利用藻類制備生物汽油

1、 克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰纠迷孱愔苽渖镌停▋煞N方法）項(xiàng)目簡介克默迪博?？萍迹ū本┯邢薰?董事長 楊子中第一種方法：干燥藻類水熱液化技術(shù) 藻類中獲得原油，需要先對(duì)藻類進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行提取。水熱液化技術(shù)“具有能完全利用整個(gè)藻體的優(yōu)點(diǎn)，因此具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴辉傩枰獑渭冏非笾惡康姆e累，或脂類的提取了，這種黏液由水和藻類組成，后者的重量占總重的10%到20%。在轉(zhuǎn)化的時(shí)候，黏液被連續(xù)輸送進(jìn)一個(gè)高科技?jí)毫﹀?，鍋?nèi)的溫度大約為350攝氏度，壓強(qiáng)達(dá)到近204個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。高溫高壓可以使混合物保持液態(tài)。 依據(jù)水熱液化（HTL）反應(yīng)設(shè)計(jì)了一套反應(yīng)裝置。在這套系統(tǒng)中，藻類和水的混合物被連續(xù)

2、的加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)釜中的高壓使得水的溫度能夠達(dá)到300-400攝氏度，此時(shí)的水處于介于液相和氣相之間的超臨界態(tài)。在這樣的條件下，藻類中的生物質(zhì)能夠被快速降解。之后利用一系列收集和過濾裝置，即可得到原油及一系列副產(chǎn)物。 在一次HTL反應(yīng)中，每100克藻類最終可以產(chǎn)生41克原油。這樣的轉(zhuǎn)化效率令人滿意。圖片來源：D.C. Elliott et al.（2013）Algal Research. KMD在尋找替代能源方面已經(jīng)進(jìn)行了多年的努力，而利用海藻生產(chǎn)原油或?qū)⒊蔀檫@一問題的更好答案。相較于之前的生物燃料，藻類原油有著更大的優(yōu)勢(shì)。除去更高的產(chǎn)量，相對(duì)于汽油而言利用藻類生產(chǎn)燃油更為清潔。藻

3、類在生長過程中能夠吸收大氣中的二氧化碳，這一定程度上降低了碳排放。且由于藻類可以在廢水中大量繁殖，其產(chǎn)物也可以生物降解。在整個(gè)生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)都較小。 相對(duì)于糧食作物產(chǎn)生的生物燃料來說，藻類轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的燃油具有高熱值的優(yōu)點(diǎn)。 埃利奧特表示：“由玉米等糧食作物生產(chǎn)得到的乙醇在用作燃料時(shí)需要與汽油進(jìn)行混合，而藻類原油則可以直接用來燃燒。 KMD設(shè)計(jì)的循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)由回收裝置，反應(yīng)中分離的磷酸鹽和純凈水可以被回收用于下一輪的藻類繁殖。1.藻類樣本脫水；2.水熱液化反應(yīng)；3.固態(tài)沉淀物分離；4.油相/水相分離；5.油相產(chǎn)物加氫處理生成烴類；6.水相碳催化轉(zhuǎn)化為氣體燃料及可回收肥料。 藻類生長在各

4、種水環(huán)境中，所以非常容易獲得。但實(shí)際上收集足夠多的用于原油生產(chǎn)的藻類是一件很困難的事?？四系南到y(tǒng)不僅可以使得藻類的繁殖更為簡便，其優(yōu)化的設(shè)計(jì)也使得更多種類的藻類得以被用于原油轉(zhuǎn)化。第二方法（光合作用卡爾文循環(huán)）藻類汽油藻類是光合效率最高的原始植物之一，與農(nóng)作物相比，單位面積的產(chǎn)率可高出數(shù)十倍。微藻生物柴油技術(shù)首先包括微藻的篩選和培育，獲得性狀優(yōu)良的高含油量藻種，然后在光生物反應(yīng)器中吸收陽光、CO2 等，生成微藻生物質(zhì)，最后經(jīng)過采收、加工，轉(zhuǎn)化為微藻生物汽油。原理是利用藻類光合作用，將化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為藻類自身的生物質(zhì)從而固定了碳元素，再通過誘導(dǎo)反應(yīng)使微藻自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂

5、，然后利用物理或化學(xué)方法把藻類細(xì)胞內(nèi)的油脂轉(zhuǎn)化到細(xì)胞外，再進(jìn)行提煉加工，從而生產(chǎn)出生物汽油。即通過藻類的光合作用，將廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)和空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物燃料、蛋白質(zhì)?！斑@是一個(gè)變廢為寶的產(chǎn)業(yè)，而且還可以生產(chǎn)更多的下游產(chǎn)品?！痹谑蛢r(jià)格大幅上升，糧食短缺問題日漸突出的今天，該產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景?！霸陲@微鏡下，海藻就像一個(gè)油葫蘆，比油菜籽、花生的含油量高78倍，比玉米高十幾倍?！鄙綎|海洋工程研究院院長李乃勝介紹，海洋微藻制取生物汽油是國際新能源領(lǐng)域的新方向。專家指出，我國鹽堿地面積達(dá)1.5億畝。如果用14%的鹽堿地培養(yǎng)藻類，在技術(shù)成熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國50%的用油需求。

6、藻類資源豐富，不會(huì)因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，可大量培養(yǎng)而不占用耕地。另外，它的光合作用效率高，生長周期短，單位面積年產(chǎn)量是糧食的幾十倍乃至上百倍。而且微藻脂類含量在20%至70%，是陸地植物遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，不僅可生產(chǎn)生物汽油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)氫氣的新原料。減排二氧化碳的微藻制油新技術(shù)，并準(zhǔn)備將成果率先應(yīng)用于治理燃煤電廠廢氣。全世界已知的藻類有近3萬種，讓微藻能大量吸收二氧化碳，并通過葉綠素的光合作用制造生長所需的養(yǎng)分，從中提取出油脂，再制備出生物汽油。這種生物汽油與傳統(tǒng)石化汽油的性質(zhì)和成分相似，某些指標(biāo)如發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)性能甚至更好。為實(shí)現(xiàn)微藻柴油產(chǎn)業(yè)化，工業(yè)化生產(chǎn)的連續(xù)采收、能源消耗低的脫水干燥

7、和微藻制油技術(shù)，建立規(guī)模化的微藻制油工廠，在大型容器中養(yǎng)殖微藻。白天，陽光和工業(yè)二氧化碳廢氣將為微藻創(chuàng)造出適宜的生長條件；夜晚，光合作用停止，但依然可以給微藻“喂食”工業(yè)廢水，讓它們利用廢水中的糖制造養(yǎng)分；“榨油”之后的微藻殘?jiān)?，則可以作為新型生物質(zhì)能鍋爐的燃料。經(jīng)過這一輪的綠色循環(huán)，微藻汽油能做到讓汽車的碳排放降為零。有很多大型燃煤電廠，其氣體排放組成中有99%是二氧化碳，運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)可使微藻制油在本地循環(huán)起來。藻類含有大量生物油脂，部分品種含油量達(dá)70%。它們的光合作用效率高，生長迅速，最多兩周就可以完成一個(gè)生長周期。研究表明，每公頃土地玉米年產(chǎn)油量只有120升，大豆為440升，而藻類可達(dá)

