如何从藻类提取生物柴油

‘壹’ 藻类吸收高浓度二氧化碳提炼生物柴油反应方程式

藻类吸收二氧化碳到提炼生物柴油不是一步得来的。

首先是吸收二氧化碳，也就是光合作用方程式，你应该知道；
其次是光合产物转化为油脂（TAG），这个还没有像化学反应那样的方程式；
最后提炼，一般来说细胞内有100%，现代化工技术能提炼出来的也不会低于95%。

不过我想你需要的可能是一下的信息：
微藻生物质中约40~50%（干重）为碳元素，这些碳元素直接来源于光合作用所固定的二氧化碳，每生产1吨微藻生物质，就可以固定1.5~1.8吨二氧化碳。而微藻生物质中的油脂成为可以达到干重的20%~60%。

‘贰’ 利用藻类提取生物柴油是怎么做到的

这个还只处在试验阶段，利用部分藻类含脂类高的特点，来提取、净化、临氢稳定等，短时间达不到期望值。说实话，是一个毫无前途的噱头。因为在这个方向上，至少要20年才可以实现，但20年后转基因工程的发展会不会出现超级脂类植物？？别忘记从藻类中制取受限于环境的

‘叁’ 用海洋藻类植物来生产烃类物质和生物柴油等生物燃料的技术基本原理是什么

就好比花生、油菜等高等植物可以将油脂（TAG）积累在细胞中，把这些油脂榨取出来，经过酯交换反应生成脂肪酸甲酯，就得到了生物柴油，所不同的是，高等植物的油脂存储在专门的器官中，而海洋藻类（一般提到的富油藻都是微藻）没有器官的分化，一个个体就是一个或者若干个细胞，这个细胞就是积累油脂的地方。

各种养分+太阳光能 --- （藻类植物的光合作用以及后续油脂合成代谢途径）--- 脂肪酸甘油酯 --- FAMES （生物柴油）

‘肆’ 请问世界上有成功运作的藻类生物柴油生产企业么

青青绿藻炼出滚滚“原油”——美国启动“微型曼哈顿计划”

据《科技日报》2007年2月15日报道：二次世界大战期间，美国有个着名的、研制原子弹的“曼哈顿计划”。如今，美国又出了个“微型曼哈顿计划”，不过，它的宗旨不是研制原子弹，而是向藻类植物要油，以帮助美国摆脱严重依赖进口油的能源窘境。不仅如此，这一计划更令人瞩目的是，它重新燃起了美国新一轮的藻类生物“原油”研发热潮。

藻类生物原油研究重受青睐

藻类是最低等、最古老的一类植物。虽说结构简单，它却能产出一种生物“原油”，这种生物“原油”相当于石油的原油，可用来提炼汽油、柴油、航空燃油，以及作为塑料制品和药物的原料。同时，多数藻类植物还能制造出大量的碳水化合物等中间产品，这些产品经过发酵处理可以转化为乙醇燃料。可以说，藻类植物与生物燃料“缘分”很多。

科学家们研究发现，从绿藻等藻类植物中提炼油还有很多优势，不仅产油效率高，工艺简便，而且整个产油过程非常清洁。首先，藻类植物对生长环境并不太挑剔，可以长在露天池塘里，也可以在农田的边角地段，它不会像玉米那样占用农田。第二，藻类植物可通过现有炼油设备产油，这些原油可进一步提炼成各种油品。第三，据测算，每英亩藻类植物产油的数量，要比目前作为生物柴油主要来源的大豆的多得多。第四，藻类植物能捕获电厂废气中的二氧化碳，有助于控制温室气体排放。美国圣地亚国家实验室的生物燃料与生物能源技术专家安德鲁•克瑞穆说：“藻类植物有产出大量石油的潜能。近期，我们可以利用藻类产出的生物原油替代一部分生物柴油，未来它们将可以替代更多的生物柴油。”

实际上，有关藻类作为一种生物燃料的研究已有多年。20年前，美国国家再生能源实验室曾对此项目进行了近10年的研究，只不过当时的结论并不令人满意。由于当时油价较低，藻类制油的成本没有竞争力，项目也于1996年被迫停止。

