利用溫室氣體發(fā)展微藻生物能源技術(shù)

利用溫室氣體發(fā)展微藻生物能源技術(shù)

1石化的綠色低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)“能源”和“環(huán)境”是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題。另一方面，它支持人類(lèi)現(xiàn)代文明的石化能源不可替代，世界各國(guó)都在加強(qiáng)能源效率的開(kāi)發(fā)。另一方面，人類(lèi)在處理和使用石化能源時(shí)不可避免地會(huì)排放廢水和廢水，從而污染人類(lèi)的生存環(huán)境。作為經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的支柱，石油化工不僅是一個(gè)能源生產(chǎn)領(lǐng)域，也是一個(gè)能源消耗領(lǐng)域。因此，巖石行業(yè)在我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。中國(guó)石化將“低碳綠色”納入公司發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高效率，積極開(kāi)發(fā)能源供應(yīng)等可支配能源技術(shù)。微藻是由陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的“活的化工廠”,其效率極高,可以在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2等溫室氣體的高效吸收.通過(guò)微藻細(xì)胞高效的光合作用,將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,儲(chǔ)存在脂肪或淀粉等有機(jī)物中,并放出O2.利用微藻生產(chǎn)生物能源與化學(xué)品可以同時(shí)達(dá)到“替代化石能源和減少溫室氣體排放”的雙重目的本文通過(guò)深入分析微藻生物能源技術(shù)的潛力與存在的問(wèn)題,介紹了中國(guó)石化在構(gòu)建減排工業(yè)廢氣與生產(chǎn)微藻生物能源相結(jié)合的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式中的實(shí)踐以期對(duì)解決“能源、環(huán)境、資源協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題”起到促進(jìn)和引導(dǎo)作用.2美國(guó)對(duì)微藻生物資源的研究微藻是一類(lèi)在水中生長(zhǎng)的低等生物,其種類(lèi)繁多、分布廣泛,全世界約有2萬(wàn)種微藻生長(zhǎng)在從游泳池到鹽湖等不同種類(lèi)的水體中,隨著研究的開(kāi)展,越來(lái)越多的微藻被采集發(fā)現(xiàn).微藻通過(guò)光合作用產(chǎn)生了地球上約1/3的生物量.每固定1molCO2,則有477kJ的能量存儲(chǔ)到生物質(zhì)中.微藻的光合效率可以達(dá)到7%,而一般植物和森林僅能利用入射光能的0.2%.微藻是自然界中生長(zhǎng)最迅速的物種之一,在適宜的條件下,有些微藻一天內(nèi)所含生物質(zhì)量可以翻倍,而且,有些微藻的油脂含量可以達(dá)到20%~50%.此外,微藻還可利用廢水或咸水以及在不適宜傳統(tǒng)農(nóng)作物耕種的地區(qū)培養(yǎng).歐美發(fā)達(dá)國(guó)家早已認(rèn)識(shí)到微藻的巨大潛力和獨(dú)特性質(zhì),政府和企業(yè)投入大量資金開(kāi)展微藻生物能源技術(shù)的研究開(kāi)發(fā).1978年美國(guó)政府啟動(dòng)了利用微藻生產(chǎn)生物柴油的“水生生物種計(jì)劃”,經(jīng)過(guò)十多年的努力,開(kāi)展了從微藻生物資源普查,到藻種選育,再到微藻規(guī)模培養(yǎng)等一系列卓有成效的探索工作.“水生生物種計(jì)劃”采用開(kāi)放池進(jìn)行室外培養(yǎng),在加州和夏威夷分別建立了試驗(yàn)基地,進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)6年的培養(yǎng)研究;之后又相繼在新墨西哥州和以色列資助了兩項(xiàng)開(kāi)放池培養(yǎng)計(jì)劃.