生物柴油技术 生物柴油的制备技术3篇
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生物柴油的制备技术1
动植物油脂的主要成分是甘油三酸酯，通过酯交换法制备的脂肪酸单烷基酯，工业上应用主要是脂肪酸甲酯，俗称为第一代生物柴油。生物柴油是指天然油脂制备的柴油，也可以是其他柴油，若以动植物油脂为原料通过加氢裂解工艺生产非脂肪酸甲酯生物柴油，称为第二代生物柴油。若以脂肪酸甲酯为代表的生物柴油需达到“GB/T20828-2007柴油机燃料调合用生物柴油（BD100）”标准指标；若是非脂肪酸甲酯生物柴油需达到石化柴油相应的《轻柴油》（GB252-2000）技术要求指标。
一、第一代生物柴油发展现状及酯交换法工艺存在的问题
各种动植物油、草本植物油、木本植物油、动物油、废弃油脂（如地沟油、泔水油）、藻油等都可用来加工生物柴油。
生产生物柴油主要采用动植物脂类的可再生资源，能够通过各种催化和化学方法转化为适宜碳链长度的可再生液体燃料。目前利用油脂制备液体燃料的主要方法是酯交换法，经过多年的发展，酯交换法已形成比较完备的技术体系，在欧美国家主要以大豆油、菜籽油生产生物柴油，生产工艺相对成熟，产品质量稳定，已部分进入石油市场弥补石化柴油的不足。
我国不同于欧美国家，我国人多地少的国情，决定了生物柴油原料的发展应遵循“不与人争粮，不与粮争地”的原则，利用非粮作物和林木质物质生产生物质液体燃料。近期主要利用回收的废油脂生产生物柴油，目前已经形成产业，我国每年产废油脂的数量是巨大的，利用大中城市回收的废油及餐饮废油制备生物柴油，以此废油作原料可以降低生物柴油生产成本；又是综合利用工业废油及其他废油，使废物资源达到经济与环保的目的。
发展生物柴油产业可以增加一条由可再生资源生产清洁柴油的渠道，但是其瓶颈问题是产品的质量和价格，不能参与石油市场竞争，与石化柴油缺乏竞争力。所以积极开发降低生产成本，提高油品品质的研究，采用廉价的原料，通过技术创新、生产工艺进一步优化、改进、提高产物综合利用值，以获取低成本、高质量的生物柴油，是我国生物柴油生产技术的发展趋势。生物柴油生产工艺及采用原料可导致生物柴油生产成本有较大差异，在一定程度上限制了生物柴油技术的推广及应用，因此在制备工艺及配套装置上，着重研究适合各种不同的原料，特别是对于游离脂肪酸含量较高的油脂，如各种餐饮废油、地沟油、酸化油等，不能直接通过酯交换反应制备生物柴油而开发出比较适宜的技术先进适用和经济有利合理的工艺路线，不但能够增加新建生物柴油企业的经济效益，还能够推动生物柴油产业的大力发展，普及应用。
目前动植物油脂通过酯交换法制备的脂肪酸甲酯，即第一代生物柴油存有原料利用品种单一、工艺复杂、设备繁多、反应过程使用过量甲醇，后续工艺必须有相应的甲醇回收装置；能耗高、色泽深；油脂原料中的游离脂肪酸及水严重影响生物柴油的收率及品质；油脂中的不饱和脂肪酸在高温下容易变质，酯化产物难以回收；成本高，生产过程有废碱液、废酸液排放造成环境二次污染等问题。常规工艺制备的脂肪酸甲酯，由于自身性质决定的缺陷在实际应用中还存在一定的问题：如①低温流动性差，冷凝、冷滤点较高，不能在气候寒冷地区及冬季使用；②分子结构中含有氧官能团造成热值较低，通常比石化柴油低9%13%；③黏度较高，为5-10mm/s-1，在柴油中输送困难，使其供油不充分；④密度较高，为/g，易造成不完全燃烧；⑤储存稳定性差，容易发生氧化变质等问题。又因动植物油脂资源少、价格高，制约了生物柴油的实际应用及产业化的大力发展。
天津市迪创生物能源科技有限公司研发的“环保型提炼清洁液体燃料真空催化改质装置”是具有自主知识产权的生产第二代生物柴油的技术装置，解决了上述的这些问题。
二、第二代生物柴油转化机理
从总体来看，通过第一代酯交换工艺生产的脂肪酸甲酯，其对原料油品的要求较高，同时副产甘油，加大了产品分离的提纯难度，增加了生产成本，又由于第一代生物柴油在使用过程中的弊端，研究者们通过第一代生物柴油进行加氢脱氧，异构化反应，得到类似柴油的烷烃，形成了第二代生物柴油。与第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有优异的调和性质和低温流动性等特点，适用范围更广泛。国外已开始逐渐进入工业应用阶段，为生产超清洁柴油奠定了基础。在我国只停留在试验研究阶段，迄今为止还尚未有进入工业化生产的企业，第二代生物柴油是未来生物柴油的主要发展方向。
