再將泡沫層與液體別離，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的富集或回收．氣浮別離法：別離前先向懸浮液中參加絮凝劑，使懸浮的微生物或細(xì)胞產(chǎn)生絮凝，然后從氣浮裝置底部放出大量微細(xì)氣泡，這些小氣泡在上浮過(guò)程中碰到絮凝體那么吸附其上，使絮凝體上浮到液體外表，然后通過(guò)收集上浮的絮凝體而到達(dá)懸浮物別離或微藻采收目的．氣浮法不同于泡載法之處在于，氣浮法是利用大量極其微小(<0.1mm)的氣泡附著于微藻等絮凝體上，使其密度變低而上浮，而泡載法那么是小顆粒附著于較大的氣泡(>1mm)上上浮，氣浮法的上浮速率低于泡載法。前景在能源高度緊張、環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻的今天，開(kāi)發(fā)產(chǎn)油微藻具有重要的研究?jī)r(jià)值和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，但目前存在的關(guān)鍵問(wèn)題是生產(chǎn)本錢(qián)，特別是培養(yǎng)和采收的本錢(qián)過(guò)高，使之無(wú)法與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng)，因此，降低本錢(qián)是微藻能源市場(chǎng)化必須解決的問(wèn)題。-----生

物柴油微藻生物質(zhì)能源內(nèi)容概要隨著日益嚴(yán)重的環(huán)境惡化,控制汽車(chē)尾氣排放和溫室效應(yīng),保護(hù)人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境成為人類(lèi)急需解決的問(wèn)題。同時(shí)全球能源需求不斷擴(kuò)大,尋求可以替代石油在能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的可再生清潔能源是目前普遍關(guān)注的熱點(diǎn)?；茉床豢沙掷m(xù)！生物柴油開(kāi)發(fā)背景目前,生物柴油主要是以植物和動(dòng)物脂肪酸為原料來(lái)生產(chǎn)的,而不是微藻。在美國(guó),生物柴油主要以大豆為原料,其他來(lái)源包括棕櫚油、菜籽油、動(dòng)物脂肪酸、玉米油、廢食用油和麻瘋樹(shù)油。一些東南亞國(guó)家那么以一些熱帶植物的種子為原料,如棕櫚等,廢棄食用油是日本的主要生物柴油制取原料。但是,由油料作物、廢食用油和動(dòng)物脂肪酸生產(chǎn)的生物柴油尚不能滿(mǎn)足當(dāng)前車(chē)用燃料需求量的一小局部。同時(shí)使用植物原料在所有的國(guó)家都存在共同的問(wèn)題。一是是否適合當(dāng)?shù)貧夂?實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn);二是種植過(guò)程中產(chǎn)生的土地資源緊缺的問(wèn)題以及由此引起的其他農(nóng)作物價(jià)格上漲的問(wèn)題。特別在我國(guó)人多地少的情況下,這些問(wèn)題尤為突出。微藻生物柴油的優(yōu)勢(shì)面對(duì)植物原料生產(chǎn)生物柴油的諸多問(wèn)題,利用微藻產(chǎn)油具有不與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地的明顯優(yōu)勢(shì),而且可用海水作為天然培養(yǎng)基進(jìn)行大量繁殖。跟植物一樣,微藻也是利用光照產(chǎn)油,但卻比植物作物的效率高很多。大多數(shù)微藻的產(chǎn)油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了最好的油料作物。不像其他油料作物,微藻生長(zhǎng)極為迅速,而且含有極其豐富的油脂。藻類(lèi)光合作用轉(zhuǎn)化效率可達(dá)10%以上,含油量達(dá)30%。微藻的生物柴油產(chǎn)量是最好的油料作物的8~24倍。