在夏威夷試驗(yàn)基地使用小型的開(kāi)放池,培養(yǎng)池的面積從幾平方米到幾十平方米不等.在加州試驗(yàn)基地,建成了4個(gè)200m2和3個(gè)100m2培養(yǎng)池.小培養(yǎng)池獲得的單日最高產(chǎn)量分別為40g/(m2d)(0.35m2培養(yǎng)池)和50g/(m2d)(3m2培養(yǎng)池).100m2培養(yǎng)池,產(chǎn)量達(dá)到23.6g/(m2d);1000m2培養(yǎng)池的產(chǎn)量為10~11g/(m2d).“水生生物種計(jì)劃”的研究結(jié)果表明,溫度對(duì)生物質(zhì)產(chǎn)量具有顯著影響.但是,在小型培養(yǎng)池中可以獲得較高的單位面積產(chǎn)量,培養(yǎng)規(guī)模擴(kuò)大后,單位面積產(chǎn)量卻隨之下降.該項(xiàng)計(jì)劃在CO2高效利用技術(shù)方面進(jìn)行了有益的探索,開(kāi)展了微藻減排火電廠CO2的工業(yè)示范.1990~2000年,日本政府資助了一項(xiàng)名為“地球研究更新技術(shù)計(jì)劃”的項(xiàng)目,此項(xiàng)計(jì)劃利用微藻進(jìn)行生物固定CO2,并著力開(kāi)發(fā)密閉光合生物反應(yīng)器技術(shù),通過(guò)微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的CO2以生產(chǎn)高附加值的生物質(zhì)能源.該項(xiàng)計(jì)劃共有20多家公司和政府的研究機(jī)構(gòu)參與,分離出10000多株微藻,并篩選出多株耐受高CO2濃度、耐高溫、生長(zhǎng)速度快、能形成高細(xì)胞密度的藻種.與微藻生物能源技術(shù)開(kāi)發(fā)同步,國(guó)外一些航空公司采用藻油加工的航空燃料進(jìn)行了飛行試驗(yàn).近年來(lái),石油價(jià)格飆升,掀起了微藻生物能源技術(shù)研究的熱潮.除歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資開(kāi)展研發(fā)外,國(guó)內(nèi)的中國(guó)石化、中海油、新奧等企業(yè)以及中科院、華東理工大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和高校也紛紛立項(xiàng)開(kāi)展微藻生物能源技術(shù)的研究開(kāi)發(fā).初步實(shí)踐表明,微藻生物燃料的成本為化石能源的數(shù)倍,而且大規(guī)模培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的養(yǎng)殖成本高于油料作物的栽培;其技術(shù)鏈上的多個(gè)環(huán)節(jié)也缺乏系統(tǒng)的解決方案,如藻細(xì)胞高效采收與脫水技術(shù)、藻油低成本提取技術(shù)、微藻生物質(zhì)綜合利用技術(shù)等.總結(jié)歸納國(guó)內(nèi)外已有技術(shù)可知,目前,微藻生物能源技術(shù)尚不能與化石能源競(jìng)爭(zhēng),迫切需要相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新以及工業(yè)化集成.3控制初始排放21世紀(jì)以來(lái),溫室氣體引發(fā)的氣候問(wèn)題凸現(xiàn),我國(guó)的溫室氣體排放量快速增加.另一方面,我國(guó)石油資源對(duì)外依存度超過(guò)60%.將減排溫室氣體與生產(chǎn)微藻生物能源集成(圖1),是解決上述矛盾的理想方案.石油化學(xué)工業(yè)排放大量的煙氣和廢水,其中富含CO2和NOx.而微藻的生長(zhǎng)必須提供足夠的水、CO2(碳肥)和氮肥,三者是“微藻細(xì)胞工廠”的主要原料,也是微藻養(yǎng)殖的主要原料成本.因此,減排溫室氣體與微藻生物能源集成,一舉兩得.目前,螺旋藻的工業(yè)養(yǎng)殖中,碳源(碳酸氫鈉)成本為1萬(wàn)元/噸.如果采用工業(yè)廢氣中的CO2代替碳酸氫鈉養(yǎng)殖微藻,不僅使碳源“零”成本,而且可以帶來(lái)減排的收益.