生物质能源--微藻资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物质能源,微藻,1.,背景介绍,2.,产业化关键技术,3.,微藻生物炼制,4.,我们的工作,藻类植物,(,大型藻和微藻,),蓝藻门,红藻门,隐藻门,甲藻门,金藻门,黄藻门,硅藻门,褐藻门,裸藻门,绿藻门,轮藻门,小球藻等,有些学者把藻类分为,11,个门，有些分为,8,个门；门是植物分类中的一个级别。,藻类植物的分类,微藻（,icroalgae,）是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富且光合利用度高的微型自养植物。地球上微藻种类繁多，但目前被人类发现并利用的种类不多，特别是海洋微藻，目前开发的更是微乎其微。,绿藻,红藻,硅藻,什么是微藻？,物种,已发现数量,已发现占估计数比例（,%,）,淡水微藻,.,10,4,90,海洋微藻,.710,10,微藻在地球演化中扮演着重要角色,微藻（海洋单细胞藻类）是地球上最早的生物物种，已经在地球上生存了,35,亿年之久，能在水中进行光合作用释放出氧气，在,自然界物质和能量循环,中发挥了极其重要的作用，因此微藻的出现为地球上其他生物的出现,奠定了物质和气候基础,。,生物质,+,O,2,CO,2,+,H,2,O,+,光,为什么是微藻？,光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收的光能的比值,。,光合作用效率高,植物：,1%,藻：,3.5%,微藻通过光合作用固定,CO2,的效率比陆生植物更高,1,、反应物浓度更高,2,、产物浓度更低,1L,空气中含有约,5.910,-4,g CO,2,1L,水中含有约,2,1L,空气中含有约,0.3g O,2,近,3000,倍,1L,水中含有约,2,1/40,微藻通过光合作用固定,CO,2,的效率比陆生植物更高,3,、光照几率更多,折射,衍射,水,散射,由于水对光具有折射,、衍射、散射等效应，使得微藻所有表面都有可能受光照，然,而陆生植物只有向光面才有可能受光照。,等量,1 g,干物质,树叶,比表面积,:10,-3,m,2,微藻,比表面积,:1.310,3,m,2,相同质量的微藻比表面积是树叶的,1.310,6,倍,，比表面积越大，受光面积越大，越有利于光合作用。,4,、比表面积更大,微藻通过光合作用固定,CO,2,的效率比陆生植物更高,微藻光合色素含量占其干重的,2.5%,分布于整个细胞，整个细胞就是一个光合反应器，有利于光合产物的合成与转运,。,植物光合色素含量占其干重约,0.05%,分布于树叶,、,树干等组织中细胞的特定部位，不有利于光合产物的合成与转运,。,50,倍,微藻光合天线,植物光合天线,几十倍,植物的捕光天线是类囊体膜内的叶绿素,而藻类的捕光天线色素主要集中于紧连在类囊体膜外的藻胆蛋白内。天线系统的功能是将所吸收的光能高效地传递到与之相联系的光反应中心。,5,、更高含量的光合作用单位,微藻通过光合作用固定,CO2,的效率比陆生植物更高,微藻固定二氧化碳及产油途径,微藻具有独特的,CO,2,浓缩机制,CCM,（,CO,2,-Concentration mechanism,）：,即为,CO,2,浓缩机制。当藻类细胞由高浓度,CO,2,培养转入低浓度,CO,2,，,细胞可不断地从外部环境中把无机碳或,CO,2,运输到体内,，使体内的,CO,2,浓度高于外界环境，以有利于光合作用碳循环第一个关键酶,Rubisco,羧化反应，从而能提高光合速率。,。