8、1.5萬至8萬升。藻類將是非常有潛力的生物汽油來源。殼牌、雪佛龍等石油巨頭以及正致力于新能源開發(fā)的微軟董事長比爾·蓋茨，近兩年已投入巨資啟動(dòng)微藻制油研發(fā)。我公司微藻基礎(chǔ)研究方面擁有很強(qiáng)的研發(fā)力量，與眾多高校和科研院所承擔(dān)了藻類分類、育種和保存技術(shù)研究，擁有一大批淡水和海水微藻種質(zhì)資源。目前我國在微藻大規(guī)模養(yǎng)殖方面已走在世界前列。國外藻類研究美國從1976年起就啟動(dòng)了微藻能源研究，但美國科學(xué)家已經(jīng)培育出了富油的工程小環(huán)藻。這種藻類在實(shí)驗(yàn)室條件下的脂質(zhì)含量可達(dá)到60%以上(比自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量提高了312倍)，戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上，為后來的研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2006年，美

9、國兩家企業(yè)建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物“原油”。2007年，美國宣布由國家能源局支持的微型曼哈頓計(jì)劃，計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)微藻制備生物汽油工業(yè)化，各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)全面提速。2007年，以色列一家公司對(duì)外展示了利用海藻吸收二氧化碳，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的技術(shù)，每5千克藻類可生產(chǎn)1升燃料。此外，在微藻制乙醇方面，美國已開發(fā)出利用微藻替代糖來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的專利；日本兩家公司聯(lián)合開發(fā)出了利用微藻將二氧化碳轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù)，且投入工業(yè)化生產(chǎn)。藻類優(yōu)點(diǎn) 浮游藻類過多雖然會(huì)導(dǎo)致湖沼的富營養(yǎng)化，威脅水質(zhì)，從而破

10、壞生態(tài)系統(tǒng)，但這些藻類具有很強(qiáng)的吸收二氧化碳并合成有機(jī)物的能力，有望作為生物燃料的原料。然而，蒸發(fā)浮游藻類所含的大量水分需要消耗大量能源，因此利用浮游藻類生產(chǎn)生物燃料尚缺乏可行，通過向浮游藻類中添加能與油脂成分緊密結(jié)合的液化二甲醚，成功提取出了可供燃燒的油脂。當(dāng)二甲醚與藻類細(xì)胞中的油脂成分結(jié)合后，只要在常溫下使二甲醚蒸發(fā)，就能將油脂成分提取出來。 利用上述方法所提取的油脂成分相當(dāng)于干燥藻類重量的約40，其燃燒后的發(fā)熱量與汽油相當(dāng)，可望成為有價(jià)值的“綠色原油”創(chuàng)造了一個(gè)連續(xù)的化學(xué)過程中，使海藻產(chǎn)生有用的原油。  在實(shí)驗(yàn)過程中，濕海藻漿液被注入化學(xué)反應(yīng)器的前端。一旦系統(tǒng)運(yùn)行起來，將在不到

11、一個(gè)小時(shí)，生產(chǎn)出原油。除此之外還產(chǎn)生出水和含磷材料等副產(chǎn)品，可以回收并促進(jìn)更多的藻類生長。 與其他傳統(tǒng)精煉相比，粗藻類油轉(zhuǎn)化成航空燃料，汽油或柴油，廢水可以進(jìn)一步處理，產(chǎn)生可燃?xì)怏w和鉀和氮等物質(zhì)，隨之被凈化的水，還可以回收并使更多的藻類生長。 雖然海藻一直被認(rèn)為是生物燃料的潛在來源，并有已經(jīng)有幾家公司進(jìn)行以藻類為基礎(chǔ)的燃料的規(guī)模化研究，KMD技術(shù)有效地駕馭藻類的能源潛力，并采用了許多方法來降低生產(chǎn)藻類燃料的成本。  KMD通過結(jié)合多種化學(xué)步驟為一個(gè)連續(xù)的過程，大大簡化簡化了從藻類到原油的生產(chǎn)程序。最重要的節(jié)約成本的步驟是該方法適用于濕的藻類。目前大多數(shù)進(jìn)

12、程需要藻類進(jìn)行干燥這個(gè)過程，需要大量的精力和昂貴的費(fèi)用。新的工作過程可以應(yīng)用于含水量80至90的藻漿。 “不需要進(jìn)行干燥是過程中的一個(gè)巨大的勝利，可以大規(guī)模削減成本。” 比如能夠從水中提取有用的氣體，然后回收剩余的水分和養(yǎng)分，幫助種植更多的藻類，這進(jìn)一步降低了成本?！?#160;從濕藻類生物創(chuàng)造燃料，大部分工作在同一時(shí)間完成一個(gè)批次。KMD系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，每小時(shí)處理約1.5升藻漿。雖然這似乎不是很多，但它更接近于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)所需的連續(xù)系統(tǒng)的類型。 在KMD系統(tǒng)還消除了在當(dāng)今最常見的藻類處理方法中所需要另一個(gè)步驟：復(fù)雜地處理從藻類的其余部分。相反，KMD團(tuán)隊(duì)在高壓下撕開的物

13、質(zhì)使其經(jīng)受溫度非常高的水，將大部分的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體和氣體燃料。 “這個(gè)系統(tǒng)有點(diǎn)像是高壓鍋，只不過我們使用高得多的壓力和溫度，” “從某種意義上說，我們正在重復(fù)在地球上的藻類轉(zhuǎn)化成石油的超過數(shù)百萬年的這一歷程，我們只是做的更多、更快?！?#160;該過程的產(chǎn)品有： 粗油狀物：可以被轉(zhuǎn)換為航空燃料，汽油或柴油燃料。實(shí)驗(yàn)中，海藻的碳一般超過50轉(zhuǎn)化為能源原油 - 有時(shí)高達(dá)70。 干凈的水：它可以被重新使用，以生長更多的藻類。 氣體燃料：它可以燃燒發(fā)電或者使用于燃燒壓縮天然氣的汽車。 營養(yǎng)物：如氮，磷，鉀 用于藻類生長的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。 &#

14、160;發(fā)明出一種能將藻類短時(shí)間內(nèi)變成可用原油的連續(xù)性化學(xué)方法，這種海藻是一種與豌豆十分類似的翠綠色糊狀物。將藻漿放入化學(xué)反應(yīng)器的前端。設(shè)備啟動(dòng)后不到一小時(shí)就會(huì)流出原油，伴隨流出的含有水和含磷物質(zhì)的液體，這種液體可以循環(huán)利用種植更多的藻類。再經(jīng)過一道傳統(tǒng)的煉油過程，原油就會(huì)轉(zhuǎn)化為航空燃油、汽油或柴油燃料。廢水經(jīng)過進(jìn)一步加工就產(chǎn)生可燃?xì)怏w和鉀、氮物質(zhì)，與純凈水混合后也能回收再利用種植海藻。海藻一直被認(rèn)為是一種生物燃料的潛在資源，KMD公司在實(shí)驗(yàn)研制出海藻基燃料。 美國又在趕超世界據(jù)報(bào)道，馬布斯自2009年5月就任美國海軍部長以來，一直致力于推動(dòng)海軍使用生物燃料。從那時(shí)起，除與農(nóng)業(yè)部開展