根據(jù)《京都議定書(shū)》規(guī)定的目標(biāo)自2005年開(kāi)始,歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)已開(kāi)始對(duì)CO2的排放進(jìn)行定量控制;對(duì)于中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家,于2012年開(kāi)始對(duì)CO2排放進(jìn)行定量控制.我國(guó)每減排1tCO2的指標(biāo)售價(jià)為100元(CDM機(jī)制).廢氣中的NOx也可以作為氮源被微藻吸收利用微藻可以在較寬的氮氧化物濃度范圍內(nèi)吸收氮氧化物.美國(guó)綠能公司的專(zhuān)利表明,利用微藻吸收煙氣中的NOx,脫除率高達(dá)98%.工業(yè)廢氣中的NO2易溶于堿性水形成硝酸鹽與亞硝酸鹽(式(1)).NO通過(guò)氧化可轉(zhuǎn)化為NO2,從而進(jìn)一步溶于水被微藻吸收利用(式(2,3)).2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O(1)2NO+O2=2NO2(2)NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O(3)以中國(guó)石化石家莊煉化分公司為例,該公司原油處理量為800萬(wàn)t,主要產(chǎn)品包括:204萬(wàn)t汽油、325萬(wàn)t柴油、16萬(wàn)t己內(nèi)酰胺等;同時(shí)排放CO2200萬(wàn)t、NOx2000t.若采用微藻生物技術(shù)對(duì)其進(jìn)行治理,兼顧減排溫室氣體、降低成本和生產(chǎn)微藻生物能源,可謂“一石三鳥(niǎo)”.在較低水平下,以成熟的開(kāi)放池為養(yǎng)殖方式,微藻生物質(zhì)產(chǎn)率可達(dá)15g/(m2d).微藻中含氮的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)和核酸,氮元素的含量一般為細(xì)胞干重的10%左右[20~23],則微藻可固定的N質(zhì)量為15×10%=1.5g/(m2d).完全固定石家莊煉化分公司排放的NOx約需要180公頃土地(NOx中N含量按40%計(jì)算,每年操作300d),每年生產(chǎn)微藻8100t,按含油量20%計(jì)算,可得到油脂1600t,并產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)、多糖等副產(chǎn)品.若每生產(chǎn)1g微藻生物質(zhì),固定1.83gCO2,則每年減排1.5萬(wàn)tCO2.在中等水平下,以中國(guó)石化開(kāi)發(fā)的新型封閉式光生物反應(yīng)器為培養(yǎng)裝置,微藻生物質(zhì)產(chǎn)率可達(dá)20g/(m2d)以上,則完全固定石家莊煉化分公司排放的NOx大約需要135公頃土地(按每年操作300d計(jì)算).在文獻(xiàn)報(bào)道的較高水平下,以薄層光生物反應(yīng)器為培養(yǎng)裝置,微藻生產(chǎn)力可達(dá)38g/(m2d),則完全固定石家莊煉化分公司排放的NOx大約需要70公頃土地(按每年操作300d計(jì)算).通過(guò)上述分析(表1),減排溫室氣體與生產(chǎn)微藻生物能源集成可以降低微藻的生產(chǎn)成本,并為生物煉制提供微藻生物質(zhì).但是,此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要成熟、可靠的微藻生物能源成套技術(shù).4溫室氣體的產(chǎn)生和微藻生物能源的整合4.1藻種的選育研究?jī)?yōu)質(zhì)的藻種是微藻生物能源技術(shù)的起點(diǎn),藻種的性能決定了后續(xù)多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)的可行性.適于大規(guī)模養(yǎng)殖的產(chǎn)油藻種必須符合以下4個(gè)條件:(1)煙氣耐受性強(qiáng);(2)生長(zhǎng)速度快;(3)抗逆性強(qiáng);(4)油脂含量高.此外,藻種最好還具有易于沉降采收、不宜黏附團(tuán)聚等特點(diǎn).