,微藻光合作用温度更恒定的,水环境有利于微藻的光合作用,海洋是地球固定,CO,2,的主要场所,海洋面积：亿平方千米,占地球表面：,71%,陆地面积：亿平方千米,占地球表面：,29%,CO,2,O,2,固定全球,60%,以上的,CO,2,固定全球,40%,的,CO,2,森林固定,CO,2,变成煤炭；,海洋微藻固定,CO,2,变成石油,在已知能固定,CO,2,的微生物中微藻能力最强,微藻,核酮糖,-1,，,5-,二磷酸,6CO,2,3-,磷酸甘油酸,甘油醛,- 3-,磷酸,甘油,脂肪酸,产甲烷菌,四氢叶酸（,THF,）,2CO,2,CHO-THF,CH,3,-CO-X,乙酰,-CoA,脂肪酸,草酰乙酸,2CO,2,异柠檬酸,柠檬酸,乙酰,-CoA,脂肪酸,泥生绿菌,绿色硫细菌,羟基丙酰,-CoA,2CO,2,甲基丙二酰,-CoA,苹果酰,-CoA,乙酰,-CoA,脂肪酸,微藻固定,CO,2,能力是其他微生物的,3,倍以上,。,微藻通过光合作用生产生物质能源具有,更高的原子经济性,产品,乙醇,乳酸,丁二酸,生物柴油,CO,2,/mol,产品,排放,1 mol,0 mol,吸收,1 mol,吸收,mol,微生物,酵母,乳酸菌,琥珀酸,放线杆菌,微藻,产相同量的产品，微藻较其他微生物固定更多的,CO,2,微藻是理想的燃料,藻粉,热值,相同质量,煤炭,微藻生物质热解所得热值高，平均高达,33MJ/kg,，而且微藻燃烧后没有,SO,2,等有害气体，使用后排出,CO,2,可以被微藻本身所固定，不会增加,CO,2,的净排放。,微藻含有丰富的蛋白、色素、维生素、多糖等生物活性物质，可直接用作饵料、饲料及其添加剂。,微藻是理想的饲料、饵料及其添加剂,微藻是理想的高蛋白饲料,乌克兰,我国,纯蛋白大豆,高质纯牛奶,三聚氰胺牛奶,混合饲料,乌克兰种牛,造成我国目前牛奶质量不高的主要原因是饲料，微藻蛋白质含量为，因此是良好的蛋白替代饲料。,出路：高蛋白微藻饲料替代,为什么选择微藻？,微藻光自养生长过程与其他生物质相比，具有,5,大优点：,光合固碳效率高，同样条件下，藻类光合生产率最高可达到,50g/m,2,/d,，相当于森林固碳能力的,1050,倍,。,油脂面积产率高，单位面积的产油率是其他油料作物的,20400,倍,。,光合固定,CO,2,，不仅有助于,CO,2,减排，且可大幅降低微藻生长所需碳源成本（,1,万元,/,吨螺旋藻,）,利用废水中的,N,、,P,等营养元素，不仅有助于缓解水体富营养化程度降低废水处理成本，且可,大幅降低,微藻生长所需,N,源成本,（,万元,/,吨螺旋藻）,及,P,源成本,（,万元,/,吨螺旋藻）,不与农作物争地,(,可用滩涂、盐碱地、荒漠等,),、争水,(,可用生活污水、海水和盐碱水等,),20,( Ohio Coal Research Center),氧气,(0.57kg),废气,CO,2,N,、,P,废水,阳,光,生物质,(,CHNO,),(0.73kg),微藻产能,二氧化碳光合作用转换,1kg,微藻低碳生物经济,微藻生物能源,我国水泥行业,年排,CO,2,亿吨,微藻,约年产亿吨藻粉,相当于亿吨煤炭,产,6.610,13,MJ,热量,相当于,亿吨生物燃料,相当于产值,4200,亿元,微藻培养和我国水泥、火力发电等重污染行业联产，实现,CO,2,及余热的综合利用，以及微藻生物质燃料联产。,CO,2,排出,吸收,低碳工业,微藻低碳生物经济,微藻生物能源,我国味精行业,年排放废水约,5,亿吨,微藻低碳工业,约年产,2000,万吨生物柴油,约年产,6000,万吨蛋白饲料,产,1500,万吨肉,微藻工业、味精废水处理行业和饲料行业联产，实现饲料、 副食、生物柴油多联产，达到废弃物资源化，基本上消除了水污染，每年可净减排废水约,5,亿吨。,谷氨酸等,排出,处理,火电厂,亿吨（,40.1%,）,微藻,约年产,10,亿吨生物质,相当于,3,亿吨生物燃料,相当于产值,2,万亿元,2010,年我国总,CO,2,排放量,70,亿吨，位居世界第一。微藻培养与重污染行业联产，实现,CO,2,及余热的综合利用，以及微藻生物质燃料联产。