15、合作外，美國海軍試驗(yàn)生物燃料的步伐明顯加快。2010年4月22日，美國海軍在馬里蘭州帕圖森河海軍航空站對(duì)一架使用生物燃料的F/A-18F“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗攻擊機(jī)進(jìn)行了試飛。該機(jī)所用燃料為JP-5航空煤油和亞麻籽提煉油按1:1比例混合而成。2010年11月18日，美國海軍對(duì)一架用了同樣燃料的MH-60S“海鷹”直升機(jī)進(jìn)行了試飛。2011年8月24日，美國海軍用同樣燃料在帕圖森河海軍航空站對(duì)一架T-45“蒼鷹”艦載教練機(jī)進(jìn)行了試飛。2011年10月3日，美國海軍在帕克斯基地對(duì)一架使用生物燃料的MQ-8B“火力偵察兵”艦載無人直升機(jī)進(jìn)行了試飛，該機(jī)所用燃料為JP-5航空煤油與駱駝刺提煉油混合而成。在

16、艦艇領(lǐng)域，美國的試驗(yàn)也取得了突破。2011年10月20日，美國海軍在一艘1600通用登陸艇上進(jìn)行了生物燃料試驗(yàn)。該燃料為海藻油和F-76航海燃油按1:1比例混合而成。一個(gè)月后，美國海軍用“福斯特”號(hào)驅(qū)逐艦對(duì)同樣燃油進(jìn)行了試驗(yàn)。隨著美國海軍試驗(yàn)不斷取得進(jìn)展，越來越多的美國公司也日漸看好生物燃料的商業(yè)前景。據(jù)悉，通用原子能公司、藍(lán)寶石能源公司、SG生物燃料公司、Solazyme公司等企業(yè)目前都在生物燃料研制領(lǐng)域取得了不小進(jìn)展。按馬布斯的設(shè)想，到2020年美國海軍的所有武器裝備的50%燃料將使用非傳統(tǒng)化石燃料。眾所周知，使用生物燃料的好處之一就是能夠減少碳排放。但美軍對(duì)生物燃料如此熱心絕不僅僅是為了

17、環(huán)保。有軍事專家指出，隨著人類越來越依仗工業(yè)化成果，能源安全的重要性越來越突出。而能源安全最直接的表現(xiàn)就是軍用能源的安全，這一點(diǎn)早在二戰(zhàn)期間就已經(jīng)表現(xiàn)得極為明顯。而美國顯然已經(jīng)在生物燃料領(lǐng)域走在了世界前列。值得注意的是，這樣的進(jìn)展將絕不僅僅惠及美國海軍，而是將帶動(dòng)整個(gè)美軍燃料供給體系發(fā)生變革。對(duì)于很多同樣面臨能源保障問題的國家和軍隊(duì)而言，美軍在此領(lǐng)域的進(jìn)展值得高度關(guān)注。 生物燃料 可能沒有想象的“綠”煤、石油等傳統(tǒng)化石能源是目前全球消耗的最主要能源。隨著人類不斷開采，化石能源的枯竭不可避免，大部分化石能源本世紀(jì)將被開采殆盡。另一方面，化石能源在使用過程中會(huì)新增大量溫室氣體二氧化碳，同

18、時(shí)產(chǎn)生一些有污染的煙氣，從而威脅全球生態(tài)。生物燃料一般是泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料。由于利用的是自然界原本就存在的自然生物，生物燃料被認(rèn)為可以替代化石燃料，成為可再生能源開發(fā)利用的重要方向。作為生物燃料的一種，乙醇的生產(chǎn)原料為玉米、甘蔗等生物源，是可再生能源。其燃燒所排放的二氧化碳和含硫氣體較汽油燃燒所產(chǎn)生的要低，其中二氧化碳排放量可降低30%左右。因而，燃料乙醇被稱為“綠色能源”或“清潔燃料”。而且，燃料乙醇燃燒所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳在數(shù)量上基本持平，可減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)。很長一段時(shí)間，生物燃料一直被人們視為“綠色能源”，備受追捧。不

19、過，近年來的一些科學(xué)研究已對(duì)生物燃料的“綠色”頭銜提出質(zhì)疑。增加臭氧濃度導(dǎo)致肺部受損美國的研究人員發(fā)現(xiàn)，作為生物燃料來源的樹木，它們?cè)谏L過程中會(huì)釋放高濃度的有機(jī)化合物異戊二烯，該物質(zhì)會(huì)與空氣中其他污染物（如氮氧化物）混合，增加種植地附近空氣中的臭氧濃度。這些臭氧可能對(duì)人造成傷害，導(dǎo)致生活在附近的人出現(xiàn)肺部疾病，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致人們吸入臭氧死亡，另外還會(huì)降低作物的產(chǎn)量。消耗大量糧食促使糧價(jià)上漲除了影響健康之外，制造生物燃料要消耗大量的糧食，導(dǎo)致糧價(jià)上漲。以美國為例，大量的玉米變成了乙醇汽油的原料，而非人們盤中的食物。經(jīng)濟(jì)法則很明顯地在這個(gè)生產(chǎn)制作過程中起到作用用于生物燃料的玉米越多，食物的價(jià)格將越

20、高。世界銀行的一份報(bào)告稱，生物燃料對(duì)全球糧價(jià)上漲的“貢獻(xiàn)率”達(dá)70%75%，相當(dāng)于將全球3000萬人推向貧困。整個(gè)生長加工過程 由于種種問題，依托于淀粉、纖維素以及油脂的第一代、第二代生物能源均有很大的局限，難以大規(guī)模應(yīng)用。作為第三代生物能源的產(chǎn)油藻類是未來一種有前途的生物能源，同時(shí)產(chǎn)油藻類若想取得高產(chǎn)，需要極富營養(yǎng)化的水體環(huán)境，因此可用于污水處理。隨生活和工業(yè)污廢水，我國每年排放到天然水體中氮素多達(dá)幾百萬噸，這足以支持幾千萬噸海藻油的生產(chǎn)規(guī)模。 利用藻類，特別是微藻，發(fā)展“生物原油”還具有其他陸地植物不具備的許多特殊意義。第一，生長環(huán)境要求簡單，幾乎能適應(yīng)各種生長環(huán)境。不管是海水、淡水，室內(nèi)

21、、室外，還是一些荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚塘、鹽池等都可以種植微藻?？衫貌煌愋退Y源、開拓荒山丘陵和鹽堿灘涂等非耕作水土資源，具有不與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)爭地的優(yōu)勢(shì)。第二，微藻產(chǎn)量非常高。一般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，而且不因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，就單位面積產(chǎn)量來說比玉米高幾十倍。第三，產(chǎn)油率極高，達(dá)20%70%。中科院海洋研究所獲得了多株系油脂含量在30%40%的高產(chǎn)能藻株，微藻產(chǎn)油研究取得前期重要成果，如：細(xì)胞密度達(dá)到20克/升，產(chǎn)油量7克/平方米；雪藻每天能在1平方米光照面積內(nèi)生產(chǎn)35.3克AFDW(去灰分干重)，該生物量相當(dāng)于46.4克植物種子量，是目前高產(chǎn)

22、農(nóng)田產(chǎn)量的11倍。中國海洋大學(xué)擁有海洋藻類種質(zhì)資源庫，已收集600余株海洋藻類種質(zhì)資源，目前保有油脂含量接近70%的微藻品種，在山東無棣縣實(shí)施的裂壺藻(油脂含量50%，DHA含量40%)養(yǎng)殖項(xiàng)目正在建設(shè)一期工程。但是，藻類含水量大，不好干燥煉油，不過粉碎制漿后，應(yīng)該可以采用溶劑油浸提萃取，就像現(xiàn)在的豆油一樣。余下的纖維素的可以發(fā)酵制取沼氣，剩下的沼渣可生產(chǎn)生物肥料。 另外除藻類外，富營養(yǎng)化的開闊水面還可以放養(yǎng)水葫蘆等浮水植物，收獲后打漿發(fā)酵制取沼氣和生物肥料。KMD認(rèn)為，防止?jié)撛谀茉次C(jī)和減少溫室氣體必需要開發(fā)出可替代的再生燃料來源。科學(xué)家們已經(jīng)嘗試了各種來源，例如從玉米乙醇到大豆生物柴油。但