藻種的選育主要包括3方面:(1)對(duì)自然界中的微藻生物資源進(jìn)行篩查,進(jìn)行系統(tǒng)的收集、表征、篩選、整理和保存;(2)對(duì)篩選微藻的生理生化特性進(jìn)行深入研究,如溫度、pH、鹽堿度、光照等主要環(huán)境條件,以及N、Si、P、S和微量元素等營(yíng)養(yǎng)因素對(duì)微藻生長(zhǎng)和生物質(zhì)組成的影響規(guī)律與作用機(jī)理[24~26],對(duì)于NOx的吸收,還需研究微藻對(duì)不同氮氧化物的代謝能力;(3)微藻的分子生物學(xué)和遺傳改造研究,可以采用傳統(tǒng)誘變技術(shù)進(jìn)行改造,也可在研究其能量和物質(zhì)代謝基礎(chǔ)上通過(guò)基因工程改良藻種品質(zhì).在實(shí)踐中,對(duì)自然藻種的馴化是獲得優(yōu)質(zhì)藻種的重要途徑.需要指出的是,大量實(shí)踐證明,許多在實(shí)驗(yàn)室條件下表現(xiàn)較好的藻種并不適合在室外擴(kuò)大培養(yǎng),藻種的環(huán)境適應(yīng)性和抗逆性也是其綜合性能的重要方面.4.2微藻生物能源技術(shù)的技術(shù)應(yīng)用微藻的規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)和光生物反應(yīng)器技術(shù)是微藻生物能源技術(shù)的核心環(huán)節(jié),也是目前該領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸.許多微藻高效率和高含油量的數(shù)據(jù)均為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模養(yǎng)殖結(jié)果.微藻養(yǎng)殖中的放大效應(yīng)十分顯著,許多優(yōu)良的藻種在擴(kuò)大養(yǎng)殖中呈現(xiàn)出不同方面的嚴(yán)重問(wèn)題,如病蟲(chóng)害、生長(zhǎng)速度顯著變慢、含油量明顯降低等.因此,有關(guān)微藻在大規(guī)模養(yǎng)殖環(huán)境下的生長(zhǎng)規(guī)律與生理生態(tài),目前的認(rèn)識(shí)還比較膚淺,難以在較大規(guī)模下高效率地獲得高油脂含量的微藻生物量.制約微藻生物能源技術(shù)發(fā)展的主要障礙是規(guī)模養(yǎng)殖,目前缺乏技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的能源微藻大規(guī)模養(yǎng)殖工藝模式.盡管?chē)?guó)內(nèi)外研究已經(jīng)證明,可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)油微藻的規(guī)模養(yǎng)殖并獲得藻油,但以目前的開(kāi)放池技術(shù)或封閉式光生物反應(yīng)器技術(shù)養(yǎng)殖能源微藻,無(wú)論是成本還是能耗均無(wú)法滿足能源微藻生產(chǎn)的要求.微藻的規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)涉及生物技術(shù)與過(guò)程工程技術(shù)的結(jié)合,是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域,需要開(kāi)展大量艱巨的、基礎(chǔ)性的探索工作.通過(guò)減排工業(yè)廢氣與生產(chǎn)微藻生物能源集成,大大降低了原料成本(碳肥和氮肥),甚至對(duì)廢氣和廢水的利用還會(huì)帶來(lái)收益.但是,如何提高微藻生長(zhǎng)效率、降低能耗、提高規(guī)模生產(chǎn)的可靠性仍是面臨的艱巨任務(wù).無(wú)論針對(duì)何種規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù),最終目的是降低成本、提高效率.微藻生物能源技術(shù)能否工業(yè)實(shí)施在很大程度上取決于微藻規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)的不斷進(jìn)步.