不过，如今的能源环保形势，包括居高不下的原油价格、新的技术进步，以及布什政府不断强调可再生清洁燃料等，这些重新激起了人们开发藻类生物燃料的兴趣，特别是高油价使得藻类制油的成本具有竞争力；新的基因和蛋白质技术能使人们更深入地了解藻类植物产油的机理，让它们产出更多的“原油”。另外，藻类植物又能有效地对付二氧化碳温室气体。

目前，在美国一些藻类生物燃料开发公司正在展示他们这方面的新技术，与此同时，一些大型的研究项目也开始启动，它们的近期目标是要让藻类生物燃料在2010年能替代上百万加仑的化石燃料。

“微型曼哈顿计划”引领潮流

“微型曼哈顿计划”就是上述项目中一个代表。倡导这一计划的“点燃燃料”公司，在公司网页上写到：作为美国国家实验室和科学家的联盟，他们此项计划的任务是实现到2010年让藻类产油的工业化，以及未来每天生产百万桶生物原油的目标。为此，他们将以美国能源部圣地亚国家实验室牵头，组织十几家实验室以及上百位专家参与来完成这一宏伟工程。

理论上说，如果种植2000万至4000万英亩的藻类，它们产生的生物原油总量可以达到目前美国原油进口数量，也就是说可以真正起到“替代进口”的作用。“点燃燃料”公司的目标就是要将这一设想变成现实。根据计划，一部分科学家将寻找并培育符合产油率高等条件的藻类植物；一部分科学家将致力于研究如何降低藻类植物生长及其收获成本；另一部分人则研究如何从藻类植物中提取油脂。

“微型曼哈顿计划”的出台带动了藻类生物燃料开发热潮。目前，除了“点燃燃料”公司之外，科罗拉多州的“索力克”生物燃料公司也正在开发类似的藻类制油工艺。不久前，尤他州州立大学的科学家曾宣布利用一种全新技术从藻类中提取出了油，并将其转化为生物柴油燃料，他们期望到2009年时能得到在价格上有竞争力的藻类生物柴油。该大学化学和生物化学教授斯费尔德表示：“藻类制油或许是人类在21世纪面临的最大的科学挑战。目前，有很多解决世界能源问题的想法，但是就是没有一个能长期使用。”

藻类制油工业化仍需努力

不过，像制造原子弹那样，藻类制油工业化进程也并不会一帆风顺，目前仍有一些技术问题需要进一步研发，特别是在为降低生产成本方面的需要解决的难题。

科研人员面临一个主要的技术挑战在于：一些藻类植物能够产出相当于其自身重量60%%的油，但这种情况只是当它处于“饥饿”状态时，才会出现。恰恰是在这个时候，这些藻类植物又会丧失其本来吸引人的优点，如具有快速繁殖及生长的能力。研究人员希望找到控制藻类植物产油的分子开关。如果一旦发现这样的开关，就可以生物方式干预其产油的过程，进而提高产油率，进一步降低成本。

随着藻类植物产油生物机理的了解，研究人员又发现另一个问题，也就是如何以低成本方式在露天池塘中培育藻类。一般说来，露天养殖很容易导致其他物种入侵，因此降低藻类的产量。生物燃料公司的科技顾问委员会主席大卫•金斯伯说，他们目前正在与圣地亚国家实验室以及国家再生能源实验室合作，期望能为藻类植物高产创造出良好的生态环境系统，这样系统让其所有营养物质转化为藻类植物易于吸收的形式，以此扼杀或阻止外来物种入侵。

同时，关于利用藻类植物收集二氧化碳技术的前途问题，绿色燃料公司最近公布的测试结果显示，当阳光合适的话，藻类能够吸收发电厂排出的80%%的二氧化碳，能有效地降低由化石能燃料燃烧直接排放的二氧化碳数量。不过，这一技术还有成本方面的问题。