,CO,2,排出,吸收,低碳工业,石油加工业,亿吨（,15.7%,）,黑色金属冶炼工业,亿吨（,7.3%,）,微藻与火电厂等重污染工业联产低碳生物经济,微藻生产生物柴油的优势,微藻,棉,5X10,7,公顷,1X10,9,公顷,3X10,9,公顷,4X10,9,公顷,10,公顷,2X10,10,公顷,棕榈,大豆,油菜,麻疯树,微藻,棉花,5X10,7,公顷,2X10,10,公顷,用地,20,倍,Research,2008,1:2043,不同植物生产全球生物柴油所需用地面积,美国：,-,“,水生生物种计划,”（,1978-1996,），,07,年重新启动。,-,“,微型曼哈顿计划,”（,2006-2010,）,-,“,太阳神计划”（,2006,）,-,“JP-8,喷气燃料替代品计划”（,2008,）,-,“,微藻生物燃料技术路线图”（,2009,）,日本：,-,“,地球研究更新计划技术,”,耗资,25,亿,美元,-,2010,年,微藻将,CO,2,转化成燃料乙醇,英国：,-,“,藻类生物燃料计划,”,耗资,2600,万英镑,-2020,年,实现利用藻类生产运输燃料,微藻生物柴油已经成为当今世界的研究热点,2007,年,10,月荷兰,AlgaeLink,公司成功开发出,新型微藻光生物反应器系统,重点项目,代表公司,商业案例,欧盟,“,藻类生物燃料计划”耗资,5000,万美元,2020,年,实现利用藻类生产运输燃料,英国藻类生物燃料公共资助项目（,2600,万英镑）,荷兰,AlgaeLink,公司,新西兰,Aquaflow,生物经济公司,AlgaeLink公司,：工业化藻类培养设备和藻油加工技术的跨国公司,日本,“,地球研究更新计划技术”耗资,3,亿美元,2010,年,-,微藻将,CO,2,转化成燃料乙醇,DIC,集团,开发出利用微藻将,CO,2,转换成燃料乙醇的新技术,中国,“,微藻生物柴油成套技术”,“,CO,2,-,油藻,-,生物柴油关键技术研究”,“微藻二氧化碳减排技术研发及示范”。,兆凯生物工程研发,中国石化等,新奥绿色能源公司,08,年新奥公司微藻固定,CO2,生物柴油年中试成功，,利用管道式及平板式光生物反应器从事能源微藻培养的中试、能源微藻分子生物学改造等,世界各国研究现状,微藻生物能源研究历史及现状,二战期间和二战之后,德国和美国就开始研究利用微藻油脂作为食品和燃料的代用品,;,五十年代中期,对绿藻和硅藻在胁迫条件下中性脂肪的积累进行了广泛的研究,;,的七十年代,由于能源危机和阿拉伯国家实行石油禁运,美国能源部支持了一项微藻,-,燃料研究、开发项目”微藻废水处理,-,生物质,-,甲烷气生产”,;,1978,年,-1996,年：美国,ASP,计划（耗资,2500,万美元）,2006,年下半年：因油价上涨等因素，微藻能源掀起研究热潮,2009,年：美国组织大量专家提出藻类生物燃料技术路线图,2009,年：,中国科技部微藻能源探索性立项,2010,年：,973,立项,现状：大多在实验室研究、少数开始进行初步的中试研究,（无实验数据报道），尚无规模化的微藻能源制备系统方面的报道,2007-2009,年,NATURE,、,SCIENCE,上发表,5,篇微藻能源的评论,2001-2010,年微藻能源学术论文统计,2010,年,1-5,月,埃克森美孚启动微藻生物燃料,课题组,研究领域,清华大学吴庆余课题组,异养培养产油小球藻、油脂提取和生物柴油加工研究。,国家海洋局第一研究所郑力课题组,从事能源微藻藻种筛选等。,暨南大学张成武课题组,从事能源微藻藻种筛选、规模培养等。,中国海洋大学潘克厚课题组,从事能源微藻藻种筛选、分子生物学改造等。,中科院海洋所、南海所、武汉植物所、武汉水生所、青岛生物能源所、遗传与发育所,从事油藻藻种筛选与分子生物学改造、大规模培养等。,中科院过程工程研究所丛威课题组,从事光生物反应器与微藻培养技术研究。,中科院大连化物所张卫课题组,从事微藻产氢及微藻培养技术等研究。,北京化工大学谭天伟课题组,近年开始从事微藻及其和微生物联合培养等研究。