該環(huán)節(jié)所涉及的技術(shù)問(wèn)題主要包括5個(gè)方面:(1)傳光,這是微藻擴(kuò)大養(yǎng)殖后主要的生長(zhǎng)限制因素,因此需要有效解決光的利用問(wèn)題,核心是設(shè)計(jì)科學(xué)的養(yǎng)殖模式避免因藻液濃度升高而導(dǎo)致藻細(xì)胞相互遮擋,并巧妙利用“光暗周期效應(yīng)”提高微藻光合作用效率;(2)傳動(dòng)與傳質(zhì),主要解決光生物反應(yīng)器中氣體有效分布以及各種營(yíng)養(yǎng)與代謝產(chǎn)物的傳遞與混和效率的問(wèn)題,保證反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)既能順利流動(dòng)、混合,又不至于損傷微藻細(xì)胞,核心是能耗的降低;(3)傳熱,即光生物反應(yīng)器中溫度控制技術(shù),溫度是影響微藻生長(zhǎng)的重要因素,此外,微藻生長(zhǎng)還與水分的蒸發(fā)密切相關(guān),因此,不僅應(yīng)較好地控制養(yǎng)殖過(guò)程中藻液的溫度,而且必須考慮水的消耗;(4)清潔,主要是對(duì)光生物反應(yīng)器中微藻黏附及生物污垢的避免或清洗工藝的研究,以保證微藻的養(yǎng)殖能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;(5)病蟲(chóng)害防治技術(shù)與誘導(dǎo)產(chǎn)油技術(shù),微藻規(guī)模養(yǎng)殖過(guò)程中極易發(fā)生嚴(yán)重的病蟲(chóng)害,這是所有規(guī)模生物養(yǎng)殖中存在的共性問(wèn)題,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,藻種的優(yōu)劣對(duì)于這一問(wèn)題的解決起著至關(guān)重要的作用,但必須開(kāi)發(fā)可靠的綜合防治技術(shù),避免病蟲(chóng)害的集中爆發(fā),提高規(guī)模養(yǎng)殖的可靠性.如何通過(guò)養(yǎng)殖工藝提高微藻的油脂含量也是極其重要的問(wèn)題,此問(wèn)題嚴(yán)重依賴于藻種的優(yōu)劣,另外誘導(dǎo)控制技術(shù)對(duì)于提高微藻油脂含量也十分重要.通過(guò)對(duì)以上5個(gè)方面的深入、系統(tǒng)研究,不斷提高光生物反應(yīng)器技術(shù)與微藻規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)的水平,最終達(dá)到提高效率、降低成本的目的,推動(dòng)微藻生物能源技術(shù)不斷發(fā)展.4.3藻生物質(zhì)加工處理技術(shù)獲得微藻生物質(zhì)后,還需經(jīng)過(guò)一系列的加工提煉才能得到所需要的生物能源,這一過(guò)程的成本占總成本的50%左右.因此,能源微藻生物加工技術(shù)也是整個(gè)微藻生物能源技術(shù)的重要環(huán)節(jié),其主要包含3方面內(nèi)容:(1)微藻生物質(zhì)的收集技術(shù),通常微藻在培養(yǎng)液中的濃度較低(1~3wt‰),尤其是在開(kāi)放池培養(yǎng)系統(tǒng)中,因此,需采用過(guò)濾、沉降、離心分離或其他手段將微藻從大量水中分離出來(lái)后再進(jìn)行后續(xù)加工處理,盡管存在可用的成熟技術(shù),但這些技術(shù)能耗太高,需另辟蹊徑,自動(dòng)化、連續(xù)化、低能耗是這一技術(shù)環(huán)節(jié)的主要目標(biāo);(2)微藻生物質(zhì)的加工處理技術(shù),收集到的微藻需進(jìn)一步加工處理將其中的油脂提取出來(lái),“機(jī)械壓榨”和“溶劑萃取”是通常采用的方法,在處理之前,微藻生物質(zhì)需干燥以將其中的水分控制在一定范圍內(nèi),此環(huán)節(jié)的能耗較高,其程度用于生產(chǎn)能源不可接受,因此,必須開(kāi)發(fā)不經(jīng)干燥而直接從含水微藻生物質(zhì)中獲取油脂的技術(shù),微藻生物質(zhì)被提取脂肪后,剩下的淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素仍是寶貴的生物資源,可繼續(xù)加工處理以獲得更高的價(jià)值;(3)生物柴油加工技術(shù),“酯交換反應