动植物油脂作为可再生资源，由于其结构特点中含有与柴油相似的脂肪酸长碳链，使其作为石油资源的替代品成为可能。
废油脂的主要成分还是动植物油的成分，动植物油中所含的脂肪酸（无论是饱和或不饱和）绝大部分为偶碳直链的，主要脂肪酸有C12、C14、C16、C18、C20和C22等几种，其他的脂肪酸含量很少，这些脂肪酸链长度与柴油碳数非常接近，这也是作为生物柴油的重要依据，而长碳链在高温条件下会发生分解、断链、产生小分子烃类。动植物油脂通过热裂解、催化裂解和催化加氢可得到烃类产物，能有效地利用油脂结构的特点，作为石化原料的补充，生产小分子的烃类等有机化工原料，或转化为新型燃料——生物柴油。这为废弃油脂的资源化利用又开拓了新的途径。
催化加氢裂解的过程是石油化工行业常用的工艺过程，对提高原料的加工深度，合理利用石油资源、改善油品质量，提高轻油收率等具有重要意义。第二代生物柴油利用催化裂解技术进行加氢处理，从而得到与柴油相似的烷烃。
动植物油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，在催化加氢条件下，甘油三酯、单甘酯及羧酸在内的中间产物，经加氢脱羧基、加氢脱羰基、加氢脱氧反应生成正构烷烃的最终产物是C12-C24正构烷烃，副产包括丙烷、水和CO、CO2。由于正构烷烃的熔点较高，使得所制备的生物柴油的浊点偏高，低温流动性差，再通过加氢异构化反应，将部分或全部正构烷烃转化为异构烷烃，从而提高其低温使用性能。
催化加氢裂解是指在高温、高压、有氢气存在的条件下进行加氢裂化，催化加氢裂解能够得到高品质的燃料油，其燃油性能甚至超过常规的石化柴油，但是加氢过程使用高热值氢气，自身就是高热值燃料，将其转化不可燃烧的水，不仅操作成本高，也是一种资源的浪费。目前在我国经济上可行制备生物柴油的主要原料是高酸价油脂、废弃动植物油脂，分布相对分散，原材料集中相对困难，而且设备投资大，比较适宜石化炼油企业大规模生产。因此该法在我国近期还不太适用，高温、高压、催化剂昂贵，不适宜中小型规模的企业采用。
三、供氢催化裂解改质工艺生产第二代生物柴油技术的先进性
催化加氢裂解是一种有应用前景的油脂转化燃料油技术，即生产第二代生物柴油的技术。是将生物油脂通过供氢催化裂解改质制备生物液体清洁燃料，是开发生物柴油替代燃料的又一条途径，是一种新能源的生产方式，与目前第一代生物柴油的酯交换法制备工艺相比较有其独有的优势。
根据中华人民共和国第专利，名称“环保型提炼清洁液体燃料真空催化改质装置”的实用新型专利技术，授权公告日：2010年1月27日，生产第二代生物柴油。该项专利技术被国家知识产权局评为“2011年度10项优秀专利”。
该装置是应用第二代生物柴油的转化技术提高油品质量的装置，克服了第一代生物柴油现有技术存在的生产成本高、工艺过程复杂，对环境造成二次污染的缺点；又因动植物油资源少、价格高，制约生物柴油的实际应用及产业化的大力发展。而第二代生物柴油研究的重点是扩大油脂资源和其他可利用资源的应用范围，根据原料的性质，提炼清洁液体燃料真空催化改质的转化方法和提高生物柴油油品品质的技术。
该装置是采用先进的催化裂解技术，将裂解釜中液相悬浮床流态化与精馏塔固定床催化改质提炼燃油耦合同一装置体系，将二步联产法工艺改为一步分流法，简化工艺流程，减少中间环节，有利于节能和节省设备投资；采用催化裂解、改性提质、技术先进适用，经济有利合理，从而获得符合国标的高品质清洁液体燃料。催化加氢脱氧，降低生物柴油的氧含量，提高其能量密度；加氢异构化，提高油品低温性能，同时保持高十六烷值、辛烷值，避免了传统工艺酯交换法的缺点。
采用供氢催化裂解改质是运用本装置的核心技术，是第二代生物柴油新的一种转化方式。本项目的供氢催化裂解技术不同于高温热裂解、催化裂解和催化加氢，有自己独有的优势。其特点是：在废油脂中加入一定量的具有供氢效果的化合物，也能起到氢气存在的同样效果，这些化合物能在热反应过程中提供活性氢自由基，有目的地抑制自由基缩合，从而提高裂化反应的苛刻度，增加中间馏分油产量。供氢催化裂解是在常规裂化工艺基础上加入具有供氢效果的溶剂，使反应过程中液体供氢剂释放出的活性氢与生物油脂热解过程中产生的自由基结合生成稳定具有协同效应的低分子，从而抑制自由基的缩合，可提高热裂解反应的速率，防止结焦，增加轻馏分汽油和中间柴油馏分的收率。