藻类成为再生能源新突破点

目前，美国联邦政府对藻类制油项目的兴趣十分浓厚。据科学家艾瑞克•杰维斯透露，美国国家再生能源实验室将在未来6—12月内重新启动藻类制油研发项目。

专家们认为：布什在其国情咨文为美国设立了这样的宏伟目标，即在2017年，生产350万加仑的可再生燃料，替代目前20%%的汽油消耗量。这一目标对美国来说也是一大挑战，一方面，以大豆、玉米生产乙醇燃料争议不断，并且已导致了这些农作物食品的价格上涨，引起了墨西哥农民的抗议；另一方面，其他生物质能，如木屑、长草和纤维素等资源虽然比较丰富，但是需要特殊的加工工艺，尽管这些能源技术已在一些小厂开始示范，但并未能证明它们能有效商业化。在这样的情况下，美国也准备将寻找再生能源燃料的目光投向藻类植物这一新的能源突破点上。

‘伍’ 为什么用海藻也能提取石油

微藻作为一种绿色植物它能够吸收掉空气中的二氧化碳，随后还能通过自身的化学反应来转变成一种脂类的有机物。随后科学家们就可以通过这类含有脂类的藻类来提取石油！

世界能源主要来自石油，每年世界需要13太瓦的能源。而到2050年可能达到26太瓦。石油燃料昂贵，不可再生且产生温室效应。世界银行的经济学家NicholasStem说：“温度变化是世界经济面临的最大问题。”

Seefeldt和数位USU教授组成了一个小组，主要致力于利用农业废物或阳光等发展新的能源技术。美国Utah州通过Utah科学技术研究部门给予这一研究计划为期5年，总共6百万美元的资助。研究组目前已经开展了数项和工业界的合作关系，并且有一项专利已经通过，此外还有4项在审批中。Seefeidt最后说：“USU希望为解决世界能源问题作出努力。”

‘陆’ 如何从藻类提取生物燃料

藻类由于能自行再生,是采攫太阳能的一种很有吸引力的方法,它们可以生长在无利于生产粮食的地方,不需要清水甚至淡水.此外,与玉米或棕榈油之类的传统生物燃料作物相比,它们所需的空间远远要少得多.在有水的环境中,藻类吸收二氧化碳及阳光,产生一种油料,其分子结构与我们现在生产的石油产品类似,这意味着有可能利用现有的炼油厂将它转化成汽油和柴油,通过现有的管道进行运输,然后通过现有的加油站卖给消费者.文特尔表示,那里将测试培育及优化藻类的各种不同技术.这些技术包括开放式池塘养殖藻类,以及将藻类培植在密封管中的生物反应器技术.“我们将尝试这些不同的方法...用新发现的天然藻类测试出最佳可行的方法,以用于规模化生产模式中.”
文特尔花了数年时间,在全世界各个海洋用拖网捕捞各种浮游生物,以寻找在某种方式上可降低全球碳排放量的环保型微生物.他的发现包括那些可以把二氧化碳变成甲烷的生物体,这种生物体可以将电站排放的燃料废气制成燃料；以及另外一种能将煤变成天然气的生物体,这有助于加快某种自然进程,同时减少提取矿物燃料所需的能源以及燃烧时所造成的污染量.

‘柒’ 谁有更多关于水藻炼油的资料

全球气候变暖，科学家认为，这一切都源于人类过度使用石油。幸好，人类已认识到问题的严重性，科学家已在倡导使用绿色能源。美国人发现的一种"绿色"能源，是用水藻提炼燃油。科学家乐观地预测，只需种水藻提炼燃油，就能让美国摆脱对天然石油的依赖。

水藻很容易繁殖

科学家很早就提出用植物来提炼燃油，比如从油菜籽和大豆中提炼，这两种植物本来就可用来榨取食用油。另外一种可提炼燃油的植物是蓖麻。但无论如何，一般人很少想到用水藻来提炼燃油。