(yīng)”和“加氫處理”是兩個(gè)重要的生物柴油加工技術(shù),植物中的脂肪經(jīng)過(guò)酯交換反應(yīng)制取生物柴油的技術(shù)相對(duì)成熟,通常采用酸、堿或脂肪酶為催化劑催化甲醇與植物脂肪反應(yīng)獲得脂肪酸甲酯(生物柴油)和甘油,不采用任何催化劑的“高壓酯交換”工藝最近也取得了很好的進(jìn)展,然而,微藻生物柴油具有常見(jiàn)動(dòng)植物油脂不具備的特點(diǎn),其含有豐富的含4個(gè)或更多雙鍵的多不飽和脂肪酸,如二十碳五烯酸(EPA,C20,5nuf02d3,5個(gè)雙鍵)和二十二碳六烯酸(DHA,C22,6nuf02d3,6個(gè)雙鍵),雙鍵的存在導(dǎo)致微藻生物柴油在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中被氧化而不穩(wěn)定,因此,除常規(guī)酯交換工藝路線外,將微藻油脂進(jìn)行預(yù)處理以分離EPA和DHA等高附加值產(chǎn)品然后再通過(guò)酯交換生產(chǎn)生物柴油十分必要.此外,“加氫處理”對(duì)于微藻生物柴油加工技術(shù)也十分重要,加氫處理得到的生物柴油具有更好的穩(wěn)定性.除此之外,直接利用含水的微藻生物質(zhì)通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)沼氣也是微藻生物能源技術(shù)值得關(guān)注的方向.該技術(shù)路線規(guī)避了微藻脫水以及必須選育高含油量微藻藻種的問(wèn)題,只要能高效率地獲得微藻生物質(zhì)即能滿足工藝要求,得到的沼氣作為生物能源便于分離與利用.中國(guó)科學(xué)院青島能源所開(kāi)展了此方向的研究,中國(guó)海洋總公司微藻生物能源項(xiàng)目采用的也是這一技術(shù)路線.4.4微藻生物質(zhì)的綜合利用微藻生物質(zhì)是寶貴的生物資源,除了提取油脂以加工生物柴油外,其中的淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)均可經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工獲得更高的效益[31~33].最簡(jiǎn)單的方式是將提取了油脂的微藻生物質(zhì)制成藻餅用作動(dòng)物飼料,其含有豐富的碳水化合物和蛋白質(zhì).此外,微藻中淀粉和纖維素也可進(jìn)一步發(fā)酵以制取生物乙醇燃料,而其他成分經(jīng)過(guò)深加工還可制取高附加值的醫(yī)藥產(chǎn)品和精細(xì)化學(xué)品.“生物煉廠-微藻生物質(zhì)的綜合利用”是微藻生物能源技術(shù)發(fā)展可選的最佳路線之一.與現(xiàn)在的石油煉油廠相似,生物煉油廠以生物質(zhì)原料代替原油,經(jīng)過(guò)一系列加工過(guò)程充分利用生物質(zhì)原料的每種成分,生產(chǎn)有用的產(chǎn)品,最后,不能被加工的殘?jiān)€可通過(guò)厭氧發(fā)酵或直接焚燒用以生產(chǎn)電力或熱力.由于微藻生物質(zhì)的每種成分均可加工利用,所以,總的生產(chǎn)成本得到顯著降低.目前,生物煉油廠的概念在美國(guó)、加拿大和德國(guó)等從事生物柴油以及生物乙醇生產(chǎn)的工廠中已得到應(yīng)用.發(fā)展微藻生物能源產(chǎn)業(yè)需要CO2、陽(yáng)光、土地和水4種資源,但同時(shí)具備這4種條件的地區(qū)有限.陽(yáng)光資源免費(fèi),CO2和水通過(guò)廢氣和廢水的利用也容易解決,但規(guī)模養(yǎng)殖微藻需要大量的土地.一般認(rèn)為,沿海的灘涂和沙漠地區(qū)較為合適,一些難以進(jìn)行農(nóng)林開(kāi)發(fā)的邊際土地也是發(fā)展微藻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的理想地域.