表7主要微藻種類(lèi)含油量表8微藻生物質(zhì)柴油占有的優(yōu)勢(shì)表4各種植物含油量橫向比照微藻生物柴油的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)工藝總路線(xiàn)圖甘油三酯轉(zhuǎn)化生物柴油微藻采收技術(shù)光自養(yǎng)培養(yǎng)別離純化技術(shù)藍(lán)藻固氮酶產(chǎn)氫的限制因素在全日照下，光系統(tǒng)吸收的太陽(yáng)能能有約90％以熱或熒光的形式散發(fā)掉了，導(dǎo)致太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率很低。綠藻制氫今后需要大規(guī)模開(kāi)展具有優(yōu)化生長(zhǎng)環(huán)境的發(fā)酵系統(tǒng)，因此我們還要不斷研究氫化酶的發(fā)酵原理。不能利用太陽(yáng)光和水產(chǎn)氫，同時(shí)由于可用于產(chǎn)氫的有機(jī)物的產(chǎn)地和數(shù)量等因素也決定了其應(yīng)用范圍有限，難以為人類(lèi)大規(guī)模提供氫源。1998年，國(guó)際能源局〔IEA〕的評(píng)估報(bào)告認(rèn)為可逆產(chǎn)氫酶間接光生物水解制氫路線(xiàn)為最有應(yīng)用前景的方向，使該項(xiàng)技術(shù)受到世界各國(guó)生物制氫研究機(jī)構(gòu)的特別關(guān)注。微藻光水解制氫的反響器系統(tǒng)應(yīng)該包括微藻的高密度培養(yǎng)、產(chǎn)氫酶的暗誘導(dǎo)和光照產(chǎn)氫3個(gè)局部。目前無(wú)論是利用基因工程對(duì)藻株的改造，外部因子對(duì)產(chǎn)氫過(guò)程的控制，還是反響器的優(yōu)化多集中在這種方法上。如何使光合效應(yīng)最大化，現(xiàn)在的“兩步法〞光利用效率太低，不到1%；微生物光反響器VS光能發(fā)電設(shè)備藻液預(yù)處理是利用物理或化學(xué)方法使微藻外表性質(zhì)或懸浮液的溶液化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化的過(guò)程。PSⅡ光合作用放氧用虛線(xiàn)描繪，因?yàn)樵谌チ颦h(huán)境下，它幾乎全部被抑制。歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)發(fā)言人庫(kù)爾塞利·格雷戈?duì)柗Q(chēng)，據(jù)廢氣排放檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，海藻燃料排放的氮氧化物，比傳統(tǒng)航空煤油少40％，碳?xì)浠衔锷?7.黃色箭頭表示氫產(chǎn)生過(guò)程中主要的電子傳遞。同時(shí)就綠藻制氫而言，由于存在諸如循環(huán)培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)的問(wèn)題，使得微藻制氫的本錢(qián)居高不下。微藻細(xì)胞外表多帶負(fù)電荷培養(yǎng)液中均勻地分散懸浮，形成穩(wěn)定的分散體系微藻生物柴油生產(chǎn)工藝流程微藻經(jīng)培養(yǎng)，采收，提取得到的油脂為甘油三酯。甘油三酯黏度較大，不能直接用作柴油，須將其轉(zhuǎn)化為較低粘度的燃料，目前生產(chǎn)生物柴油的最主要的方法為酯交換法。采用酯交換法可以使油脂的分子量降至原來(lái)的三分之一，粘度降至八分之一，該方法生產(chǎn)出來(lái)的生物柴油的黏度與石化柴油非常接近，十六烷值到達(dá)50，可以直接用來(lái)作為燃料。以光作為能量復(fù)原CO2同化為碳水化合物，而獲得生物量。光合成反響如下：CO2+NO3-+PO43-+H2O+太陽(yáng)能[CH2ONP]+O2目前國(guó)內(nèi)外微藻的大規(guī)模培養(yǎng)均屬光自養(yǎng)培養(yǎng)。微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)微藻采收技術(shù)利用物質(zhì)特性通過(guò)離心、過(guò)濾、沉降等分離方法。Isochrysissp.及Spirulinasp.皆可採(cǎi)高速離心方式回收，另Spirulinasp.具凝聚特性可使用篩網(wǎng)回收。2L光合反應(yīng)器高速離心機(jī)篩網(wǎng)酯交換反響酯交換反響根據(jù)催化劑的不同，酯交換法可分為：液體堿催化法液體酸催化法非均相催化法酶催化法超臨界法時(shí)間單位名稱(chēng)主要工作立項(xiàng)機(jī)構(gòu)2009中石化