,南京工业大学黄和课题组,近年开始从事微藻培养研究，光生物反应器和高密培养的工作,南京农业大学王长海课题组,从事海洋微藻生物技术方面的研究工作,厦门大学高坤山课题组,从事微藻光合作用机理方面的研究,华东理工大学李元广课题组,从事微藻高密度高产率培养技术、新型光生物反应器开发与产业化研究。,国内主要的研究单位,微藻航空生物燃料,生物柴油,(Bio-diesel),航空生物燃料,(Bio-jet fuel) (Bio-kerosene),据美国,NREL,的数据估算，利用油藻生产生物柴油替代全美运输燃料仅需,少量荒地（约,6000,万亩）,。,2007,年，美国启动了,微型曼哈顿计划,，预计到,2010,年实现藻类产油工业化，达到每天产油百万桶的目标。,青岛所与波音公司联合研发微藻航空生物燃料,据英国,独立报,2010,年,6,月,10,日报道，空中客车公司“新一代钻石,DA42”,飞机，用,100%,微藻生物燃料,作为驱动燃料，在,6,月,8,日开幕的,柏林国际航空航天,展览会上,完成首飞,。,首次证明了,微藻生物燃料,完全可以独立,为飞机的飞行提供燃料,（,碳氢化合物,1/8,、氮氧化合物,60,%,、硫氧化物,1/60,）。,加速了微藻能源产业化开发进程,Powered by 100 percent algae biofuel,微藻生物燃料已成功应用于航空,第五章 微藻生物能源,1.,背景介绍,2.,产业化关键技术,3.,微藻生物炼制,4.,我们的工作,微藻生物能源技术路线图,微藻生物能源技术路线图,关键技术,1,：优质种质资源的选育,1,、优良藻种的标准和遗传基础？,生长快、适应性强、油脂含量高、高效固,定,CO,2,、适合处理污水、易采收, ,，如何考虑遗传稳定性？,2,、诱变育种或基因工程改造的基础？,自然种、纯系？基因工程菌性能要求？,日本国际贸易和工业部资助了一项名为“地球研究更新技术计划”的项目，,耗资近,3,亿美元，分离出,1,万多株微藻,。,1978,年到,1996,年美国能源部开展了“水生物种计划”（,The Aquatic Species Program),，,在,20,年的时间内从,3000,株藻种中选出了大约,300,株的高效产生物柴油藻种,微藻种类丰富，广泛分布于淡水和海水中，全球已经鉴定的微藻大约,有,60,000,种,!,而且其数量还在不断增加,!,美国加州大学伯克利分校,Niyogi,教授实验室以此筛选出模式生物,莱茵衣藻和拟南芥的大量突变株， 并,建成了这两种模式生物的全球性突变种质资源中心,（,Niyogi et al., 1997; Siripong et al., 2002; Nakajima et al., 2004,）,Mussgnug,等利用,RNA,沉默技术下调莱茵衣藻中捕光色素蛋白复合体蛋白的表达量，,构建的工程微藻在液体培养中，对光损害的抵御力增强，并增加了光的穿透能力,(Mussgnug et al., 2007),。,Li,等将不合成淀粉的莱茵衣藻突变株中,ADP,-,葡萄糖焦磷酸化酶缺失后，,油脂含量提高,10,倍,（,Li et al., 2010,）,真核微藻基因工程的瓶颈,工程微藻,研究的热点,关键技术,2,：规模化培养,1,、自养培养的物质和能量转化及环境调控规律，微藻产,/,储油机理？,对高密度培养条件的响应，,物理、化学胁迫, ,2,、培养条件对微藻生长和繁殖特性的影响及其变化规律？,反应器、跑道池、大池；自养、异养及兼养,.,微藻生长与油脂积累受到非,生物因素,（包括光照、温度、营养、溶氧浓度、二氧化碳浓度、,pH,、盐度、培养液中的有毒成分）、,生物因素,（包括细菌、真菌、病毒及其他微生物的污染）以及操作因素（包括搅拌产生的摩擦力、稀释率、收获方式）等的影响,（,Soletto et al., 2008; Mata et al., 2010; Packer, 2009,）。