因此,有必要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)調(diào)查,尋找我國(guó)適合發(fā)展微藻生物能源的地區(qū),同時(shí),政府也應(yīng)給予相關(guān)政策的扶植,微藻生物能源產(chǎn)業(yè)才能健康發(fā)展.5積極開(kāi)展產(chǎn)油微藻技術(shù)和微藻生物質(zhì)加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)中國(guó)石化于2010年啟動(dòng)了“微藻生物柴油成套技術(shù)的研發(fā)”項(xiàng)目,與中國(guó)科學(xué)院合作進(jìn)行產(chǎn)油微藻藻種的全面篩查、選育、微藻規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)的開(kāi)發(fā)、光生物反應(yīng)器技術(shù)的開(kāi)發(fā)以及微藻采收和微藻生物質(zhì)加工技術(shù)的開(kāi)發(fā),并在中國(guó)石化石家莊煉化分公司建設(shè)了一套利用煉廠排放煙氣養(yǎng)殖產(chǎn)油微藻的示范裝置,促進(jìn)中國(guó)石化“綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略”的實(shí)踐.5.1其他產(chǎn)油藻株“微藻生物柴油成套技術(shù)的研發(fā)”項(xiàng)目開(kāi)展以來(lái),在我國(guó)內(nèi)陸淡水水體、荒漠地區(qū)和近海海域等各類(lèi)生境分離微藻1300余株,已測(cè)定18SrRNA序列的有450余株,油脂含量達(dá)30%及以上的有90余株,達(dá)40%以上的有10株,部分藻種的顯微照片如圖2所示其中一些產(chǎn)油藻株具有規(guī)模養(yǎng)殖潛力,許多藻株具有耐鹽堿能力,對(duì)于規(guī)模養(yǎng)殖十分有利.對(duì)一些具有優(yōu)良性狀的微藻建立了基因轉(zhuǎn)移方法進(jìn)行基因改造得到了油脂含量提高且生長(zhǎng)速率也較野生株略有加快的藻株,還獲得了脂肪酸不飽和度發(fā)生顯著變化的藻株,其有利于生物柴油的生產(chǎn).5.2產(chǎn)油微藻海水規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)利用跑道池開(kāi)展了小球藻和柵藻分批培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)(圖3),小球藻生物質(zhì)平均產(chǎn)率為10.8g/(m2d),油脂含量為23%;柵藻生物質(zhì)平均產(chǎn)率為7.9g/(m2d),油脂含量為26.5%,初步建立了藻種擴(kuò)大培養(yǎng)、培養(yǎng)池分批培養(yǎng)、沉降濃縮、離心脫水的培養(yǎng)工藝.開(kāi)展了產(chǎn)油微藻海水規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)的開(kāi)發(fā),在面積不斷放大的開(kāi)放池中培養(yǎng)微藻(圖4).在20m2開(kāi)放池中連續(xù)培養(yǎng)3個(gè)月,165-01株系最高產(chǎn)率為20.65g/(m2d),平均產(chǎn)率為10.58g/(m2d);在240m2開(kāi)放池中連續(xù)培養(yǎng)24d,最高產(chǎn)率為20.78g/(m2d),平均產(chǎn)率為7.79g/(m2d);在360m2開(kāi)放池中連續(xù)培養(yǎng)5d,最高產(chǎn)率為15.98g/(m2d),平均產(chǎn)率達(dá)到了14.86g/(m2d).培養(yǎng)期間,165-01株系的含油量可在不影響生長(zhǎng)的情況下維持在40%以上,并實(shí)現(xiàn)了低成本采收和培養(yǎng)基的循環(huán)使用.5.3示范裝置建設(shè)2012年8月,在中國(guó)石化石家莊煉化分公司建成了500m2微藻煙氣減排示范裝置(圖5).該示范裝置基于2011年中國(guó)石化啟動(dòng)的微藻用于煉廠減排的示范裝置建設(shè)項(xiàng)目以及石油化工科學(xué)研究院承擔(dān)的國(guó)家科技部973計(jì)劃“高效綠色煉油技術(shù)的化學(xué)和工程基礎(chǔ)”,目的在于開(kāi)發(fā)相關(guān)成套技術(shù),在減排溫室氣體的同時(shí)對(duì)微藻進(jìn)行綜合利用,獲取高附加值產(chǎn)品,開(kāi)發(fā)微藻減排溫室氣體的工程技術(shù).該綜合示范