微藻生物能源及废水处理

微藻被认为是最有希望的生物质能源生产原料之一。微藻利用CO2合成油脂的产率大大超过农业油料作物,同时不竞争耕地。但是由于生产成本高,微藻能源仍然没有实现规模化生产。高效藻类塘技术利用微藻生长速度快、营养吸收能力强的特点,实现废水的高效处理。因此,将微藻生物能源生产和废水处理进行有效结合,能够降低生产成本,对实现微藻能源规模化生产具有重要意义。     

我国生物质能源现代化应用前景展望(二)——生物质制备液体燃料的转化途径

利用可再生生物质资源转化制备液体燃料已成为全球关注的热点。常见的生物质能源原料主要有草本植物、木本植物、微藻和脂肪类生物质资源,丰富的生物质资源为生物质液体燃料的生产提供了广泛的原料来源,也为生物质能源的多样性发展提供了坚实的物质基础。不同的生物质原料种类和转化方式可生产出性能各异的多种液体燃料,主要包括醇类燃料(乙醇、丁醇等)、烃类燃料和生物柴油等,由此构建出生物质转化制备液体燃料的转化途径网络。醇类燃料的生物质转化途径主要包括生物质直接发酵、生物质合成气发酵、生物质合成气化学合成等;烃类燃料的生物质转化途径主要有生物质液化加氢、微藻热化学途径、生物质合成气费托合成、生物质发酵脂肪酸加氢及油脂类加氢途径等;生物柴油的转化途径主要有油脂酯交换和微藻萃取酯交换。在这些液体燃料的转化途径中,只有生物质发酵制乙醇途径和油脂酯交换途径基本实现了商业化应用,其他大部分转化途径仍处于开发阶段。     

微藻规模化生产的关键问题

随着我国航空业的快速发展,航空碳减排形势严峻。航空生物燃料因其良好的减排性成为航空煤油的理想替代燃料,作为主要原料的微藻因具有产油率高、适应性强等优势,成为最有潜力的航空生物燃料原料。文章根据航空生物燃料产业化发展对于原料的选择和要求,探讨了富油高产微藻藻种的选育、规模化生产培养方式的选择、采收技术的改进、微藻航空生物燃料生产成本的降低以及微藻规模化生产适宜区域选择等关键问题,以寻求解决微藻实现规模化生产的路径,并提出相关建议,为中国以微藻为原料生产航空生物燃料产业发展提供参考。     

我国生物质能源现代化应用前景展望(三)——生物质能源转化技术经济评估

秸秆、动植物油脂、微藻等生物质原料可以生产液体运输燃料,生物燃料的化学成分包括醇、酯、烃三类。燃料乙醇主要替代汽油,受到各国重视,其中纤维素乙醇技术发展较快。脂肪酸甲酯是第一代生物柴油的主要成分,价格主要受油脂原料价格的影响,由于和柴油相容性差,低温流动性不好,将逐渐被加氢生产的第二代生物柴油取代。相比醇、酯等含氧燃料,烃类生物燃料在使用性能上有很多优势。有多条技术路线可以生产烃类燃料,其中油脂加氢制喷气燃料已接近商业应用,热解油加氢可将木质生物质原料中的"木质素"组分转化为生物油,大型快速热解工厂可以和热电联产装置组成联合系统,从而提高工厂综合热效率,降低生物燃料生产成本。因此,快速热解生产汽柴油将成为主要的生物燃料生产路线。生物质与煤共气化技术通过提高气化温度,不仅可以提高生物质气化效率,减少焦油的生成,还可以解决生物质供给的季节性问题,为生物质的高效利用提供了一条新的技术途径。微藻高压液化生产柴油是最具发展潜力的第三代生物燃料技术,我国需要加强微藻养殖及加工技术攻关。     

微藻生物能源研究现状及展望

能源是现代社会发展的命脉,目前仍以化石燃料为主,而对化石燃料过度依赖导致的能源危机和环境问题日益突出,人类需要寻找可再生的清洁能源作为替代能源。微藻作为可持续的生物能源原料,具有巨大的发展潜力。本文综述了微藻原料获取各环节的研究现状,包括微藻育种、规模培养和采收,并重点论述了微藻生物质转化为生物能源产品的研究进展,包括生物柴油、生物乙醇、生物燃气、生物油,同时指出了微藻生物能源未来的研究方向。     