23、是，要真正滿足世界的燃料需求，研究人員必須想出一個(gè)盡可能在最小空間使用最少量資源產(chǎn)生盡可能多生物燃料的辦法。 藻類，不象諸如玉米或大豆的其他農(nóng)作物，它不僅能用從污水到咸水的各種水資源，也能在小而密集的裸露土地上生長。盡管藻類燃燒時(shí)還是會(huì)產(chǎn)生一些CO2，但它在生長期間能分離二氧化碳，而礦物燃料源性能源顯然不行。 佛吉尼亞生物信息學(xué)研究所（VBI）數(shù)據(jù)分析中心(DAC)的科學(xué)家們輔助完成藻類Nannochloropis gaditana 的基因組裝配，Nannochloropis gaditana是一種海洋藻類，可能能生產(chǎn)脂質(zhì)，從而為活性燃料來源生產(chǎn)必需品。中國藻類學(xué)研究日漸深入 

24、60; 藻類是無根、莖、葉分化的孢子植物，從淡水到鹽湖、從極地到溫泉、從陸地到海洋，極具廣布性和多樣性。早在35億年前，藻類就出現(xiàn)在地球上，對(duì)大氣層中氧的形成起到關(guān)鍵作用。十幾億年前真核藻類出現(xiàn)，演化出十多個(gè)門類、數(shù)萬個(gè)種類，在全球二氧化碳固定和環(huán)境自凈中起到十分重要的作用。  我國藻類分子生物學(xué)和基因的研究工作已經(jīng)在多種藻類上開展并取得進(jìn)展。中科院武漢植物園研究員胡鴻均介紹說，電子顯微鏡技術(shù)、分子生物學(xué)理論與方法在藻類學(xué)各分支學(xué)科中的應(yīng)用，不僅揭示了很多以往未觀察到的新現(xiàn)象，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了許多新類型。  中科院海洋研究所研究員費(fèi)修綆在題為藻類學(xué)研究的歷史與未來的主題評(píng)述報(bào)告

25、中說，20世紀(jì)90年代中期以來，我國的藻類學(xué)研究進(jìn)入了分子生物學(xué)和傳統(tǒng)藻類學(xué)研究相結(jié)合的新時(shí)期，這一時(shí)期不僅傳統(tǒng)的藻類學(xué)研究繼續(xù)活躍開展，國家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃等都對(duì)藻類分子生物學(xué)和生物技術(shù)的研究給予了支持，藻類學(xué)研究的深度和廣度不斷擴(kuò)大。目前，藻類生物技術(shù)研究的主要領(lǐng)域有：對(duì)傳統(tǒng)的藍(lán)色農(nóng)業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造及遺傳改良；海藻栽培、海洋藥物、活性物質(zhì)的研究和提取相結(jié)合；藻類栽培和改善海洋與湖泊水體生態(tài)環(huán)境相結(jié)合；藻類對(duì)全球氣候變暖、降低大氣CO2濃度已經(jīng)起到和可能起到的巨大作用受到關(guān)注；利用微藻和大型海藻生產(chǎn)生物質(zhì)能源的研究啟動(dòng)。 產(chǎn)業(yè)化前景廣闊   許多藻類

26、富含蛋白質(zhì)、維生素和各種微量元素，以及胡蘿卜素、高度不飽和脂肪酸等生物活性物質(zhì)，是人類重要的營養(yǎng)源。藻類資源在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有日益重要的地位，成為蛋白、藥物和化工產(chǎn)品的寶庫。我國已建立了世界上規(guī)模最大的藻類養(yǎng)殖業(yè)和海藻栽培業(yè)。  中科院南海海洋研究所研究員向文洲在報(bào)告中說，近年來極端生物學(xué)的研究得到了國際上的高度關(guān)注，其不僅涉及許多生命科學(xué)的重大問題，而且有著巨大的應(yīng)用和開發(fā)價(jià)值，有關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品有望在醫(yī)療保健、食品、精細(xì)加工、環(huán)境保護(hù)與治理以及太空生命維持系統(tǒng)等方面得以廣泛應(yīng)用。廣泛篩選具有極端適應(yīng)特征的微藻（螺旋藻、鹽藻），充分利用陽光、沿海灘涂和鹽堿沙漠荒地，建立低成本和

27、開放式光合反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，已經(jīng)成為微藻生物技術(shù)應(yīng)用研究的重要方向。 以極端適應(yīng)的螺旋藻為基礎(chǔ)，我國已建成國際上最大的藻類養(yǎng)殖基地。2006年我國有螺旋藻生產(chǎn)企業(yè)近60個(gè)，螺旋藻干粉的生產(chǎn)量達(dá)2500噸，占全世界產(chǎn)量的62%。與會(huì)專家認(rèn)為，藻類學(xué)和藻類生物技術(shù)是發(fā)展藍(lán)色農(nóng)業(yè)、確保21世紀(jì)食品安全、提高人民生活質(zhì)量的重要基石。充分利用現(xiàn)有藻類養(yǎng)殖基地，開發(fā)有巨大市場前景的極端微藻新資源與新產(chǎn)品，促進(jìn)微藻產(chǎn)業(yè)的多元化發(fā)展，將是我國藻類產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。 規(guī)模栽培保護(hù)環(huán)境   隨著沿海地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，大量陸源有機(jī)物、營養(yǎng)鹽類的排入

28、和大規(guī)模養(yǎng)殖所造成的海水自身污染，都為赤潮生物的暴發(fā)性增殖提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。僅長江輸送入海的活性磷酸鹽和溶解態(tài)無機(jī)氮，平均每年分別為600萬噸和31萬噸；2006年我國近海未達(dá)到清潔海域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積約為13530平方公里，嚴(yán)重和中度污染的海域面積分別比2005年增加了約3060和730平方公里。   中國水產(chǎn)大學(xué)生命科學(xué)院教授何培民指出，要減少赤潮的發(fā)生頻率和降低赤潮所造成的損失，人類唯一可做的只能是有效控制海水的富營養(yǎng)化因素，而控制海水富營養(yǎng)化的重任只能由大型海藻來承擔(dān)。何培民等在2006年2007年承擔(dān)了上海城市沙灘1.5平方公里富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)工程試驗(yàn)，研

29、究結(jié)果顯示，采用大型海藻江籬直接吸收氮磷，3個(gè)月內(nèi)可使水體的活性磷和氨態(tài)氮幾乎耗盡，治理富營養(yǎng)化效果十分顯著。水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，透明度最高達(dá)6米，成為我國第一例封閉型海區(qū)生態(tài)修復(fù)治理的典范。而在開放海區(qū)，何培民等從2002年起對(duì)江蘇啟東呂泗港口進(jìn)行了連續(xù)3年的紫菜栽培生態(tài)修復(fù)跟蹤研究，結(jié)果表明，在紫菜栽培期間，栽培區(qū)內(nèi)營養(yǎng)鹽含量明顯下降，紫菜栽培可使海區(qū)水質(zhì)由劣類達(dá)到類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 藍(lán)藻水華的頻發(fā)和大規(guī)模暴發(fā)已經(jīng)成為亟須解決的我國水環(huán)境重大問題之一。今年太湖藍(lán)藻暴發(fā)并造成無錫用水危機(jī)，雖然是一次偶然事件，但其影響卻是空前的，如何發(fā)揮藻類在海洋環(huán)境保護(hù)等方面的作用，成為擺在研究人員