水藻由简单的水生有机体组成，通过光合作用储存光能，生产植物油。而植物油可被转化成"生物柴油"。

水藻有几个重要的优点，是许多其他植物不具备的：水藻可被种植在任何地方，且能迅速繁殖，更难能可贵的是，水藻几乎不需要特别的养分，需要的只是阳光、水和二氧化碳。它们不像其他植物那样，需要占用很大面积才能生长，而是可在立体空间里生长，因此能非常迅速地吸收营养。

有几个数字能证明水藻的优点。在美国，如果把所有从石油中提取的交通燃料换成生物柴油的话，每年需要1400亿加仑(1加仑≈4.55升)的生物柴油。而如果全部用大豆来提炼生物柴油，就需要30亿英亩(1英亩≈6.07亩)肥沃的土地来种植大豆；用油菜籽提炼的话，也得需要10亿英亩的土地。

不幸的是，整个美国只有4.34亿英亩农田，而且还需要留下一些土地来种植粮食。而水藻只需9500万英亩的土地就能满足需要。它们不需要肥沃的土地就能生长，可以种植在水塘里、袋子里或水箱中。这样一来，既可在沙漠中种植水藻，也能在产生很多二氧化碳的发电厂附近种植。

水藻这样变成柴油

吉姆·塞尔斯曾是一名工程师，如今成了一名发明家，他的"索利克斯生物柴油公司"，专门用水藻生产生物柴油。塞尔斯于2004年开始发展他的水藻燃料技术，不过他的灵感来自于美国上次面临的能源危机。1978年，当时的美国总统卡特制订了一个"水生植物计划"(ASP)，希望能从水藻中提取洁净的生物柴油代替汽油。根据卡特总统的要求，美国一些科学家开始研究这种技术。可是，用了约20年时间，花费了2500万美元，研究小组也并未从水藻中提取出具有使用价值的油料。1996年，克林顿政府取消了这一项目。但是，研究人员希望他们的工作不白费。ASP项目的科学家对自己的工作进行了总结，写出了详细报告，并把328页的报告上传到美国能源部的网站上。

一个偶然的机会，塞尔斯对水藻提取油料很感兴趣，他在网络上查到了那份被他称为"水藻圣经"的ASP报告。经过认真研究，他发现，ASP项目的科学家寻找到了一种能产油的水藻，但他们把这种水藻种在了露天池塘里，这当然比种植在像密封缸一样的封闭系统中要省钱得多，但野生水藻迅速入侵这些露天池塘，把科学家选出的特种水藻杀死。

塞尔斯找到了解决办法，他用透明的大塑料袋种植水藻，既能让充足的光线进入，又能防止其他种类的水藻入侵。他称自己的发明是大规模水藻"反应堆"。他用两条长350英尺(约为105米)、间隔3英尺的平行轨道固定大塑料袋，一旦水藻长成，就被送到炼油厂提取油料，然后再转化成生物柴油。

水藻不仅能生产绿色油料，更可吸收大量二氧化碳，净化空气，可说是一举两得。美国麻省理工大学的"绿色油料公司"正在进行这方面的试验，利用发电厂产生的二氧化碳来种植水藻。小规模的试验发现，这是一种可行性的概念，下一步要进行大规模试验。

N个"水藻油"问题

不过，要想进入"后石油时代"，让"水藻油"成为畅销产品，需要解决许多问题：水藻有许多种类，哪一种能提炼出最多油料？最好的种植方法是什么？当水藻大规模长成后，如何有效地提取油料？问题还不止这些，索利克斯公司一直在不停地研究，也不停地进行激烈的争论。

在生产"生物柴油"的过程中，第一步就是选择水藻品种。种植水藻是一个非常复杂的系统，每一个"水藻生长反应堆"本身都是一个小型生物圈，就像自然生态系统一样，每一种因素都相互依赖、相互制约，一种因素被改变，另一种因素就会出现混乱。水藻的生长速度极快，必须控制好数量，如果太多，阳光就会不够用，造成大批死亡，而如果太少，就达不到所需要的数量。