近期擬對(duì)中石化和中科院的相關(guān)機(jī)構(gòu)予以立項(xiàng)支持2008國(guó)家海洋局

對(duì)下屬相關(guān)科研機(jī)構(gòu)予以立項(xiàng)支持2008上海市科委

對(duì)上海市相關(guān)科研機(jī)構(gòu)予以立項(xiàng)支持2009科技部

主要對(duì)相關(guān)企業(yè)予以立項(xiàng)支持：863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“CO2-油藻-生物柴油關(guān)鍵技術(shù)研究”、國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“微藻二氧化碳減排技術(shù)研發(fā)及示范”

針對(duì)微藻生物質(zhì)柴油的國(guó)家級(jí)工程時(shí)間單位名稱(chēng)主要工作科研單位清華大學(xué)吳慶余教授課題組

利用異養(yǎng)生長(zhǎng)的產(chǎn)油小球藻進(jìn)行了密閉培養(yǎng)、提油和生物柴油加工研究。國(guó)家海洋局第一研究所鄭力研究員課題組

從事油藻藻種篩選等

中科院海洋所、南海所、武漢植物所、武漢水生所、青島生物能源所、遺傳與發(fā)育所

從事油藻藻種篩選與分子生物學(xué)改造等中科院過(guò)程工程研究所叢威研究員課題組從事光生物反應(yīng)器與微藻培養(yǎng)技術(shù)研究中科院大連化物所張衛(wèi)研究員課題組從事微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)北京化工大學(xué)譚天偉教授課題組近年開(kāi)始從事微藻及其和微生物聯(lián)合培養(yǎng)等研究南京工業(yè)大學(xué)黃河教授課題組近年開(kāi)始從事微藻培養(yǎng)研究華東理工大學(xué)李元廣教授課題組

