简单的藻类生物能够产生可收获的生物质，并可将其转化为燃料和其他产品。沙特阿美公司最近发布消息称，他们已成功利用藻类生产出第一批生物原油。该公司正与其他研究人员和公司合作，探索利用废水和海水微藻生产和利用低碳燃料的方法。
利用废水和海水微藻制造低碳燃料：研究目的
为了解更多可用于生产环保可持续能源的替代液体燃料，并确定微藻生产能源的需求以及生物燃料的类型。
- 根据 Kleinova 等人的研究，生物柴油源自产油微生物。它们被用作生产柴油和石油的重要可再生替代品。
- 另一个 德米尔巴斯的研究 这表明只有微藻才具有可再生生物柴油的潜力，可以满足全球运输需求。
什么是微藻？
它们是世界上最小的无根无叶植物，可以产生我们呼吸的一半以上的氧气。此外，它们还是生物活性化合物的宿主。
微藻的特征
- 一般来说，藻类 分为两组 即真核生物和原核生物。微藻是现存最古老的物种。
- 他们 具有光合作用机制 与其他由叶绿素构成的植物的叶绿素类似。
- 微藻以水悬浮液形式培养，可以更多地接触水、营养物和二氧化碳。
- 决定其分类的因素是其色素类型、化学成分、细胞壁成分和形态特征。
- 他们有 为多种来源固定二氧化碳的潜力 如可溶性碳酸盐、大气和工厂废气。
微藻的种类
- 他们可以 异 如果他们使用有机化合物进行开发。
- 自养，如果它们从无机化合物中获取碳。
- 它们的特点是 自养 当他们使用光作为能源时。
- 类似地，混合营养微藻 光合 因为它们在光合作用中结合了自养和异养。
利用微藻生产生物燃料的挑战
利用藻类生产生物燃料虽然具有诸多优势，但加工成本较高，竞争力较低，是其大规模商业化的关键障碍。
- 通过藻类建立生物燃料生产产业并确保成本竞争力是一项 主要挑战.
- 按照 琼斯和梅菲尔德的研究到2030年，约6%的总能源需求将由生物燃料满足。
- 一些研究人员认为，用于生产生物燃料的微藻含有大量来自微藻的脂质。下表显示了上述数据。
| 微藻 | 产量（克/升/天） | 参考 | |
| 油脂 | 生物质 | ||
| 蛋白核小球藻 | 39.0 | 0.35 | 提高蛋白核小球藻脂质的生物柴油生产率... |
| 小球藻寻常型 | 0.148 | 0.37 | 小球藻菌株热值增加... |
| 小球藻寻常型 | 0.14 | 0.24 | 微藻生长，热值增加... |
| 小球藻 | 0.122 | 0.36 | 微藻生长，热值增加... |
| 小球藻 | 0.157 | 0.25 | 小球藻菌株热值增加... |
| 微小小球藻 | 0.0912 | 0.16 | 小球藻菌株热值增加... |
| 原壳小球藻 | 1.6-1.7 | 3.6-4.1 | 以菊芋为原料生产生物柴油... |
| 原壳小球藻 | 1.24-4.16 | 2.4-7.3 | 微藻小球藻的高密度发酵... |
| 原壳小球藻 | 0.27-1.06 | 1.93 | 利用微藻生产高品质生物柴油... |
| 原壳小球藻 | 0.56 | 0.93 | 蛋白核小球藻微生物产油研究... |
| 原壳小球藻 | 0.654 | 1.3 | 原壳小球藻的异养培养... |
| 布朗葡萄藻 | 0.029-0.064 | 0.16 | 收集菌株的脂质和碳氢化合物组合物... |
| 微拟球藻属 | 0.142 | 0.48 | 眼点拟微球藻的脂质积累和二氧化碳利用... |
| 微拟球藻属 | 0.204 | 0.3 | 微藻产油：菌株筛选、脂质合成诱导... |
| 新绿藻 | 0.0126 | 0.055 | 利用 Neochloris oleoabundans 进行生物质和脂质生产的研究... |
| 裂殖壶菌 | 0.22-0.54 | 0.186-2.0 | Schizochytrium limacinum SR-21 作为二十二碳六烯酸的来源... |
| 斜栅藻 | 0.27 | 0.15 | 微藻斜生栅藻作为生物柴油生产的潜在来源... |
根据一项研究，巨型砗磲可以提高太阳能的利用效率。
生物燃料生产微藻涉及的步骤
这包括2 个主要步骤，每个步骤又包含各种子步骤。
藻类培养
藻类生长周期为1至10天，可进行多次收获。这些微生物甚至能在干旱贫瘠的土地上生长。此外，某些藻类的生长速度可达粮食作物的20至30倍。本研究探讨了开放式池塘养殖，因为它是最常用的养殖方法。