,能源微藻光合固碳与油脂积累的协同提高途径的基础研究,光合固碳与油脂积累图,微藻高密度培养与环境因子胁迫产油,核酮糖,-1,，,5-,二磷酸,CO,2,+H,2,O,3-,磷酸甘油酸,1,，,3-,二磷酸甘油酸,甘油醛,-3-,磷酸,二羟丙酮磷酸,1,，,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰,-CoA,丙二酸单酰,-CoA,乙酰,-CoA,乙酰,-ACP,丙二酸单酰,ACP,乙酰合酶,乙酰乙酰,-ACP,D-,-羟丁酰-ACP,，,-反式-羟丁酰-ACP,丁酰,-ACP,软脂酰,-ACP,软脂酸,代谢工程手段提高微藻油脂含量,油脂代谢途径调控，,提高藻油脂含量。,研究光合作用，,提高藻生物量,光生物反应器,微藻培养的核心技术,微藻研发过程中存在较多的技术难点，其中,缺乏高效、节能、技术成熟的光生物反应器作为研究基础,，其极大的限制了微藻能源的研发和规模化发展。,这主要是由于微藻光生物反应器设计，涉及较多学科的交叉，目前的研究没有从深层次系统地理解和掌握其设计的基本科学原理和规律，因此难以形成解决关键问题的核心技术。,什么反应器适合微藻培养,螺旋式反应器,厢式反应器,管式反应器,膜式反应器,跑道池式反应器,问题：,目前各国已设计出数种反应器，什么反应器适合微藻高效培养？膜式？跑道池式？,光反应器存在结构设计不合理，光照分布不均匀，光能利用率低，光合效率不高，,CO,2,利用率不高等问题，这阻碍了藻细胞密度的提高，进而提高了微藻生物能源的生产成本，为生物柴油的规模化生产带来了困难。,光生物反应器设计核心问题,光源,细胞浓度,(g/L),光照距离（,cm,）,A Light Distribution Model for an Internally Radiating Photobioreactor,光衰减图,关键技术,3,：采收和综合利用,1,、面向规模化的低成本高效率采收？,藻体细胞的理化性质影响，,低成本，高效采收方法,.,2,、微藻资源的综合利用？,藻体多元特性，能源化利用，高值化利用,.,3,、面向规模化应用的系统集成？,物质、能量衡算，经济效益,社会效益，环境效益，,全生命周期分析,微藻生长特性对采收的影响,微藻细胞表面积对絮凝采收的影响,微藻油的提取是降低成本的关键,油脂提取传统方法,(Bligh and Dyers method),高能耗,CO,2,+H,2,O,微藻生物质,油,微藻油脂提取方法的高能耗，大大降低了其实用性。微藻油脂提取过程的能耗占整个微藻油脂生产过程的,3050%,。,第五章 微藻生物能源,1.,背景介绍,2.,产业化关键技术,3.,微藻生物炼制,4.,我们的工作,高成本是目前微藻生物柴油商业化的主要障碍,降低生产成本是实现微藻生物柴油工业化的关键。,成本,20000,元,人民币,/,吨,售价,8000,元,人民币,/,吨,微藻生物柴油,柴油,微藻固定,CO,2,成本高,将我国每年排放的大量废水和废气的处理与微藻培养相结合，实现废弃物资源化，同时降低微藻培养的成本。,N,、,P,、,K,等,CO,2,数据来源于中国期刊网,降低微藻生物柴油商业化成本的出路,废弃物资源化利用,废水,废气,微藻能高效利用光能、,CO,2,、废水资源和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质。,CO,2,藻,藻 体,色 素,维生素,酶,多聚物,油 脂,Benemann et al.1987;,Cohen,1999;,Skulberg,2000,微藻生物能源副产高附加值产品,微藻生物炼制技术,降低微藻生物柴油商业化成本的出路,有机相,提取,提取,水相,多次循环抽提,色素,油脂,生物柴油,蛋白质,多糖,维生素,核酸,叶绿素,类胡萝卜素,虾青素,能源,食品,医药,农药,化工,饲料,EPA,DHA,PUFAs,人尽其才，物尽其用,物尽其用，吃干榨尽,建立了微藻的油脂、蛋白、多糖分析方法,建立了藻体的微藻油脂组成分析方法,对不同的油脂提取方法进行了研究评价,微藻的综合利用,能源化、高值化,利用微藻代谢产物生产医药和农药中间体、食品添加剂、日用化学品原,料和精细有机化工原料等精细与日用化学品，其市场潜力可达,4000,亿美元。