自1995年以來(lái)，在科技部863、科技攻關(guān)、科技支撐等項(xiàng)目支持下，一直開(kāi)展微藻高密度高產(chǎn)率培養(yǎng)技術(shù)、新型光生物反應(yīng)器開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化研究。生物柴油的應(yīng)用世界上首架使用微藻類(lèi)生物燃料的“綠色〞飛機(jī)。這架飛機(jī)是歐洲航空防務(wù)和航天公司用奧地利鉆石公司的DA42型飛機(jī)改造而成，就在去年六月柏林航展上進(jìn)行了首航。歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)發(fā)言人庫(kù)爾塞利·格雷戈?duì)柗Q(chēng)，據(jù)廢氣排放檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，海藻燃料排放的氮氧化物，比傳統(tǒng)航空煤油少40％，碳?xì)浠衔锷?7.5％，生成的硫化物那么更低，其濃度僅為傳統(tǒng)燃料的六十分之一。微藻制氫傳統(tǒng)的制氫方法需要消耗大量的能量或化石原料，生產(chǎn)本錢(qián)普遍較高，尋找低本錢(qián)、可再生、大規(guī)模的清潔制氫技術(shù)成為人們研究的熱點(diǎn)。因此，越來(lái)越多的興旺國(guó)家把生物產(chǎn)氫現(xiàn)象用于能源生產(chǎn)，并投入大量的人力物力研究生物制氫技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，全球氣候變化和環(huán)境污染使西方工業(yè)化國(guó)家更加重視生物制氫技術(shù)的研究，國(guó)際能源局〔IEA〕和美國(guó)能源部〔DOE〕投入巨額資金支持生物制氫技術(shù)開(kāi)發(fā)，已經(jīng)積累了大量的研究成果，為此項(xiàng)技術(shù)的可行性分析奠定了一定的根底。生物制氫主要包括細(xì)菌制氫和微藻制氫。雖然局部光合細(xì)菌具有利用有機(jī)物或復(fù)原硫化合物產(chǎn)生氫氣的能力，但是光合產(chǎn)氫細(xì)菌沒(méi)有光合系統(tǒng)！不能利用太陽(yáng)光和水產(chǎn)氫，同時(shí)由于可用于產(chǎn)氫的有機(jī)物的產(chǎn)地和數(shù)量等因素也決定了其應(yīng)用范圍有限，難以為人類(lèi)大規(guī)模提供氫源。微藻太陽(yáng)能光水解制氫是通過(guò)微藻光合作用系統(tǒng)及其特有的產(chǎn)氫酶系把水分解為氫氣和氧氣。根據(jù)所利用的酶系的不同，可分為固氮酶制氫、可逆產(chǎn)氫酶制氫。綠藻藍(lán)藻兩種用于制氫的藻類(lèi)藍(lán)藻固氮酶產(chǎn)氫1974年，Benemann等人發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻在氬氣中保存幾小時(shí)后，同時(shí)產(chǎn)生氫氣和氧氣。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻具有光合系統(tǒng)I和II，水是最終電子供體。藍(lán)藻里特有的固氮酶在固定氮?dú)猱a(chǎn)生氨的同時(shí)接收從Fd〔鐵氧化復(fù)原蛋白〕傳過(guò)來(lái)的電子復(fù)原H+產(chǎn)生氫氣。當(dāng)有氬氣存在時(shí)，就不存在固氮酶的底物N2，因此固氮酶就將所有的電子用來(lái)產(chǎn)氫了。其產(chǎn)氫速度是固氮速度的25%~30%。固氮酶產(chǎn)氫過(guò)程會(huì)浪費(fèi)掉大量的能量，所以藍(lán)藻進(jìn)化出了其特有的吸氫酶，可以通過(guò)重新吸收固氮酶產(chǎn)生的H2回收局部能量，維持藻細(xì)胞生長(zhǎng)。藍(lán)藻固氮酶產(chǎn)氫的限制因素由于吸氫酶的存在，盡管防止了細(xì)胞本身的能量損失，但卻導(dǎo)致藍(lán)藻的凈產(chǎn)氫量不高。固氮酶對(duì)氧氣十分敏感，光合作用放出的氧極大限制了固氮酶活性，產(chǎn)氫受到抑制。在全日照下，光系統(tǒng)吸收的太陽(yáng)能能有約90％以熱或熒光的形式散發(fā)掉了，導(dǎo)致太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率很低。目前能量利用率最高的僅僅到達(dá)3.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生物制氫實(shí)用化最低10%的要求。光生物反響器的研制仍未成熟。綠藻制氫技術(shù)最先發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)綠藻中氫的光合代謝是HansGaffron教授，他發(fā)現(xiàn)在無(wú)氧環(huán)境下，綠藻既能利用氫氣作為暗反響中二氧化碳固定過(guò)程的電子供體，又能在光反響中產(chǎn)生氫氣。綠藻光水解制氫是利用綠藻體內(nèi)的可逆產(chǎn)氫酶系，以太陽(yáng)能為能源、以水為原料，催化效高，能量消耗小，生產(chǎn)過(guò)程清潔，可以實(shí)現(xiàn)光能收集系統(tǒng)的自組織、能量的自發(fā)積累、定向快速轉(zhuǎn)化。1998年，國(guó)際能源局〔IEA〕的評(píng)估報(bào)告認(rèn)為可逆產(chǎn)氫酶間接光生物水解制氫路線(xiàn)為最有應(yīng)用前景的方向，使該項(xiàng)技術(shù)受到世界各國(guó)生物制氫研究機(jī)構(gòu)的特別關(guān)注。

制備氫氣的關(guān)鍵因素是氫化酶〔氫化酶的單體形式是鐵氫化酶〕，但是和固氮酶一樣綠藻氫化酶在有氧環(huán)境下其活性幾乎完全喪失。由于光合作用和水的氧化所引起的氧分子的釋放，綠藻氫化酶的光合活性只持續(xù)幾秒鐘到幾分鐘。氧氣不僅對(duì)氫化酶基因的表達(dá)起明顯的抑制作用，也是鐵氫化酶的強(qiáng)力抑制劑。葉綠體光分解水產(chǎn)生氫氣，為光合作用；線(xiàn)粒體消耗氧氣產(chǎn)生水，為呼吸作用。除S是其中的關(guān)鍵步驟葉綠體基質(zhì)類(lèi)囊體膜類(lèi)囊體腔線(xiàn)粒體這張圖是去除硫的環(huán)境下的氫代謝機(jī)制圖。黃色箭頭表示氫產(chǎn)生過(guò)程中主要的電子傳遞。

