微藻制备生物柴油及其案例经济性分析.pdf

专题综述
General Review of Special Subject
微藻制备生物柴油及其案例经济性分析
乔凯
(中国石油大学理学院,北京102249)
加路
(中国石化集团公司经济技术研究院,北京10009)
摘要:微藻生物柴油作为一种新型生物质能源,受到广泛关注。本文简述了微藻制备生物柴
油研究发展概况,通过一个案例分析了微藻制备生物柴油的经济性,指出了现今微藻
生物柴油的发展瓶颈,为未来微藻生物柴油的发展方向提出了建议。
关键词:微藻生物柴油经济性
生物柴油作为一种可再生的清洁生物质能,目前仍处于实验阶段,尚未形成规模化生产。
近年来受到越来越多的关注,与传统石化柴油相
比,有着硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高1国内外微藻生物柴油发展概况
及良好的润滑性等优点,可部分添加到石化柴油
基于能源安全和环境压力,许多国家和公司
中,作为传统石化柴油的替代品。目前生产生物都加入到研究微藻生物燃料的行列中。1978年,
柴油的原料主要有废弃油脂、木本油料作物和微美国能源部开展“水生物种研究计划”( Aquatic
藻。与废弃油脂、木本油料作物原料相比,微藻 Species Progran,ASP)率先开始研究微藻生物燃
含油量高、易于培养、单位面积产量大、生长速料。项目从1978年开始,一直持续到1996年结
度快且所占土地少,成为新一代生物柴油原料。束。ASP项目对微藻生物能源进行了广泛深入的
藻类研究起源于20世纪40年代,当时研究人研究,是迄今为止综合性最强的课题,项目研究
员已发现很多种类的微藻在特种生长条件下可积范围涵盖了藻种分离和特性研究、藻种生理生化
累大量油脂。70年代发生“石油危机”后,微藻研究、基因工程、生产工艺开发、微藻规模培养
生物能源开始引起各国政府、科研和各类商业机的示范装置运行、资源评价和相关的技术经济分
构的重视,国外政府开始投入大量资金资助国家析等,为后续微藻生物柴油发展奠定了基础。
实验室、大学等科研机构研发微藻生物燃料的相
2007年,美国能源部启动“微型曼哈顿计
关技术;很多生化科技公司和能源公司积极尝试划”,将微藻生物燃料研究推向高潮。同年,荷兰
微藻生物燃料的中试生产,期望快速实现其工业 Algaelink NV公司开始设计应用于徽藻规模培养的
化生产。迄今为止,国外学术界和工业界已经在
微藻生物燃料的大规模商业化生产领域取得一定
收稿日期:2015-07-16。
进展,尤其以美国为代表的先行国家,研发时间
作者简介:乔凯,中国石油大学(北京)在读研究
长、投人资金量大、参与机构多、技术研发全面且
生,化学工程专业,研究方向为生物燃料的技术经
研究进展较快。我国微藻生物柴油研究起步较晚,
济性。
30代るえ化2015年第9期总第249期
乔凯等.微藻制备生物柴油及其案例经济性分析
专题综述
General Review of Special Subject
光生物反应器,现已开发出具有优异性能的管式光养殖藻类生产出生物柴油,并宣布投资2980万美
反应器系统。2008年,英国启动藻类生物燃料公元用于建设年产30万吨微藻生物柴油项目。2009
共资助项目,耗资约2600万英镑,计划于2020年,中国石化与中国科学院联合启动“微藻生物
年前实现利用藻类生产运输燃料以代替传统的化柴油成套技术”项日,计划2015年完成万吨级工
石燃料。2015年2月,日本IHI公司宣布与神户大业生产装置。
学、 Neo Morgant研究所在鹿儿岛市建设培养藻类
目前,中国科学院青岛能源所已系统建立了
生物燃料大规模试验设施,计划年内投入使用。藻种选育、大规模培养、加工利用等微藻生物能源
我国微藻生物燃料研究始于“十一五”末研发队伍,对微藻生物能源的基础研究、共性关键
期,中国石化、中国科学院、部分大学以及企业技术以及中试放大等开展了系统性研究。但截至
等都开展了相关研究。2008年,河北新奥集团公目前,我国尚未规模化制备出微藻生物柴油。
司在国内率先建成1000平方米的中试规模藻类养
殖基地及油脂提取制备车间。其后,在内蒙古达2微藻生物柴油工艺
拉特旗启动藻类生物能源产业化示范工程,在沙
骰藻生物柴油工艺流程见图1,主要包括微
荒地上利用煤化工的二氧化碳规模化养殖能源藻藻筛选、微藻培养、收获提取、反应过程、制备
类,并利用工业余热降低养殖成本。同年,海南生物柴油等过程。其中微藻培养、收获提取过程
洋浦绿地能源科技有限公司成功在实验室利用CO2是现阶段的主要技术难题。
CO2、HO、光
营养成分
能量
乙醇+能量
微藻
微藻
收获
反应
生物
筛选
培养
提取
过程
柴油
生物质
甘油
废物、能量回收
图1微藻生物柴油工艺流程
2.1微藻筛选
表不同种类的微藻含油率
与其他生物柴油原料相比,微藻有着明显
微藻种类
含油率
的优势:①单位面积油脂产量远远超过现有的
布朗葡萄藻( Botryococcus braunii)
各类油料作物,是其5~60倍。②微藻为一种非
小球藻( Chlorella sp.)
粮原料,不与人争粮;可利用各类边际土地培育
隐甲藻( Crypthecodinium cohnii)
细柱藻( Cylindrotheca sp.)
16
微藻,不与现有农作物冲突,不与粮争地。③微
藻可在各类水体中生长,可利用多种水源,如海
杜氏藻( Dunaliella primolecta
等鞭金藻( Isochrysis sp.)
25-33
水、内陆成水和污水等进行培育,不和农作物灌
盐生单肠藻( Monallanthus salina)
溉、居民生活争抢淡水资源等。
微绿球藻( Nannochloropsis sp.)
31-68
微藻含油量一般在20%~50%,部分微藻含
富油新绿藻( Neochloris oleoabundans
油量可达藻类干重的80%,不同种类的微藻含油
菱形藻( Nitzschia sp.)
45~47
量?如表1所示。
三角褐指藻( Phaeodactylum tricornutum)
20~30
2.2微藻大规模培养反应器系统
裂殖壶菌( Schizochytrium sp.
要大规模培养微藻制备生物柴油,需要选择
四爿藻( Tetraselmis suica)
2015年第9期总第249期し31