能源微藻类生物质培养技术及能源物质形态构成

微藻生物能源研究已经成为全球生物质能源科技发展的趋势和热点之一。通过不断改进能源微藻类生物质培养技术,获得大量微藻生物质是微藻能源进行下游能源转化的前提条件。文章从藻细胞能源利用方式与能源微藻规模化生产角度,综述了能源微藻类生物质培养技术研究现状及藻细胞能源物质形态-细胞壁糖类与胞内油脂具体成分构成的研究进展,探讨了在实际户外规模培养中遇到的虫害问题。     

利用微藻热化学液化制备生物油的研究进展

微藻是制备生物质液体燃料的良好材料,利用微藻热化学液化制备生物油在环保和能源供应方向都具有非常重要的意义。目前国内外研究者主要采用快速热解液化和直接液化两种热化学转化技术进行以微藻为原料制备生物油的研究。快速热解生产过程在常压下进行,工艺简单、成本低、反应迅速、燃料油收率高、装置容易大型化,是目前最具开发潜力的生物质液化技术之一。但快速热解需要对原料进行干燥和粉碎等预处理,微藻含水率极高,会消耗大量的能量,使快速热解技术在以微藻为原料制备生物油方面受到限制。直接液化技术反应温度较快速热解低,原料无需烘干和粉碎等高耗能预处理过程,且能产生更优质的生物油,将会是微藻热化学液化制备生物油发展的主流方向,极具工业化前景。国内外研究者还尝试利用超临界液化、共液化、热化学催化液化、微波裂解液化等多种新型液化工艺进行微藻热化学液化制备生物油的实验研究。今后的主要研究方向应是将热化学液化原理研究、生产工艺开发、反应器研发、反应条件优化、产品精制等有机地结合起来,进行深入研究。同时应努力节约成本、降低能耗。     

我国生物燃料技术开发成果

正我国生物燃料产业经过十几年的发展,已经形成十几条技术转化路线,生物质气化-合成油、生物质裂解提质油、EL类生物燃油、生物MTG油、CBGTL油、藻类油/燃气、生物质气化-合成天然气等各种新型生物燃料有望在今后几年商业化。用生物质原料制合成气,目前已开发出多系列达到示范工厂和商业应用规模的气化炉。采用气化-合成工艺生产生物天然气,可用木质类和干秸秆类原料,突破了微生物发酵法对原料的严格限制。     

新一代生物柴油原料—微藻

随着能源需求的剧增,政府和企业积极开发可替代的能源资源。生物柴油现已成为国际上发展最快、应用最广的石油替代燃料。介绍了微藻作为一种新型的生物柴油原料具有来源广泛、成本低廉、清洁可再生等优点和影响微藻油脂积累的因素,展望了微藻生物柴油的发展前景,为我国生物柴油的发展提供参考。     

藻类生物燃料研究开发进展

藻类生物燃料作为一种非粮生物质燃料已成为当今的研究热点,具有广阔的发展前景,有可能成为未来最重要的可再生能源之一。介绍了藻类制备生物燃料的研发概况,综述了国内外研究开发历程与最新进展,分析了目前藻类生物燃料研究开发中存在的困难和问题,指出了当前和今后的研发方向。     

国内外生物航油研究现状

介绍了生物航油的特性、原料、生产方法及利用现状。用微藻生产生物航油是今后研究的主要方向,但微藻大规模培养、收集以及提取都存在问题,尚未工业化。植物油需要进行复杂的催化裂解处理,将高碳烷烃分解为低链烷烃;生物质可分解为合成气,然后以合成气为原料,利用费—托合成反应生产相当于煤油的航空代用燃料;热裂解利用生物质为原料,经快速热裂解生产液体产物,但整体产物中轻质烃的产率较低。     

第二代和第三代生物燃料发展现状及启示

第二代生物乙醇以生物质为原料,包括纤维素乙醇和纤维素生物汽油两种产品。目前已建有示范装置和/或工业装置的纤维素乙醇生产技术包括硫酸/酶水解-发酵技术、硫酸水解-发酵技术、酸水解-发酵-酯化-加氢技术、酶水解-发酵技术。业内专家认为,用酶替代硫酸水解是纤维素乙醇生产的发展方向。目前已经和准备进行示范装置试验的纤维素生物汽油生产技术包括快速热解-加氢改质技术和BioForming技术。第二代生物柴油主要以动植物油脂为原料,通过催化加氢生产非脂肪酸甲酯生物柴油,它是理想的优质柴油调合组分。生产第二代生物柴油的加氢技术包括加氢脱氧、回收丙烷和其他轻烃气体、脱水、异构化和裂化、蒸馏等5个步骤,主要有NExBTL可再生柴油生产技术、Ecofining绿色柴油生产技术、Haldor Topsoe可再生柴油生产技术、EERC可再生柴油生产技术。第三代生物燃料有两种:一种是以海藻油为原料生产乙醇、丁醇、喷气燃料和柴油,海藻培养(生长)和萃取海藻油是核心步骤,目前尚处于初期阶段;另一种是以生物质原料通过气化合成生产汽油、喷气燃料和柴油,重点是开发生物质气化技术,降低生产成本。我国应借鉴国外发展第二代和第三代生物燃料的做法,把技术开发工作做深做细做透,搞清楚原料的供应情况;目前我国生物柴油主要采用酯交换法生产脂肪酸甲酯,应考虑开发和采用加氢法生产第二代生物柴油,并努力扩大除麻风果油以外的原料来源;同时应加大海藻生物燃料和生物质气化合成生物燃料的开发力度。     

