藻类吸收二氧化碳制油发电可行性研究.docx

关于电厂废气经藻类转化为油的可行性研究
张军
自 18世纪第一次产业革命以来,世界以惊人的速度消耗着各种化石能源(如煤、石油、天然气等) ,而化石能源的大量使用使人类面临能源短缺和全球变暖两大危机,因此开发可再生新能源和二氧化碳减排成为21世纪的重要任务。
电厂的废气主要包括二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,这些气体不仅污染环境,而且还会危及到人类的生存。本文就这如何利用藻类吸收二氧化碳制油,同时利用探讨如何消化吸收氮氧化物两个方面来阐述废气的利用的可行性。



微藻制油的原理其实就是利用光合作用,将二氧化碳转化为微藻自身的生物质从而固定了碳元素,再通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为油脂,然后利用物理或化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外,进行提炼加工从而生产出生物柴油。其示意图如下
图一微藻制油循环模式示意图
藻类制油的优势

微藻很像一个太阳光光能驱动的细胞工厂,可以源源不断地将CO2转化为潜在的生物燃料、食物、饲料以及高价值的生物活性物质。其中,最具有吸引力的是它潜在的生物燃料价值。由于微藻是单细胞结构,它用用极高的光能利用率和营养吸收率,微藻的生长和产油效率是油料作物如大豆的30~100倍。
作物产油率(升/公顷)
玉米 145
大豆 446
红花 779
向日葵 952
油菜籽 1100
油棕 5000
微藻 100000
通过对产油率的比较,我们可以发现微藻似乎是唯一的潜在的能完全替代化石燃油的来源。因为微藻不像其它油料作物,它生长极快,而且大多数微藻含有丰富的油脂。微藻含油量最高可以达到生物质干重的80%以上,含油水平在20%~50%。
对环境有益
微藻可以旺盛地消耗高浓度的CO2和NO2,这些火力发电厂的污染物则是微藻的营养。来自化石燃料发电厂的废气可以直接通入微藻生产设备,此举既能显著地提高生产能力,还能清洁空气。微藻利用光合作用固定CO2,将光能转化为化学能的形势储存于油脂,我们利用油脂生产生物柴油,燃烧后产成CO2和水,这一过程完全符合节能减排的要求,且CO2又可被藻类利用。
不占用耕地
微藻生长不会与农业产生竞争关系,它的生产设备可以是封闭的而且不需要土壤,与传统农业相比节水99%,可以建在远离水源的非农业土地上。有些微藻还能在盐碱环境下生长,所以一些盐碱化土地也能用作培养微藻的场所。


美国可再生能源实验室(NREL)曾经做过大量藻类生物柴油的研究,但是一直未开发出商业可行的技术。在本世纪初,国外有三家企业制造了真正可持续运作的商业化光生物反应器,它们是德国的Okologische Produkte Altmark GmbH(OPA)、美国夏威夷的Micro Gaia, Inc和Aquasearch Inc。
OPA在沃尔夫斯堡附近的克勒策建造了700m3工厂,投资额约为1600万德国马克。2000年6月,这家目前最大的工厂开车运转,前期仅用了7个月来规划和施工,其设计思路基于Pulz及其合作者开发的专门技术。由于OPA在当地还利用松树木屑堆肥生产人造泥煤,因此他们打算将