黑色箭頭表示呼吸時(shí)的氧化作用。PSⅡ光合作用放氧用虛線(xiàn)描繪，因?yàn)樵谌チ颦h(huán)境下，它幾乎全部被抑制。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)綠藻缺少硫這種關(guān)鍵性的營(yíng)養(yǎng)成分，它的PSII的光化學(xué)活性降低，光合放氧速率就會(huì)下降到比呼吸作用耗氧速率還低。這樣，在封閉環(huán)境下綠藻就能處于無(wú)氧環(huán)境，從而誘導(dǎo)線(xiàn)粒體中電子傳遞的“氫化酶途徑〞產(chǎn)生氫。綠藻制氫方法〔“間接生物光解〞〕“間接生物光解〞法制氫：首先正常培養(yǎng)綠藻細(xì)胞，使之靠光合作用累積自身所需的碳水化合物；然后將收獲的綠藻細(xì)胞培養(yǎng)在缺硫的培養(yǎng)基中，此后PSⅡ活性很快喪失，而線(xiàn)粒體的呼吸作用幾乎不受影響，導(dǎo)致培養(yǎng)基中的氧氣逐斷被呼吸作用消耗掉，氫酶活性到達(dá)最大，從而得到了較高的產(chǎn)氫量。一段時(shí)間后再將第二階段的細(xì)胞轉(zhuǎn)移到正常培養(yǎng)基中，重新進(jìn)入第一階段，如此周而復(fù)始。它的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以在開(kāi)放式的培養(yǎng)池中固定二氧化碳和釋放氧氣，在體積較小的密閉光生物反響器中產(chǎn)氫，以降低設(shè)備造價(jià)和操作費(fèi)用。因此無(wú)論從制氫原理還是工程實(shí)用化看，綠藻的間接光解制氫是微藻制氫研究最有開(kāi)展前景的方向之一。綠藻制氫的意義綠藻制氫具有重要的意義，因?yàn)樗沂玖司G藻代謝途徑、調(diào)控途徑和電子轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)生。而且綠藻是依賴(lài)可持續(xù)的光而生產(chǎn)和積累大量的氫氣。綠藻制氫的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)是它無(wú)毒無(wú)污染，大量養(yǎng)殖綠藻還能得到具有附加價(jià)值的產(chǎn)品。