开放池塘养殖
选择合适的藻类生物质培养和收获技术至关重要。由于经济因素，目前工业规模的开放式池塘是唯一选择，因为它们结构简单。这类池塘通常呈池塘或跑道状，通过扩散作用从大气中收集二氧化碳。该系统可进一步分为三种类型：圆形池塘、跑道池塘和无搅拌开放式系统。
限制
这种方法会导致水分因蒸发而流失，且生物量产量低。此外，某些脆弱的藻类物种无法在这种环境下生存。开放式池塘养殖法仅适用于阳光充足、水源易得的地区，尤其适合沿海地区。
封闭式栽培系统
由于开放式系统资源有限，因此开发了封闭式光生物反应器（PBR）。封闭式系统中环境与培养基之间没有直接相互作用，从而为藻类培养和收获提供了相对稳定可靠的环境。
封闭系统可生产有价值的产品和精细化学品，用于多种用途。生物制药、化妆品、生物燃料和人类保健品都是由它们制成的。平板、垂直管、水平管和搅拌罐是封闭培养方法的类型。
限制
由于该系统涉及工艺参数控制、气密性和传质等因素，因此成本较高。此外，闪电探测系统需要消耗大量能量，导致其效率低下。鉴于其局限性，该系统的商业化应用面临诸多挑战。
利用纳米添加剂快速培养微藻
最近一些研究人员在微藻培养的不同阶段应用了纳米添加剂。他们的重点是提高生物质和副产品的开发效率。
- 纳米管和纳米纤维等涂有酶的纳米材料可以 用于固定. 某些碳结构（例如碳纳米管和氧化石墨烯）有可能为酶提供稳定性和活性。
- 此外，纳米粒子还被用于 增加生物燃料和生物质产量.
- 据研究人员介绍，可以通过以下方式提高微藻生物量 20-30％ 采用纳米粒子应用。
- 基于砷化铝镓的LED已被用于扩大藻类培养规模，从而实现更高的生物量产量。
- 藻类培养过程中也使用光纤来提高生长效率并节省照明成本。
运输部门的生物燃料
生物燃料在这里很重要，因为它有助于满足日益增长的燃料需求。它们是比化石燃料更好的替代品，对环境也更有利，因为它们产生的二氧化碳排放量更少。这反过来又减少了温室气体排放，使应对气候变化变得更容易一些。来自旧藻类沉积物的汽油是一种有限的来源，而且越来越昂贵，可能即将耗尽。
一项研究表明，微藻是极具价值的生物燃料来源。微藻能够积累和合成大量的中性脂质，这具有显著优势。此外，与油料作物相比，微藻可以全年生产，并确保每块种植面积都能获得更高的产油量。
一项研究表明，乌贼墨汁中的黑色素具有作为可持续生物质资源的潜力。
藻类在生物燃料生产中的重要性：多项研究的方面
大量研究证明微藻相对于其他陆生植物具有优势。
研究＃1
Jones 和 Mayfield 的研究表明，微藻可用于生产不同形式的生物燃料。例如，利用生物氢，通过微藻油的需氧消化生产甲烷。
研究＃2
Pienkos和 Darzins 的调查显示，他们观察到微藻这种单细胞生物可以利用高速技术进行复制，并能快速培育出变异菌株。该研究表明微藻具有环境友好性和易于培养的优点。此外，微藻的培养过程还能减少废物流。
研究＃3
根据Pittman等人的研究，微藻单位面积和单位长度的生物量产量最高。正因如此，它在可再生能源发电领域备受关注。微藻富含油脂和淀粉，无需专门的农田进行种植，也无需淡水即可生存。它很容易利用二氧化碳和废水进行培养。
研究＃4
根据Patil 等人的研究，微藻比大型藻类更具优势，因为后者灵活性较差，且加工方法单一。而微藻利用二氧化碳和阳光进行生产，可用于生产生物燃料、饲料和高价值生物活性产品。值得注意的是，微藻占全球碳固定量的 40% 以上，其中海洋微藻的生产力最高。
研究＃5
Singh 和 Olsen 的另一项研究表明，微藻生物质中碳的含量约为干重的 50%。藻类能够在短时间内产生大量的生物质，这是因为它们的枝叶和根系不需要纤维素。此外，利用微藻生产生物柴油的过程相对简单，包括收集、提取和转化为纳米催化剂，从而能够高效地生产生物柴油。而大型藻类含有多种脂类、碳氢化合物和复杂的油脂，这使得生物柴油的生产过程变得复杂。
以下是《2024-2050年全球能源展望》的简化解释版。
结语
微藻比其他陆生作物生长速度更快，脂质含量高，繁殖迅速。显然，没有任何单一策略能够提供有效的解决方案。因此，需要多种工艺相结合才能确保能源生产对生物燃料的依赖。确保藻类在生物燃料加工和油脂提取中的有效性至关重要。由此可见，利用废水和海水微藻生产低碳燃料可能是下一个最佳的可持续解决方案。
来源：微藻生物燃料的形成