,微藻某些代谢产物可用来生产医药与农用化学品,微藻原油,微藻糖,生物转化,尿素,乙醛酸,D-,海因酶,D-N-,氨甲酰酶,某些微藻具有合成生物基高分子材料的能力,我国塑料包装产量已超过,1200,万吨，但每年包装的废物利用率仅约,20%,。换句话说，有将近,80%,的塑料需要被处理、焚烧，对环境造成严重的污染,同时引起资源日益匮乏，微藻生物基材料具备生物降解和可再生等特性。,塑料,无纺布,聚酯纤维,包装材料,生物可降,解材料,（,PLA,PBS,PHA,）,地膜,第五章 微藻生物能源,1.,背景介绍,2.,产业化关键技术,3.,微藻生物炼制,4.,我们的工作,藻种的分离纯化,考察,取样,分离,纯化,培养,藻种,1,、藻种的筛选与保藏,计算机辅助高产藻种筛选,计算机辅助筛选模型,通过计算机辅助优选的藻种，生物量提高了,2,倍,优良藻种的筛选与培养,微藻保藏方法的建立,、固体平板低温保种,保种时间为,2,年,；,、液体低温保种,保种时间为,1年,；,、液体常温保种,保种时间为,3个月,。,建立了,3,种保种方法,2.,建立面向微藻生物柴油生产藻种综合品质评价方法（整合了,17,种指标）,藻种品质评价指标非常复杂,“,借助数学的眼睛认识微藻”,模糊综合评价方法,三株微藻的微藻模糊综合评价结果表,在美国的能源部,2010,年提出的 “,Algae-to-Biofuel Production Pathways”,基础上，,制定了产生物柴油微藻藻种评价指标并根据微藻生物柴油开发的各个环节的要求,，将评价指标分为三组：产生物柴油微藻的生理、生化指标；产生物柴油微藻的培养工艺指标；产生物柴油微藻的后处理指标。,3,、微藻培养条件的优化,化学条件优化,CO,2,和,KNO,3,的三维空间响应曲面图,CO,2,和,KNO,3,的二维等高线图,优化前,藻光密度（生物量）为，,优化后,藻光密度（生物量）为，生物量提高,近,10,倍,。,3,、微藻培养条件的优化,物理条件优化,温度和光照的三维空间响应曲面图,温度和光照的二维等高线图,优化前,培养周期,25,天,，,优化后,培养周期缩短为,10,天,，培养周期,缩短,60%,。,废水资源化利用,COD,降,80%,以上,生物量增加近,20,倍,培养前,培养后,培养后,4,、通气速率对微藻生长和油脂积累的影响,Effects of different ventilation rates on,Chlorella vulgar,biomass,Effects of different ventilation rates on,Chlorella vulgar,lipid content,外置光源鼓泡式式光生物反应器,气升内导管式光生物反应,内置光源鼓泡式光生物反应,增加光合作用效率的方法：,截短光合系统的天线叶绿素等,可以使,光合效率提高,3,倍,适合的培养环境（例如管式反应器中氧胁迫的,解,除）,增加混合、合理的光暗循环（气体流速、气体分布器的结构与布置调整）,反应器的结构改造、反应器的放置角度调整,新型微藻生态光源,光生物反应器实现,5,、新型高效光合反应器的设计开发,气体分布器的改良和通气条件的优化,对于微藻规模化制备，从藻液中采收微藻一直是个瓶颈,本课题组，对金属盐、高分子聚合物、电场和超声絮凝进行了系统的研究,金属盐采收效果图,聚丙烯酰胺、壳聚糖,6,、藻体收集技术,试验号,超声功率,(W),间隔,时间,(s),超声时间,(min),温度,(),细胞,破碎率,(%),油脂含量,（）,1,1,（,200,）,1,（,5,）,1,（,10,）,1,（,30,）,384 C,9.120.97 