面對能源短缺和環(huán)境污染兩大嚴(yán)峻問題，尋找可再生且對環(huán)境友好的新型能源迫在眉睫。而作為生物質(zhì)能一員的生物柴油，不僅可以消納各種有機廢棄物，減輕環(huán)境壓力，還可替代化石燃料，緩解能源危機，并且由于生物質(zhì)資源分布廣泛，生物柴油的開發(fā)幾乎不受地理和氣候的影響。諸多優(yōu)勢使得生物柴油在可再生能源中備受青睞。

生物柴油是指生物油脂與醇通過酯交換反應(yīng)生成的一種生物燃料。相比石化柴油，生物柴油具有優(yōu)良的環(huán)保性能和再生性能，較好的燃燒性能，良好的低溫發(fā)動機啟動性能和潤滑性能，較高的經(jīng)濟性、可降解性和安全性能。

自20世紀(jì)70年代以來，生物柴油的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過三代更迭。第一代生物柴油的原材料主要來自油菜、大豆、向日葵等可食用性的油類作物;第二代生物柴油的原材料主要來自麻瘋樹、煙草種子等非糧油類植物，以及地溝油、動物脂肪等;第三代生物柴油以微藻作為生產(chǎn)原料，因光合效率高、生長速率快、占地面積小、油脂含量高等優(yōu)點，當(dāng)之無愧成為第三代生物柴油原料的首選。

微藻，即微體藻類，大小從幾微米到幾百微米不等，光合效率較高，能高效生產(chǎn)脂類、蛋白質(zhì)、多糖等有機物，其中脂質(zhì)可通過酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生物柴油。

在20世紀(jì)70年代，美國能源部以發(fā)展可持續(xù)能源為目的，對微藻開展了大規(guī)模搜集、篩選和鑒定工作，最終獲得了300多種產(chǎn)油微藻，即脂質(zhì)占細胞干重比例超過20%的微藻，其中微擬球藻的脂質(zhì)比例更是高達68%。

微擬球藻為什么能具有這么高的脂質(zhì)比例?答案在于它獨特的固碳能力。

光合作用是自然界生物固碳的基礎(chǔ)。地球上每分鐘通過光合作用大約可以將300萬噸CO2和110萬噸H2O轉(zhuǎn)化為200萬噸有機物質(zhì)，同時放出210萬噸O2。

與陸生高等植物不同，微擬球藻生長在海水中。水體中溶解性無機碳的主要存在形式有HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。為了應(yīng)對復(fù)雜的水體碳環(huán)境，微擬球藻具備了獨特的CO2濃縮機制。

CO2是造成溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)字?。微擬球藻強大的固碳能力不但可以生產(chǎn)更多的生物柴油，還可能用于減少大氣中的CO2。

目前微藻生物柴油的生產(chǎn)成本依然較高，這是限制其商業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸。除繼續(xù)開發(fā)產(chǎn)油性能優(yōu)良的藻種以外，需要實現(xiàn)微藻生產(chǎn)的綜合利用，可有效解決這一問題。例如從微藻中獲得DHA、類胡蘿卜素、活性多糖等高附加值產(chǎn)品，將廢棄的藻渣作為水產(chǎn)業(yè)的餌料等。(作者單位：中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所)

微藻生物柴油如何造

首先在開放塘中大規(guī)模培養(yǎng)微藻。在微藻細胞內(nèi)，光合作用合成的糖類物質(zhì)經(jīng)過一系列的代謝反應(yīng)轉(zhuǎn)化為油脂。

當(dāng)藻細胞密度達到最大時，根據(jù)微藻的特性，可選用離心法、超濾法、氣浮法、絮凝法等方法進行收集。收集后的微藻需要進一步提取其中的油脂。藻類油脂的提取過程繁瑣，目前最常用的油脂提取方法有機械壓榨法、有機溶劑法、加速溶劑提取法、超臨界流體萃取法和酶提取法等。

提取出來的藻油成分復(fù)雜，主要由游離脂肪酸、三酰甘油酯、磷脂、糖脂和硫脂組成。其中游離脂肪酸容易和堿性催化劑發(fā)生皂化反應(yīng)，通過對原料干燥和預(yù)酯化可減少脂肪酸對酯交換反應(yīng)帶來的不利影響。

酯交換反應(yīng)是酯與醇在酸或堿的催化下生成一個新酯和一個新醇的反應(yīng)。在微藻生物柴油生產(chǎn)中，利用短鏈醇和藻類油脂在催化劑、高溫環(huán)境下進行酯交換反應(yīng)，最終合成脂肪酸單脂，即生物柴油。

據(jù)估計，每公頃養(yǎng)殖面積藻類年產(chǎn)油量可達1.5萬至8萬升，相比之下，玉米、大豆的年產(chǎn)油量分別只有120升和440升。

標(biāo)簽： 微擬球藻