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如果在中国广阔的沿海和内地水域大规模种植工程高油藻类,生物柴油的生产规模可以达到数千万吨.
微藻制油效益高
目前,海洋专家已经培育出的富油微藻,最高含油比已经达到68％,并在此基础上制取生物柴油.据了解,我国的有机碳组成中,海洋藻类占了1／3,藻类是一种数量巨大的可再生资源,也是未来提供生物质能源的潜在宝库.
“在显微镜下,海藻就像一个油葫芦,比油菜籽、花生的含油量高7～8倍,比玉米高十几倍.”山东海洋工程研究院院长李乃胜介绍,海洋微藻制取生物柴油是目前国际新能源领域的新方向.
微藻对环境的适应力很强,在很恶劣的条件下仍能生存,也不会因收获而破坏生态系统,可大量培养而不占用耕地.它的光合作用效率高,生长周期短,单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍,而且微藻脂类含量在20％至70％,是陆地植物远远达不到的,在一年的生长期内,一公顷玉米能产172升生物质燃油,一公顷大豆能产446升,一公顷油菜籽能产1190升,一公顷棕榈树能产5950升,而一公顷微藻能产9.5万升.微藻不仅可生产生物柴油或乙醇,还有望成为生产氢气的新原料.
微藻的个体小,木素含量很低,易被粉碎和干燥,用微藻来生产液体燃料所需的处理和加工条件相对较低,生产成本低.而且微藻热解所得生物质燃油热值高,平均高达每千克33兆焦耳,是木材或农作物秸秆的1.6倍.
专家指出,中国盐碱地面积达1.5亿亩.如果用14％的盐碱地培养微藻,在技术成熟的条件下,生产的柴油量就可满足全国50％的用油需求.
微藻固碳清洁无害
山东科技大学教授田原宇表示,“现在被认为有效的二氧化碳捕集、封存方法,如海底封存、废弃煤矿封存、油田封存等,都存在成本高、难操作和可能引起其他环境灾难的问题.而生物法固定二氧化碳是地球上主要的、有效的固碳方式.与此同时,能源紧缺是全球性问题,发展低碳排放的可再生能源和生物质能源,是解决能源紧缺的重要出路.如果能用二氧化碳生产生物质油,将二氧化碳化害为利、变废为宝,一举数得.”
中国海洋大学教授潘克厚说,“微藻在生长过程中还可利用废弃二氧化碳,从而与二氧化碳的处理和减排相结合,国外已经有利用发电厂排放的废弃二氧化碳生产微藻的尝试,占地1平方公里的养藻场一年可以处理5万吨二氧化碳.”
以60万千瓦燃煤发电厂为例,年排放二氧化碳260TY吨,利用微藻技术,二氧化碳的捕集封存率为75％,微藻转化率是30％,微藻液化油的收率也是30％.估算可处理二氧化碳195万吨,可收获物质油17.55万吨.
“就这个项目而言,在封存和利用二氧化碳的同时,还能产生97.5万吨的氧气；另外,如果能把这个项目减排的二氧化碳纳入清洁发展机制(CDM),还能获得额外收益.”田原宇对这项技术的经济效益非常看好.
值得注意的是,地球上的光合作用90％是由藻类进行的.微藻能够有效地利用太阳能,通过光合作用固定二氧化碳,将无机物转化为氢、高不饱和烷烃、油脂等能源物质；而且微藻生物能源可以再生,燃烧后不排放有毒有害物质,对大气二氧化碳没有净增加.
国外大力开发微藻
美国从1976年起就启动了微藻能源研究,攻关以化石燃料产生的废气生产高含脂微藻.这一计划虽然因经费精简、藻类制油成本过高于1996年终止,但美国科学家已经培育出了富油的工程小环藻.这种藻类在实验室条件下的脂质含量可达到60％以上(比自然状态下微藻的脂质含量提高了3～12倍),户外生产也可增加到4％以上,为后来的研究提供了坚实基础.
2006年,美国两家企业建立了可与1040兆瓦电厂烟道气相连接的商业化系统,成功地利用烟道气中的二氧化碳进行大规模光合成培养微藻,并将微藻转化为生物“原油”.2007年,美国宣布由国家能源局支持的微型曼哈顿计划,计划在2010年实现微藻制备生物柴油工业化,各项技术研发全面提速.
2007年,以色列一家公司对外展示了利用海藻吸收二氧化碳,将太阳能转化为生物质能的技术,每5千克藻类可生产1升燃料.
此外,在微藻制乙醇方面,美国已开发出利用微藻替代糖来发酵生产乙醇的专利；日本两家公司联合开发出了利用微藻将二氧化碳转换成燃料乙醇的新技术,计划在2010年研制出有关设备,并投入工业化生产.
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微藻固碳制油的主体设备是一种适合微藻生长的塔式立体培养器,将含有二氧化碳的电厂烟气从塔底分段进气、逐级溶碳脱氧、分段外排；而含有藻种的养殖液体从塔顶逐级流到塔底,通过光合作用完成微藻的一个生长周期；塔底微藻与养殖液分离,大部分藻液外排分离微藻和养殖液,小部分藻液作为藻种.回收的养殖液在补充营养后,用养殖液泵送回塔顶进行再次循环.通过微藻连续养殖和二氧化碳减排偶联,最终实现二氧化碳的固定和资源化利用.这项技术的配套设备比较简单、投资也不大,微藻高压湿式法生产液体燃料所需的处理和加工成本低.