30、面前的重要課題。國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要把“海洋生物資源保護(hù)和高效利用技術(shù)”以及“海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)”列為“優(yōu)先主題”，其中藻類將在資源和環(huán)境領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。   中科院水生生物所研究員宋立榮指出，相對(duì)于西方一些發(fā)達(dá)國家，我國對(duì)藍(lán)藻水華的研究起步較晚，對(duì)藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)理、危害和控制對(duì)策還缺乏深入、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)藻類毒素在與人類健康及毒素的控制規(guī)范方面尚無相應(yīng)的指標(biāo)?？梢灶A(yù)測(cè)，在未來的510年，我國水體中藍(lán)藻水華及其毒素污染總體上有加劇的趨勢(shì)，制定、實(shí)施防治規(guī)劃，開發(fā)出高效、廉價(jià)的控制技術(shù)迫在眉睫。    提升藻類基礎(chǔ)研究水平

31、   近年來我國藻類多以技術(shù)性成果為主，基礎(chǔ)性研究的內(nèi)容和成果不夠突出；藻類應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果的數(shù)量和質(zhì)量仍有待改進(jìn)，產(chǎn)量世界第一，產(chǎn)品檔次和產(chǎn)值偏低現(xiàn)象未得到根本改善，各類藻類產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)性和穩(wěn)定性普遍存在問題，亟待改善。    開發(fā)清潔的可再生能源已成為我國能源領(lǐng)域的一個(gè)緊迫課題，微藻可利用太陽能和水制作氫氣，不受原料限制，可望為“氫能經(jīng)濟(jì)”大規(guī)模提供氫源。通過關(guān)鍵技術(shù)突破，綠藻光解水制氫有可能達(dá)到市場可接受的生產(chǎn)成本，是太陽能生物制氫研究的重點(diǎn)。中科院植物所研究員黃芳說，微藻在自然界分布廣泛，對(duì)生存環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，是固定太陽能的重要生物群體。應(yīng)

32、盡快整合各方面的優(yōu)勢(shì)，深入系統(tǒng)地開展對(duì)藻類放氫的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，發(fā)掘我國特有的高效產(chǎn)氫藻株，通過關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建立高效持續(xù)穩(wěn)定的藻類規(guī)?；a(chǎn)氫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源供給的可持續(xù)發(fā)展。  專家指出，未來我國藻類學(xué)研究應(yīng)首先加強(qiáng)前瞻性的基礎(chǔ)研究，研究內(nèi)容應(yīng)覆蓋分類學(xué)、形態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)，系統(tǒng)發(fā)育與進(jìn)化生態(tài)學(xué)、藻類與環(huán)境，生理學(xué)、生物化學(xué)與生物活性物質(zhì)，遺傳學(xué)和育種學(xué)，生物多樣性的現(xiàn)狀與保護(hù)；研究的主產(chǎn)物論文應(yīng)當(dāng)是少而精，有質(zhì)量才會(huì)有生命力。同時(shí)，要加強(qiáng)栽培技術(shù)，改造相關(guān)的藻類生物學(xué)基礎(chǔ)研究、藻類天然產(chǎn)物的研發(fā)、藻類藥物產(chǎn)品的研發(fā)和藻類種質(zhì)遺傳改良的生物技術(shù)研究，利用藻類調(diào)控和改善環(huán)境的生物技術(shù)，帶動(dòng)更

33、多更新的藻類食品、保健品、化妝品、藥物、生物活性物質(zhì)問世，藻類在改善人類的生活和環(huán)境方面應(yīng)有更大的作為。微藻制油效益高目前，海洋專家已經(jīng)培育出的富油微藻，最高含油比已經(jīng)達(dá)到68，并在此基礎(chǔ)上制取生物柴油。據(jù)了解，我國的有機(jī)碳組成中，海洋藻類占了13，藻類是一種數(shù)量巨大的可再生資源，也是未來提供生物質(zhì)能源的潛在寶庫?！霸陲@微鏡下，海藻就像一個(gè)油葫蘆，比油菜籽、花生的含油量高78倍，比玉米高十幾倍?！鄙綎|海洋工程研究院院長李乃勝介紹，海洋微藻制取生物柴油是目前國際新能源領(lǐng)域的新方向。微藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力很強(qiáng)，在很惡劣的條件下仍能生存，也不會(huì)因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，可大量培養(yǎng)而不占用耕地。它的光合作用效

34、率高，生長周期短，單位面積年產(chǎn)量是糧食的幾十倍乃至上百倍，而且微藻脂類含量在20至70，是陸地植物遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，在一年的生長期內(nèi)，一公頃玉米能產(chǎn)172升生物質(zhì)燃油，一公頃大豆能產(chǎn)446升，一公頃油菜籽能產(chǎn)1190升，一公頃棕櫚樹能產(chǎn)5950升，而一公頃微藻能產(chǎn)9.5萬升。微藻不僅可生產(chǎn)生物柴油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)氫氣的新原料。微藻的個(gè)體小，木素含量很低，易被粉碎和干燥，用微藻來生產(chǎn)液體燃料所需的處理和加工條件相對(duì)較低，生產(chǎn)成本低。而且微藻熱解所得生物質(zhì)燃油熱值高，平均高達(dá)每千克33兆焦耳，是木材或農(nóng)作物秸稈的1.6倍。專家指出，中國鹽堿地面積達(dá)1.5億畝。如果用14的鹽堿地培養(yǎng)微藻，在技術(shù)成

35、熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國50的用油需求。微藻固碳清潔無害山東科技大學(xué)教授田原宇表示，“現(xiàn)在被認(rèn)為有效的二氧化碳捕集、封存方法，如海底封存、廢棄煤礦封存、油田封存等，都存在成本高、難操作和可能引起其他環(huán)境災(zāi)難的問題。而生物法固定二氧化碳是地球上主要的、有效的固碳方式。與此同時(shí)，能源緊缺是全球性問題，發(fā)展低碳排放的可再生能源和生物質(zhì)能源，是解決能源緊缺的重要出路。如果能用二氧化碳生產(chǎn)生物質(zhì)油，將二氧化碳化害為利、變廢為寶，一舉數(shù)得?！敝袊Ｑ蟠髮W(xué)教授潘克厚說，“微藻在生長過程中還可利用廢棄二氧化碳，從而與二氧化碳的處理和減排相結(jié)合，國外已經(jīng)有利用發(fā)電廠排放的廢棄二氧化碳生產(chǎn)微藻的嘗試，