塞尔斯认为，要解决这个问题，需要借助计算机来控制水藻的生长速度，也就是控制营养成分。但这么精确地控制成本，反而会减少水藻业的经济利益，也会削弱与石油业的竞争力。

即使成功地收获了水藻，还要面临另一个难题，那就是如何把油提取出来。从大豆、油菜等植物中提取油用冷压法，但水藻中没有那么多的纤维，不能用这种标准的榨油方法。不过，从理论上说，从水藻中提炼油，并没有想象的那么难，参与过ASP项目的美国科学家证实，在绿色的水藻中加入化学添加剂，就可提炼出油来，在水藻浆中加入甲醇或者乙烷是目前最好的选择，相对来说，又有效又节省成本。但观察家对此有一种担心，那就是，这可能会影响土地和水的使用。

还有最后一个问题。像其他替代燃料一样，水藻炼油业的成功与否，要依赖石油的市场价格，如果每桶石油的价格跌到20美元，那么生物柴油工业就像无风的帆船一样不能运行了。

‘捌’ 藻类提取生物柴油的方法

藻类生产生物柴油不是“提取”，而是以藻类为原料，首先提取出其中的油脂，而后经过化学反应得到生物柴油。
目前采用的方法很多，比如超临界萃取，但是由于藻类浓度低，含水量大，因此提取技术成为制约藻类生产生物柴油的瓶颈技术。

‘玖’ 藻类总油脂的粗提取的详细步骤与所需试剂的用量

1．1 微藻培养与油脂制备
本实验选用的材料小球藻 ，由美 国 Texas大学提
供。小球藻置于 26℃(±1)光照培养箱 中通气培养 ，
光强为 40／zmol·m～·s～。自养小球藻培养在标准培
养基 中，通过光合作用进行 自养生长 ，从而获得绿色
的自养小球 藻。通过 改变标准 培养基 中的营养 成
分 ，即将 甘氨酸成分降至 0．1g·L～，另加入 10g·L
葡萄糖 ，原来绿色 的小球藻细胞 便通过吸收葡萄糖
进行异养生长 ，从而获得黄色 的异养小球藻。待异
养藻细胞生长到对数期后期时，离心收集藻细胞 ，然
后冷冻干燥并制备藻粉 。藻细胞 的脂类含量测定参
考 Miao等_6的方法。异养小球 藻油脂制备方 法是
先将藻粉于研钵 中碾磨 ，然后用正己烷抽提。微藻
油脂的皂化值 和酸值 的测定参 考 Vicente等 的方
法。

1．2 酯交换反应
由于微藻油脂的酸值较高(8．97mg(KOH)／g)即
含较多的游离脂肪酸 ，不宜使用碱催化，因此本实验采用酸催化(浓硫酸)酯交换反应制备生物柴油。反
应条件 设 定 如 下 ：4种 硫 酸 用 量 (为原 料 油 的
25％、50％、6o％、100％)；6种醇油物质 的量 比(25：
1、30：1、45：1、56：1、70：1、84：1)以及 3个温 度范 围
(30、50、90~C)。在所有实验中油的用量均为 9．12g。
反应混合物包括微藻油脂 、甲醇和浓硫 酸。反
应物加热至一定温度 ，并在所设置 的反应时间点终
止反应 ，然后将 反应液转 移至分 液漏 斗 中静置 、分
层 。

1．3 生物柴油产率的计算
将分层得到的上层粗制生物柴油先用等量的石
油醚洗涤 ，离心 12000r／min，10min，取上层 有机相并
用两倍体积的 50~C蒸馏水洗涤 ，然后离心 ，直至完全
透明。分离出上层透 明的油相 ，用无水硫 酸钠 干燥
后 ，在旋转蒸发仪上将石油醚蒸发干净 ，得到澄清透
明的产品生物柴油。将产 品生物柴油称重 ，并以所
用的微藻油脂重量为基准计算生物柴油 的产率。

参考文献:
1.缪晓玲 ，吴庆余.微藻油脂 制备生物柴油 的研究.太 阳 能 学 报.
第 28卷 第 2期
20O7年 2月