我国生物质能源现代化应用前景展望(四)——生物质能源转化生命周期分析

生物质种类不同,转化为运输燃料的途径也是多种多样,生命周期排放的温室气体和能耗也不相同。总结对比主要生物质转化途径的全生命周期分析(LCA)结果,有助于明确需要进一步改进的技术难题和方向。生物质转化为醇类燃料时,使用E85比使用传统汽油的碳排放明显下降,纤维素生化转化途径排放的二氧化碳当量值约为传统汽油的0.2~0.7倍,热化学途径约为传统汽油的0.6~0.9倍,玉米干法为传统汽油的0.8~1倍。油脂类生物质转化为酯类燃料时,生物柴油减排温室气体的效果,动物油脂地沟油、棕榈油豆油、椰子油菜籽油。动物油脂、地沟油生产生物柴油可减排温室气体70%~90%,以植物为原料的生物柴油可减排10%~90%。生物质转化为烃类燃料时,菜籽油基喷气燃料可减排温室气体13%~55%,F-T合成油比油脂加氢具有更好的减排效果,BTL通常可减排80%以上的温室气体,CBTL的减排效果与掺入生物质的比例有关,热解汽柴油的温室气体减排率为58%~70%。对于微藻生物燃料工艺过程,在微藻产率和含油量不太低的情况下,池子系统的温室气体排放低于石油柴油。     

生物醇油

生物醇油是以价格低廉、来源广泛的生物质原料CH3OH为主要原料,按特定工艺配方,经化学勾兑合成的1种高清洁生物质液体燃料。生物醇油很好的解决了醇基燃料热值的不足、用量大的历史问题,它首次解决了醇基燃料不稳定,易挥发、不安全的问题。     

现代生物能源第二波研发和产业化浪潮

液态和气态生物燃料一直是生物能源研发的"重中之重"。纤维素乙醇这种所谓的"第二代生物燃料"的开发热持续了近10年,但始终未能突破商业化生产的技术、经济瓶颈。物料预处理成本和酶成本过高,是木质纤维素乙醇产业化的两大根本性障碍,同时还存在着其他不确定性。而基于热化学平台和糖平台的新型液体生物燃料正在走上世界能源舞台。近年来生物质气化-合成油、生物质裂解提质油、EL类生物燃油、生物MTG油、CBGTL油、藻类油/燃气、生物质气化-合成天然气等各种新型的生物燃料不断涌现,而且研发和产业化速度很快,若干品种的研发已处于产业化的前夜,有望在今后2~4年内实现商业化。它们不但符合"先进生物燃料"关于碳减排的要求,而且还是所谓的"可直接使用生物燃料",即能以任何比例与常规汽柴油调合,或完全单独用于现有的发动机,无需像燃料乙醇那样必须有专用的储运设施。液态和气态生物能源正在迎接研发和产业化的第二波浪潮,中国在其中也占有了一席之地。在这样的大背景下,上述新型生物燃料的主要原料木质纤维素类物料的重要性将愈发凸显。     

巴西生物燃料技术现状与发展

巴西是世界上唯一一个大比例利用可再生能源来满足能源需求的发展中国家,在一次能源消费结构中可再生能源占到总量的45%,其在生物燃料方面的政策、技术及利用值得其他发展中国家参考学习。巴西生物质资源丰富,主要可分为甘蔗、玉米等富含糖或淀粉的作物,油料作物和其他油脂,木质纤维生物质以及废弃物四大类。由于原料种类多样,相应也有多种制取技术。其中,生物乙醇主要是从糖类和淀粉类作物发酵制取;生物柴油的制取工艺主要是酯交换反应;由于生物煤油的原料来源丰富,大多数生物质都可以用来制取生物煤油,因此工艺也较为多样;木炭是通过热解来生产;而固体生物燃料利用则主要是直燃和颗粒燃料。对于糖类发酵制备乙醇这种成熟技术,巴西积极培育探索新原料;对于生物柴油和生物煤油,巴西加大力度研究酯交换反应和加氢法、气化-费托合成法,同时也不忘探索其他原料;木炭虽然是巴西的传统能源,但由于毁林率偏高,将逐步淘汰;对于固体生物燃料,巴西利用固体成型燃料来增加燃烧效率,并积极与其他国家合作,以求缓解或解决燃烧后对燃烧炉带来的不利影响。     