36、占地1平方公里的養(yǎng)藻場一年可以處理5萬噸二氧化碳。”以60萬千瓦燃煤發(fā)電廠為例，年排放二氧化碳260TY噸，利用微藻技術(shù)，二氧化碳的捕集封存率為75，微藻轉(zhuǎn)化率是30，微藻液化油的收率也是30。估算可處理二氧化碳195萬噸，可收獲物質(zhì)油17.55萬噸?！熬瓦@個(gè)項(xiàng)目而言，在封存和利用二氧化碳的同時(shí)，還能產(chǎn)生97.5萬噸的氧氣；另外，如果能把這個(gè)項(xiàng)目減排的二氧化碳納入清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)，還能獲得額外收益?！碧镌顚?duì)這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益非常看好。值得注意的是，地球上的光合作用90是由藻類進(jìn)行的。微藻能夠有效地利用太陽能，通過光合作用固定二氧化碳，將無機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫、高不飽和烷烴、油脂等能源物質(zhì)；而且

37、微藻生物能源可以再生，燃燒后不排放有毒有害物質(zhì)，對(duì)大氣二氧化碳沒有凈增加。國外大力開發(fā)微藻美國從1976年起就啟動(dòng)了微藻能源研究，攻關(guān)以化石燃料產(chǎn)生的廢氣生產(chǎn)高含脂微藻。這一計(jì)劃雖然因經(jīng)費(fèi)精簡、藻類制油成本過高于1996年終止，但美國科學(xué)家已經(jīng)培育出了富油的工程小環(huán)藻。這種藻類在實(shí)驗(yàn)室條件下的脂質(zhì)含量可達(dá)到60以上(比自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量提高了312倍)，戶外生產(chǎn)也可增加到4以上，為后來的研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2006年，美國兩家企業(yè)建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物“原油”。2007年，美國宣布由國家

38、能源局支持的微型曼哈頓計(jì)劃，計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)微藻制備生物柴油工業(yè)化，各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)全面提速。2007年，以色列一家公司對(duì)外展示了利用海藻吸收二氧化碳，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的技術(shù)，每5千克藻類可生產(chǎn)1升燃料。此外，在微藻制乙醇方面，美國已開發(fā)出利用微藻替代糖來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的專利；日本兩家公司聯(lián)合開發(fā)出了利用微藻將二氧化碳轉(zhuǎn)換成燃料乙醇的新技術(shù)，計(jì)劃在2010年研制出有關(guān)設(shè)備，并投入工業(yè)化生產(chǎn)。如果在中國廣闊的沿海和內(nèi)地水域大規(guī)模種植工程高油藻類，生物柴油的生產(chǎn)規(guī)?？梢赃_(dá)到數(shù)千萬噸。這并非遙不可及。在科研人員的積極探索下，國內(nèi)在海洋微藻制取生物柴油方面已取得可喜成果，更宏大的項(xiàng)目正在醞釀之中。

39、微藻汽油可望滿足全國一半用油 “在顯微鏡下，海藻就像一個(gè)油葫蘆，比油菜籽、花生的含油量高78倍，比玉米高十幾倍?！鄙綎|海洋工程研究院院長李乃勝介紹，海洋微藻制取生物柴油是目前國際新能源領(lǐng)域的新方向。 專家指出，中國鹽堿地面積達(dá)1.5億畝。如果用14%的鹽堿地培養(yǎng)微藻，在技術(shù)成熟的條件下，生產(chǎn)的柴油量就可滿足全國50%的用油需求。 中國海洋大學(xué)教授潘克厚說，微藻資源豐富，不會(huì)因收獲而破壞生態(tài)系統(tǒng)，可大量培養(yǎng)而不占用耕地。另外，它的光合作用效率高，生長周期短，單位面積年產(chǎn)量是糧食的幾十倍乃至上百倍。而且微藻脂類含量在20%至70%，是陸地植物遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，不僅可生產(chǎn)生物汽柴油或乙醇，還有望成為生產(chǎn)

40、氫氣的新原料。微藻制油需國家立項(xiàng)支持 鑒于微藻的重要能源價(jià)值以及世界各國對(duì)能源微藻研究不斷深入，有專家建議，中國應(yīng)立即啟動(dòng)微藻產(chǎn)乙醇、產(chǎn)油技術(shù)的研究，對(duì)微藻產(chǎn)氫也要注意動(dòng)態(tài)跟蹤，作好長遠(yuǎn)規(guī)劃。 中國在能源微藻基礎(chǔ)研究方面擁有很強(qiáng)的研發(fā)力量，眾多高校和科研院所承擔(dān)了多項(xiàng)國家及省部級(jí)微藻分類、育種和保存技術(shù)研究，擁有一大批淡水和海水微藻種質(zhì)資源。目前中國在微藻大規(guī)模養(yǎng)殖方面已走在世界前列。 專家建議，利用微藻制取生物汽油，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)意義，國家對(duì)此應(yīng)加大科技支持力度，使之上升為國家項(xiàng)目。微藻制油需要國家立項(xiàng)支持，科技部、發(fā)改委、財(cái)政部、能源局等部委在科技立項(xiàng)時(shí)，要向微藻制油傾斜，鼓勵(lì)

41、相關(guān)企業(yè)開發(fā)微藻制油自動(dòng)化設(shè)備，大力促進(jìn)微藻制油產(chǎn)業(yè)化?？栁难h(huán)卡爾文循環(huán)(Calvin cycle)，一譯開爾文循環(huán)，又稱光合碳循環(huán)（碳反應(yīng)）。是一種類似于克雷布斯循環(huán)（Krebs cycle，或稱檸檬酸循環(huán)）的新陳代謝過程，可使其動(dòng)物質(zhì)以分子的形態(tài)進(jìn)入和離開此循環(huán)后發(fā)生再生。碳以二氧化碳的形態(tài)進(jìn)入并以糖的形態(tài)離開卡爾文循環(huán)。整個(gè)循環(huán)是利用ATP作為能量來源，并以降低能階的方式來消耗NADPH，如此可增加高能電子來制造糖。從卡爾文循環(huán)中所直接制造出來的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一種稱為卡爾文循環(huán)glyceraldehyde 3-phosphate (G3P)的三碳糖。為了要合成一摩爾這種

42、糖，整個(gè)循環(huán)過程必須發(fā)生6次的取代作用，固定三摩爾二氧化碳。當(dāng)我們?cè)谧粉櫻h(huán)的每一個(gè)步驟時(shí)，就是要注意這三摩爾二氧化碳在整個(gè)反應(yīng)過程中的變化情形。生物意義卡爾文循環(huán)是光合作用中碳反應(yīng)的一部分。反應(yīng)場所為葉綠體內(nèi)的基質(zhì)。循環(huán)可分為三個(gè)階段: 羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會(huì)將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個(gè)五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。此過程稱為二氧化碳的固定。這一步反應(yīng)的意義是，把原本并不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨后能被還原。但這種六碳化合物極不穩(wěn)定，會(huì)立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者被光反

43、應(yīng)中生成的NADPH還原，此過程需要消耗ATP，產(chǎn)物是3-磷酸丙糖。后來經(jīng)過一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，一個(gè)碳原子將會(huì)被用于合成葡萄糖而離開循環(huán)。剩下的五個(gè)碳原子經(jīng)一系列變化，最后再生成一個(gè)1，5-二磷酸核酮糖，循環(huán)重新開始。循環(huán)運(yùn)行六次，生成一分子的葡萄糖。碳的固定卡爾文將每個(gè)個(gè)別的CO2附著在一個(gè)稱為ribulose-1,5-bisphosphate(簡稱 RuBP)的五碳糖上以合并之。催化起始步驟的酶是RuBP carboxylase（1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶），或 rubisco。(這是在葉綠體中最豐富的蛋白質(zhì)，而且也可能是地球上最豐富的蛋白質(zhì))這個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是一種含六個(gè)