C,2,1,2,（,10,）,2,（,20,）,2,（,50,）,534 BC,12.870.84 ABC,3,1,3,（,15,）,3,（,30,）,3,（,70,）,657 AB,16.221.62 AB,4,2,（,400,）,1,2,3,484 BC,11.650.54 BC,5,2,2,3,1,684 AB,16.511.31 AB,6,2,3,1,2,357 C,8.191.12 C,7,3,（,600,）,1,3,2,800 A,19.660.17 A,8,3,2,1,3,434 BC,10.671.12 BC,9,3,3,2,1,457 BC,10.962.17 BC,1,、液氮破碎效果最好，细胞破碎率达,100%,；破碎时间短，操作简单，是可以工业化的一种方法。,2,、,酶破碎效果较好，细胞破碎率达,90%,以上；操作简单，是一种潜在工业化方法。,7,、不同细胞破碎方法的比较,核酮糖,-1,，,5-,二磷酸,CO,2,+H,2,O,3-,磷酸甘油酸,1,，,3-,二磷酸甘油酸,甘油醛,-3-,磷酸,关键因子,温度,光照,pH,CO,2,关键酶,核酮糖,-,1,5-,二磷酸羧化酶,优化,优化,活化,增强光合作用，提高生物量,光合作用关键因子优化及关键酶活化后，生物量提高了,30%,8,、关键酶的代谢调控,二羟丙酮磷酸,1,，,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰,-CoA,丙二酸单酰,-CoA,乙酰,-CoA,乙酰,-ACP,丙二酸单酰,ACP,乙酰合酶,乙酰乙酰,-ACP,D-,-羟丁酰-ACP,，,-反式-羟丁酰-ACP,丁酰,-ACP,软脂酰,-ACP,软脂酸,乳酸,乙醇,丙酮酸激酶,脂肪酸合酶,调控代谢网络，提高油脂含量,抑制代谢旁路,代谢调控后油脂含量提高了近,20%,激活,激活,乙酰,o,羧化酶,8,、关键酶的代谢调控,碳链长,比例（,%,）,16,：,2,17.81,16,：,0,40.73,20,：,0,30.36,22,：,1,5.47,24,：,2,5.63,9,、小球藻油脂的,GC-MS,检测,小球藻含,16-20,碳链长的脂肪酸占总脂肪酸的,88.9%,，,是生物柴油的,良好原料。,我们的梦想,紫金山,固定,CO,：,480,万吨,/,年,释放氧气：,380,万吨,/,年,产生物质：,327,万吨,/,年,等量,CO,2,吸收,微藻,产生物质,: 100 g/L(,湿重,),培养周期：,10,天,反应器体积,:,910,3,m,3,用,910,3,m,3,微藻光合反应器“,固定一座,紫金山,”,。,绿色“大庆”的低碳生物经济构想,大庆油田,年产,3000,万吨汽柴油,绿色大庆,约年产,3000,万吨生物柴油,产,5,亿,m,3,生物燃气,产,3700,万吨蛋白饲料,产,800,万吨肉,等面积,饲养业、微藻工业和生物燃气联产，实现食品、副食、生物燃气、生物柴油的多联产，基本上消除了水污染，每年可净减排,CO,2,约,2,亿吨。,CO,2,排出,1,亿吨,吸收,1,亿吨,绿色油田计算依据,利用荒地养油藻（约含油脂,30%,，蛋白,40%,），生物柴油产量约为,万升,/,公顷，折合,47,吨,/,公顷,。同时，可联产蛋白饲料约为,63,吨,/,公顷,。,大庆油田的面积为,60,万公顷,，若养油藻可年产,生物柴油约,2800,万吨,，联产蛋白饲料约,3780,万吨,；,用上述蛋白饲料可饲养猪（约,300,公斤蛋白饲料,/100,公斤猪）约,亿头,。,通常猪出肉率约为,70%,，合计可产,肉约,880,万吨,。,一头猪可排放粪便,吨，约产沼气,4m,3,，,亿头猪所排粪便可产生约,亿,m,3,沼气,。,构建微藻生物经济产业链,微藻工业,废水,废气,饲料工业,能源工业,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,