利用綠藻的“光合—呼吸作用兩步法產(chǎn)氫〞原理，通過(guò)“間接生物光解〞法制備的氫氣無(wú)毒且無(wú)污染，是非常環(huán)保的制備氫氣方法。目前無(wú)論是利用基因工程對(duì)藻株的改造，外部因子對(duì)產(chǎn)氫過(guò)程的控制，還是反響器的優(yōu)化多集中在這種方法上。綠藻制氫面臨的挑戰(zhàn)主要問(wèn)題：產(chǎn)氫速率不高，只有理論最大值的15%；需要優(yōu)化大規(guī)模養(yǎng)殖綠藻環(huán)境的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率；還要不斷提高產(chǎn)氫的連續(xù)性；氫氣產(chǎn)量在去硫環(huán)境下60小時(shí)后開(kāi)始下降，去硫100小時(shí)后，綠藻又會(huì)回到正常的光合作用狀態(tài)通過(guò)補(bǔ)充內(nèi)源性底物來(lái)恢復(fù)活力；光生物反響器的循環(huán)利用，減少藻類(lèi)生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)素方面技術(shù)還不夠，因而綠藻制氫價(jià)格昂貴，本錢(qián)太高。參數(shù)（因素）挑戰(zhàn)克服挑戰(zhàn)的方法技術(shù)發(fā)展水平未來(lái)展望光合器官的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率在很強(qiáng)的太陽(yáng)光照射下綠藻的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率低基因水平上截短起光合作用的天線(xiàn)葉綠素的長(zhǎng)度以限制光吸收的速度能調(diào)控天線(xiàn)葉綠素長(zhǎng)度并成功截短其50%長(zhǎng)的TLA1基因已被克隆要鑒定出更多能截短天線(xiàn)葉綠素長(zhǎng)度的基因氫氣的產(chǎn)生產(chǎn)氫過(guò)程中對(duì)氧的敏感性對(duì)于產(chǎn)氫飽和要低光強(qiáng)短暫的分離氧氣和氫氣的產(chǎn)生這兩過(guò)程，通過(guò)過(guò)度表達(dá)來(lái)增加綠藻中鐵氫化酶產(chǎn)量“兩步法”制氫無(wú)氧無(wú)硫環(huán)境的發(fā)展發(fā)展生產(chǎn)氫氣的可持續(xù)性光生物反應(yīng)器材料價(jià)格每平米0.75美元營(yíng)養(yǎng)素價(jià)格每平米0.65美元，成本太高回收利用材料盡量少的使用或回收利用營(yíng)養(yǎng)素正在測(cè)試一個(gè)規(guī)模達(dá)500L用柔韌、堅(jiān)固并且透明的材料制成的光生物反應(yīng)器更先進(jìn)的的機(jī)械和化學(xué)工程技術(shù)陸地面積由于太陽(yáng)光照射的擴(kuò)散性質(zhì)需要大面積土地合理布置設(shè)備安放地點(diǎn)，最大化的利用到土地每一處面積對(duì)晴朗、干旱氣候，以及淡水、半咸水和海水的可利用性選擇合適的國(guó)內(nèi)或國(guó)際地區(qū)作為建造工廠(chǎng)的廠(chǎng)址提高產(chǎn)氫速度還面臨很多問(wèn)題：如何提高藻類(lèi)細(xì)胞內(nèi)的氫化酶數(shù)量；如何提高該酶的耐氧性；如何使光合效應(yīng)最大化，現(xiàn)在的“兩步法〞光利用效率太低，不到1%；綠藻循環(huán)利用會(huì)出現(xiàn)退化現(xiàn)象，不利于大規(guī)模露天培養(yǎng)；光合放氧，內(nèi)源底物代謝以及氫化酶催化產(chǎn)氫之間的復(fù)雜關(guān)系沒(méi)有深入研究等等。綠藻制氫今后需要大規(guī)模開(kāi)展具有優(yōu)化生長(zhǎng)環(huán)境的發(fā)酵系統(tǒng)，因此我們還要不斷研究氫化酶的發(fā)酵原理。在綠藻制氫技術(shù)成熟可用之前，這些問(wèn)題必須要去解決。三種解決方案培養(yǎng)條件對(duì)產(chǎn)氫效率的提高有一定作用，但效果不明顯。要提高綠藻細(xì)胞中氫酶的活性和產(chǎn)量，那么要求有產(chǎn)氫效率高，能耐受高濃度氧的高效產(chǎn)氫的藻株。對(duì)產(chǎn)氫藻種的篩選和改造是研究的根底和核心。一.篩選高效的藻株二.有效的制氫途徑說(shuō)明光合作用高效吸能、傳能和轉(zhuǎn)能的分子機(jī)理和調(diào)控機(jī)制以及光損傷和光保護(hù)機(jī)理，是提高微藻光合作用制氫效率的有效途徑。三.合理的光反響器微藻光水解制氫的反響器系統(tǒng)應(yīng)該包括微藻的高密度培養(yǎng)、產(chǎn)氫酶的暗誘導(dǎo)和光照產(chǎn)氫3個(gè)局部。目前實(shí)驗(yàn)室研究微藻間接光水解制氫可以用一個(gè)反響器，暗誘導(dǎo)和光照產(chǎn)氫在不同的時(shí)間內(nèi)完成，為下一步的連續(xù)制氫研究提供工藝參數(shù)。要使微藻光水解制氫技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用，必須開(kāi)展大規(guī)模的發(fā)酵系統(tǒng)，優(yōu)化生長(zhǎng)條件，才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模制氫。這涉及到光生物反響器的構(gòu)建與可操作性，需要解決的中心問(wèn)題是如何最有效地利用光能促進(jìn)微藻的培養(yǎng)，包括光強(qiáng)度、光波長(zhǎng)變換，細(xì)胞固定化，光生物反響器結(jié)構(gòu)等諸多問(wèn)題，以構(gòu)建可持續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)氫的光生物反響器。

微藻產(chǎn)油和微藻制氫的前景展望早在30多