44、碳而且非常不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，其立即就會(huì)分裂為二摩爾的3-phosphoglycerate(PGA，3-磷酸甘油酸）。3-磷酸甘油醛(G3P(PGAL)的合成每摩爾的3-phosphoglycerate接收一個(gè)額外的磷酸鹽基，接著有一種酶會(huì)將此磷酸鹽基轉(zhuǎn)換為ATP。然后，一由NADPH所捐出的電子對(duì)3-bisphosphoglycerate 變成G3P (glyceraldehyde-3-phosphate)。非常明確地，由NADPH而來的電子減少了3-phosphoglyce-rate中的carboyxl group而形成了G3P中的carbonyl group，如此可駐留更多的位能。G3P

45、是一種糖類由葡萄糖經(jīng)過糖原酵解而分裂所產(chǎn)生的三碳糖。注意，每三摩爾的CO2就可產(chǎn)生六摩爾的G3P，但是只有一摩爾的這種三碳糖能夠真正被獲得。循環(huán)一開始是以具有15個(gè)碳的價(jià)值的碳水合化物去形成三摩爾的五碳糖RuBP?，F(xiàn)在具有18個(gè)碳的價(jià)值的碳水化合物形成了六摩爾的G3P，一摩爾脫離了循環(huán)而被植物細(xì)胞所使用，但是其他的五摩爾則必須被回收以形成三摩爾的RuBP。二磷酸核酮糖(RuBP)的再形成在一連串復(fù)雜的反應(yīng)中，此五摩爾G3P的碳的骨架在Calvin cycle的最后一個(gè)步驟被重新分配為三摩爾的RuBP。為了完成這個(gè)步驟，此循環(huán)多耗費(fèi)了三摩爾的ATP，然后現(xiàn)在RuBP又準(zhǔn)備好了要再度接收CO2，整

46、個(gè)循環(huán)又可以繼續(xù)。在合成一摩爾G3P方面，卡爾文循環(huán)總共需消耗九摩爾的ATP和六摩爾的 NADPH，然后借助光反應(yīng)可再補(bǔ)充這些ATP和NADPH。G3P是Calvin cycle中的副產(chǎn)品，然后又成為整個(gè)新陳代謝步驟的起動(dòng)物質(zhì)，以合成其他的有機(jī)化合物，包括葡萄糖和其他碳水化合物。既不是單獨(dú)的光反應(yīng)也不是單獨(dú)的卡爾文循環(huán)就可以利用CO2來制造葡萄糖。光合作用是一種在完整的葉綠體中會(huì)自然發(fā)生的現(xiàn)象，而且葉綠體整合了光合作用的兩個(gè)階段。美國生物化學(xué)家卡爾文在二十世紀(jì)50年代中后期發(fā)現(xiàn)了有關(guān)植物光合作用的“卡爾文循環(huán)”，即植物的葉綠體如何通過光合作用把二氧化碳轉(zhuǎn)化為機(jī)體內(nèi)的碳水化合物的循環(huán)過程。首次揭

47、示了自然界最基本的生命過程，對(duì)生命起源的研究具有重要意義。卡爾文因此獲得了1961年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1 卡爾文循環(huán)又稱光合碳循環(huán)是一種類似于Kerbs cycle的新陳代謝過程，其可使起動(dòng)物質(zhì)以分子的形態(tài)進(jìn)入和離開這循環(huán)后發(fā)生再生。碳以二氧化碳的形態(tài)進(jìn)入并以糖的形態(tài)離開Calvin cycle。整個(gè)循環(huán)是利用ATP作為能量來源，并以降低能階的方式來消耗NADPH，如此可增加高能電子來制造糖。從Calvin cycle中所直接制造出來的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一種稱為glyceraldehyde 3-phosphate (G3P)的三碳糖。為了要合成一摩爾這種碳，整個(gè)循環(huán)過程必須發(fā)生

48、三次的取代作用，固定三摩爾二氧化碳?？栁难h(huán)（Calvin Cycle）是光合作用的暗反應(yīng)的一部分。藻類文獻(xiàn)微藻水熱液化生物油物理性質(zhì)與測(cè)量方法綜述 張冀翔; 王東; 魏耀東 化工進(jìn)展 分享 分享到2微藻水熱液化生物油化學(xué)性質(zhì)與表征方法綜述 優(yōu)先出版 張冀翔; 蔣寶輝; 王東; 魏耀東 化工學(xué)報(bào) 分享 分享到3生物油在亞臨界、超臨界流體中的制備與提質(zhì)改性研究 張冀翔 浙江大學(xué) 分享 分享到4低脂微藻水熱液化生物油實(shí)驗(yàn)研究與機(jī)理分析 蓋超 山東大學(xué) 分享 分享到5微藻在不同波長光譜下生長規(guī)律及水熱液化制備生物質(zhì)油的優(yōu)化工藝研究 魏萱 浙江大學(xué) 分享 分享到6典型微藻生物油的制備及其摩擦學(xué)特性研

49、究 徐玉福 合肥工業(yè)大學(xué) 分享 分享到7富營養(yǎng)化藻的特性與水熱液化成油的研究 田純焱 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 分享 分享到8滸苔熱液化制備生物油的基礎(chǔ)研究 黃付彬 中國海洋大學(xué) 分享 分享到9大型海藻生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)及熱解液化工藝研究 趙輝 中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所） 分享 分享到10拉曼光譜與微型毛細(xì)管反應(yīng)器聯(lián)用研究微藻及其模型化合物的水熱液化產(chǎn)物 高志鵬 浙江工業(yè)大學(xué) 分享 分享到11微藻水熱液化制備生物油的過程控制及分析的研究 方麗娜 石河子大學(xué) 分享 分享到12生物質(zhì)水熱液化制備生物油及其性質(zhì)分析的研究 朱哲 天津大學(xué) 分享 分享到13生物油催化提質(zhì)合成車用燃料 馮剛 浙江大學(xué) 分享 分享

50、到14微藻對(duì)水熱液化廢水養(yǎng)分的循環(huán)利用及代謝途徑研究 張麗 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 美國微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)環(huán)境分析來源：中國科學(xué)院上?？萍疾樾伦稍冎行?#160;由于全球能源需求不斷擴(kuò)大，尋求能夠替代石油在能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的可再生清潔能源，一直是世界各國普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。而生物柴油是一種已經(jīng)得到證明的燃料，以其為可再生性的環(huán)保燃料能源而得到各國的廣泛關(guān)注。從上世紀(jì)六十年代末開始至今，生產(chǎn)和使用生物柴油的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了50余年。大量事實(shí)證明，在包括油料作物、回收烹飪油、動(dòng)物油以及微生物油等用以提煉新燃料的各類物品中，又以微藻最具優(yōu)勢(shì)。近年來，各國紛紛加大對(duì)微藻生物柴油的支持力度。美國是生物能源最積極的倡導(dǎo)

51、者。金融危機(jī)爆發(fā)后， 由于生物燃料可創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長、加強(qiáng)能源結(jié)構(gòu)多元化， 以及減少溫室氣體排放等因素， 促使美國更加積極地發(fā)展生物燃料。早在20世紀(jì)70年代，美國對(duì)利用微藻生產(chǎn)生物柴油就產(chǎn)生了濃厚的興趣，并在80年代初由國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）牽頭并聯(lián)合多個(gè)單位進(jìn)行了可用于生產(chǎn)生物柴油的微藻資源調(diào)查與篩選等基礎(chǔ)研究。1978年，美國能源部通過國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)的一項(xiàng)利用微藻生產(chǎn)生物柴油的“水生生物種計(jì)劃”（U.S. Department of Energys Aquatic Species Program: Biodiesel fro