生物质能不应被遗忘和忽略

<正>生物质能是人类使用的最古老的能源,是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源,其利用形式很多,如直燃发电、成型燃料、生物质炭、生物质燃气、生物沼气、生物质油、燃料乙醇、生物柴油等。然而在发展过程中,生物质能似乎没有得到其他可再生能源如太阳能、风能那般的重视,没能够享受到与之相同的待遇。甚至生物质成型燃料还一度被列为高污染燃料,限制其发展和使用。业内人士指出,其实生物质能是可再生能源中一种理想的清洁能源,同时还是可再生碳源,应受到重视,并被鼓励发展。     

我国生物质能源现代化应用前景展望(一)——生物质资源和供给

生物质能除了可以在改善世界一次能源结构、降低化石能源需求量方面做出重要贡献以外,还可在减少温室气体排放、保障能源供应安全、改善贸易平衡、促进农村发展和改进城市废弃物处理方式等方面发挥作用。目前全球每年一次能源消费总量为500EJ,生物质资源的年用量约占一次能源消费总量的10%左右,主要被用于传统的民用燃料和生产第一代生物燃料。第二代生物燃料技术预计将于2020年前后在一些国家实现工业化生产。IEA预测,2050年世界一次能源需求量为670EJ,生物质资源将占一次能源需求总量的20%左右。各方学者预测的2050年全球生物质资源量最低值基本在200~400EJ之间,最高值在400~1500EJ之间。中国的生物燃料产业尚处于起步阶段,不过应该说取得了良好的开端。我国生物质资源相对较少,且分布不均,发展生物质能产品需要依靠能源作物。只有通过合理开发、有效利用,才能在不与粮食和食用油争夺土地的前提下,在一定程度上提供生物运输燃料和生物质发电供热所需的原料,生物质能-农产品和/或生物质能-林产品联合生产系统应成为主要发展方向。美国生物燃料产业的发展模式对我国具有一定的借鉴意义。生物质最有效的利用方式是生产运输燃料,从长远来看,生物燃料可以与石油燃料竞争,尤其是喷气燃料和汽油更具替代优势,但受到生物质资源供应量的制约。     

航空生物燃料制备技术及应用前景

利用生物质合成的航空生物燃料与化石航煤接近,可直接替代化石航煤,无需开发新的燃料运输系统,是实现航空业碳减排并降低燃油成本的重要措施之一。目前制备航空生物燃料的技术主要有油脂加氢、生物质气化-费托合成、生物质水相催化等,其中油脂加氢技术工艺简单、技术成熟度高,但受制于原料供应量及价格因素的限制;生物质水相催化合成生物燃料技术虽然尚处于小试研究阶段,但由于其原料来源广泛、工艺条件缓和、产品分布灵活可控,未来具有一定的发展前景;生物质气化-费托合成技术工艺较为复杂,操作条件苛刻,但该工艺较为成熟,副产品可直接进行综合利用,与现有石化装置可进行一体化建设,且农林废弃物等生物质资源量大、供应充足。因此,生物质气化-费托合成技术将成为未来的主要发展方向,尤其适合我国国情。我国发展航空生物燃料具有良好的人力资本和社会需求,应创建以企业为主体,研究机构、大学、政府部门、科技中介、金融组织共同参与的生物燃料创新体系,努力强化自主技术研发;同时要加大政策支持力度,可考虑将航空碳税补贴给航空生物燃料企业。     

微藻生物柴油发展与产油微藻资源利用

生物柴油作为目前全世界正积极推进的可再生能源项目,与清洁核能、风能、光伏发电等将成为人类21世纪的主要能源构成.产油微藻作为生产生物柴油的原料与其他原料相比具有较大优势,在解决成本及生产环节的瓶颈问题后,必将成为生物柴油的主要原料来源.文章探讨了生物柴油的研究现状和微藻生物柴油的优势:微藻商业化生产的主要方式:开放式跑道池、管道式光生物反应器的特点;微藻生物柴油产业链的形成及对促进生物柴油产业商业化的影响.