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浅谈海藻生物柴油的研发状况

摘要：叙述了美国、澳大利亚及中国从海藻中提取生物柴油的研发状况，指出，发展从海藻中提取生物柴油的未来发展可促进CO2的消化，实现碳封存、获得更多的副产品及培养更优质的藻类品种。

引言

海洋里有5×10^4多种藻类，作为海洋植物的主体，在光合作用下迅速繁衍生息。海藻的繁殖力极强，1d就能繁殖新的一代，生长周期短、生物产量高，自身合成油脂能力强，含油率一般在20%～70%。从海藻中提取的油脂，成分与植物油相似，可作为生物柴油替代石油，用于工业和柴油发动机[1]。这对中国缺油、少气、多煤的能源结构调整以及能源安全的保证，都将发挥巨大的作用。

海藻在光合作用下，需要CO2，每生产1t海藻生物柴油，可消耗7tCO2[2]。在发展海藻生物柴油的同时，还可减少大气中CO2的排放。可以说，海藻是1种优质的生物质能源。

1美国从海藻中提取柴油的状况

20世纪80年代，美国能源部在加州沿海建立了400×10^4km2的海底农场，专门种植多年生巨藻，以特殊船只3次/d采收水深2m以下的海藻，再通过天然细菌发酵或人工发酵，合成天然气(主要是CH4)。目前，其合成的天然气达6.23×10^8m3，不仅可满足5×10^4户家庭1a的需求，且单位成本仅为工业开采天然气成本的1/6左右[3]。

美国政府已确定，到2030年，美国运输燃料的30%用生物燃料替代。由于乙醇生物燃料是使用玉米提取的，这不仅会影响粮食安全生产，还会导致粮食价格的上涨。因此，在替代石油燃料的资源中，海藻处于领先地位。1978年至1996年，美国能源部为向海藻再生开发燃油的项目投资了2500×10^4美元。研究结果证实，由于海藻具有极强的生长能力，在单位面积及单位时间上，海藻所生产的油脂量高于陆生油料作物30倍；另外，还节省了陆生油料作物所消耗的淡水、肥料和大量的土地资源，因此，海藻生长成本比陆生植物低(全球石油俱乐部评估结果表明1hm2海藻能生产9.6×10^4L/a生物柴油，1hm2油椰子能生产6.0×10^4L/a生物柴油，1hm2大豆只能生产446L/a生物柴油)[1]。

近年来，由于石油价格大幅上扬，美国政府和各大石油公司大力支持和资助从事海藻再生能源研究的机构，科学家又重聚海藻研究实验室和现场，使得利用海藻生产生物柴油取得了突破性进展，应用现代生物工程技术，已经开发出含油率超过60%的工程海藻，实现了海藻油脂的提取和生物柴油的制造，由实验室转向小规模工业化生产。美国能源部计划2010年实现微藻制备生物柴油工业化，到2015年，将生产成本降至0.53美元/L～0.63美元/L[2]。

2澳大利亚从海藻中提取柴油的状况

2009年底，笔者有幸从澳大利亚墨尔本获得澳大利亚的“富基绿色新能源生物柴油(Fulifuelblodiesel)”项目的资料，从中得知，该项目进行了大量的藻类优良品种筛选工作，在5×10^4多种海藻中，最终精选出脂质含量高的3个优秀品种，a)微拟球藻(Nannochloropsissp)，其脂质含量为净重的31%～68%；b)裂殖壶菌(Schizochytriumsp)，其硅藻脂含量为净重的50%～77%；c)布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)，其硅藻脂质含量为净重的25%～75%。这3种微藻中，以微拟球藻最优，因为其抗菌力强，生命力顽强；易于生养，培育简单，处理方便；咸水物种；高脂质含量(脂质达净重的70%)。资料中反映，澳大利亚富基绿色新能源生物柴油的生产系统，主要流程(见图1)。

项目在1000m2的实验现场中进行，设专人负责藻菌培育室、试验室以及用透明的很粗的塑料管构成的，呈闭合循环状的光合作用反应器。在实验中若发现某一段反应器存在异常，可立即进行切换处理，使闭合循环仍能继续进行。藻菌光合作用反应器管道与藻菌加入口、水的加入口、CO2通入口等连接着。藻类收获后，将其送至提炼设施，再通过脂类提炼或干制法进行浓缩，将提炼出的脂类转化成生物柴油和甘油。尽管相对于干制法，用于脂类提炼的湿制法成本和能耗低，但是干制法能产生包含浓缩脂类等的干物质，所有的付产品(蛋白质，碳)都会被再利用，产生出更高的附加值。若准备建厂，应选与热电厂距离近一些的地方，这样便于利用电厂烟道气中排除的CO2，通入光合反应器，使微拟球藻等得到足够的营养。

所收集的资料中，附有由美国著名的FUJLFuelBloDlesel公司，对澳大利亚富基绿色新能源生物柴油项目评估为可信赖等级的1份项目预算表(见表1)，表1给出了预期效益的分析。

澳大利亚的富基绿色新能源生物柴油项目的预期产量为160×10^4L/d，约合45×10^4t/a左右，需投资110×10^8元人民币，利