52、m Algae），耗資近5億美元，研究人員經(jīng)過十多年的努力，開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。這一項(xiàng)目的啟動(dòng)與開展，大大推動(dòng)了微藻可再生能源的研究與開發(fā)。相應(yīng)的研究發(fā)展過程如下圖1所示。2006年11月，美國綠色能源科技公司和亞利桑那公眾服務(wù)公司在亞利桑那州建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相連接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣的二氧化碳，大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并將微藻轉(zhuǎn)化為生物“原油”，每年每英畝可提供500010000加侖生物柴油。2007年，由美國能源部圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室牽頭，美國十幾家實(shí)驗(yàn)室和上百位科學(xué)家組成的聯(lián)盟宣布了由國家能源局支持的“微型

53、曼哈頓計(jì)劃”，計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)微藻制備生物柴油的工業(yè)化。美國能源局計(jì)劃在各項(xiàng)技術(shù)全面進(jìn)展的前提下，2015年將微藻產(chǎn)油的成本下降至23美元加侖。最近，美國肯塔基能源應(yīng)用研究中心宣布投資350萬美元，用于研究如何利用藻類來清潔火電廠排放的二氧化碳和煙塵。圖 1“水生生物種計(jì)劃”微藻生物柴油研發(fā)流程2006年，雪佛龍公司與美國聯(lián)邦研究人員組成了伙伴關(guān)系，共同進(jìn)行藻類燃料的研究。荷蘭皇家殼牌公司宣布將與位于美國夏威夷的HR生物石油公司(HR BioPetroleum)合資建立一家名為Cellana的公司，通過使用海洋淺塘和日光在10萬公頃的地方培育水藻。包括霍尼韋爾、波音和Raythe

54、on公司在內(nèi)的世界500強(qiáng)公司也都在著手研發(fā)藻類燃料。?？松梨诠居?jì)劃在未來5到6年里投資6億美元，與美國加州的合成基因公司合作，利用可進(jìn)行光合作用的海藻，研究和開發(fā)與現(xiàn)有汽油和柴油燃料兼容的先進(jìn)生物質(zhì)燃料，這是迄今為止對(duì)生物質(zhì)燃料最大的投資之一。2008年奧巴馬在競選美國總統(tǒng)時(shí)宣稱：生物燃料特別是生物柴油是一個(gè)關(guān)鍵的資源，再使美國富強(qiáng)，由于使用在本土生長的可再生原料，它將創(chuàng)造新的“綠色就業(yè)機(jī)會(huì)”(Green Jobs), 同時(shí)減少對(duì)國外石油的依賴。2009年6月報(bào)導(dǎo)(ICIs Chemical Business)：美國將投資和貸款保證來支持生物煉油廠和生物化工。2008年12月9

55、10日， 美國DOE 能效與可再生能源辦公室的生物質(zhì)項(xiàng)目組在馬里蘭大學(xué)召開了“藻類生物燃料技術(shù)路線圖” 研討會(huì)， 收集關(guān)于建立以藻類為基礎(chǔ)的大規(guī)模生物燃料產(chǎn)業(yè)所存在的潛在障礙以及實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的戰(zhàn)略， 該路線圖草圖于2009 年6月在網(wǎng)上發(fā)布， 進(jìn)行廣泛的意見征詢。2010年6月28日， 美國枟藻類生物燃料技術(shù)路線圖枠（ N ational A lgal Bio f uels Technology Roadmap ） 正式發(fā)布（表2） ， 對(duì)目前以藻類為原料進(jìn)行液態(tài)運(yùn)

56、輸燃料生產(chǎn)的研發(fā)現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)及解決途徑進(jìn)行了描述， 從科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、政策前景等方面對(duì)藻類生物燃料的研發(fā)投資進(jìn)行支持與指導(dǎo)。表 2美國枟藻類生物燃料技術(shù)路線圖枠跨越藻類生物燃料研發(fā)壁壘： 技術(shù)目標(biāo)過程步驟研發(fā)挑戰(zhàn)原料藻類生物學(xué)u  從大量環(huán)境野生菌株中分離模式菌株；u  開發(fā)小規(guī)模、高通量篩選技術(shù)；u  開發(fā)開放式存取的數(shù)據(jù)庫， 收集現(xiàn)有的具有詳細(xì)特征的菌株；u  探索燃料原料生產(chǎn)的遺傳學(xué)和生化途徑；u  通過基因手段和育種技術(shù)得到標(biāo)準(zhǔn)菌株藻類培養(yǎng)u

57、60; 整合多種方法（如開放、閉合、混合系統(tǒng)； 光能自養(yǎng)、厭氧等培養(yǎng)方式） ；u  實(shí)現(xiàn)健全穩(wěn)定的商業(yè)化規(guī)模培養(yǎng)；u  優(yōu)化操作系統(tǒng)， 提高藻類燃料的原料生產(chǎn)力；u  對(duì)土地、水源和營養(yǎng)的利用進(jìn)行可持續(xù)、低成本的管理；u  鑒定并解決環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和影響問題。收獲與脫水u  整合多種收獲方法（如沉淀、絮凝、溶氣氣浮、過濾、離心等） ；u  盡可能地減少過程能耗；u  降低生產(chǎn)與運(yùn)營成本；u  

58、從整個(gè)系統(tǒng)的兼容性和可持續(xù)性方面評(píng)估每一項(xiàng)技術(shù)。轉(zhuǎn)化提取與分餾u  整合多種方法（如聲波降解法、超臨界流體、亞臨界水、選擇性萃取等） ；u  提高預(yù)期中間體的產(chǎn)量， 保留副產(chǎn)物；u  盡可能地減少過程能耗；u  探索循環(huán)機(jī)制， 減少廢棄物；u  克服過程放大壁壘， 如操作溫度、壓力、容量、副反應(yīng)和分離等。燃料轉(zhuǎn)化u  研究多種方法實(shí)現(xiàn)液體運(yùn)輸燃料生產(chǎn)；u  提高催化劑的特異性、活性和耐受性；u  

59、減少雜質(zhì)和反應(yīng)抑制物；u  盡可能地降低過程能耗和尾氣排放；u  提高放大條件下的轉(zhuǎn)化速率。副產(chǎn)物u  鑒定、評(píng)估藻類殘余物中的高附加值化學(xué)品、能源、材料等副產(chǎn)物；u  優(yōu)化副產(chǎn)物的提取和復(fù)原過程；u  進(jìn)行市場分析， 包括質(zhì)量和安全性試驗(yàn)， 確保達(dá)到適用性標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施分配與利用u  確定不同存儲(chǔ)和運(yùn)輸條件下污染物、氣候?qū)υ孱惿镔|(zhì)、中間體、生物，u  燃料和生物制品性質(zhì)的影響， 以及可能造成的不穩(wěn)定性和終產(chǎn)物變異；u  優(yōu)化能源和成本在設(shè)施、選址等方面的分配；u  遵從各項(xiàng)利用規(guī)則， 滿足所有客戶需求。資源與選址u  在培養(yǎng)條件綜合評(píng)估的基礎(chǔ)上， 為藻類生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行選址；u  綜合利用污水處理和（或） CO 排放系