塑料是碳氢化合物，塑料裂解油中含有大量氢原子，H/C原子比相对较高，加热时挥发分也比较高，为了获得廉价的氢气，废塑油、橡胶油与废油脂加热共熔裂解，富有优势互补的协同效应，富含氢的塑胶中含氢基团在反应过程中会向动植物油裂解产物进行加氢转移，塑胶裂解油在油脂裂解中起着供氢作用，是主要的供氢者，油脂中的含氧化合物最容易加氢脱氧，很快反应生成烃和水，同时伴随脱羧基、脱羰基、异构化反应实现加氢裂解，使动植物油裂解为柴油，少量汽油馏分，具有很高的十六烷值、辛烷值和较低的硫含量和芳烃，可单独使用或与柴油任一比例掺合使用，是一种优质的石化燃料的替代品。该技术已在天津中试装置进行中试，其产品能达到国标要求指标，技术成熟。由于利用垃圾中的废料为原料，原料易得且价廉，既减少对环境的污染，又能获得可利用的丰富资源，生产成本较低，有巨大的经济效益和环境效益，目前在石油燃料市场竞争中有很强的竞争力。
供氢催化裂解工艺与酯交换工艺技术对比其先进性是：
1 用于制备生物柴油的原料：酯交换工艺对其原料中游离脂肪酸的质量分数要求最为苛刻，无论任何油脂都要进行脱酸、脱胶处理；供氢催化裂解工艺对原料中的游离脂肪酸要求最低，大部分油脂不需要脱酸、脱胶就可作原料使用，从而减少了脱酸、脱胶质对油的损耗，扩大了对原料的使用范围，更加适合我国生物柴油原料来源广、适用性强、性质不稳定和游离脂肪酸质量分数高的现状。该法具有很好的工业前景。
2 酯交换工艺合成的脂肪酸甲酯中含有氧和各种杂质，同时由于脂肪酸甲酯在化学组成方面不同于石化柴油，不能长期储存，在其与油接触时会使油污染，酯交换工艺合成的脂肪酸甲酯虽然低硫、低芳烃，符合其清洁柴油发展方向，但其比重大、热值低、稳定性差，不能扩大柴油产量和清洁油品升级换代，只能低比例与石化柴油混合使用，从而限制在石化柴油中的大量应用；而供氢催化裂解工艺制备的生物柴油低硫、低芳烃，符合清洁柴油发展方向，同时产品的比重小、热值高、稳定性好、低温性能好，可适应多种环境条件，全年都可使用，即使在-20摄氏度以下气温极低地区也能够使用。因此，供氢催化裂解工艺不仅成为生物柴油发展的主要方向，而且也是为将来石化柴油提供升级换代的途径。
3 供氢催化裂解法与酯交换法制备生物柴油相比，催化裂解的产物组成发生了根本变化，通常得到的是烷烃、烯烃、羰基化合物、脂肪酸的混合物，由于这些化合物的物化性质与柴油十分接近，发热值、黏度、密度、闪点、馏程等主要指标都能达到国标无铅汽油和轻柴油相应的指标要求。
4 供氢催化裂解工艺不需要对原料进行脱酸、脱胶质等预处理步骤，没有副产物甘油和甲醇回收的问题，只存在裂化一道工序，工艺设备简单，生产用工、设备投入、原材料成本大为减少，在生产成本和燃油性能上占有优势，在现有技术及目前石油市场竞争中，在没有国家政府现行政策资金补贴的情况下仍具有很强的竞争力。
5 采用悬浮床流态化反应器、固定床塔式反应器、隔板节能精馏塔、管式加热炉及自动排渣装置系统连续化生产，副产品回收利用，无“三废”污染物排放，是一种清洁生产工艺。
四、第二代生物柴油发展前景
生物柴油作为一种可再生与环境友好的清洁燃料，将成为石油燃料油的理想替代能源。目前使用的生物柴油是常规酯交换法制备的第一代生物柴油，即以油料作物、油料植物和工程微藻等水生植物油脂、动物油脂及餐饮地沟油等为原料通过酯交换工艺生产脂肪酸甲酯（FAME），生产过程中同时副产甘油。这一技术比较成熟，已部分进入市场弥补石化柴油的不足。在第一代生物柴油的基础上，第二代生物柴油是以动植物油脂为原料通过催化加氢裂解工艺生产的非脂肪酸甲酯生物柴油。与第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有优异的调和性质和低温流动性能等优点，明显优于第一代脂肪酸甲酯，适用范围更加广泛，是未来生物柴油的主要发展方向。目前国外第二代生物柴油已经进入工业生产和应用阶段，为生产超低硫清洁柴油奠定基础。从目前来看，植物油作为石油替代资源的成本较高，因此植物油的开发利用受到制约。但是从长远来看，由于石油资源不断减少以及日益严格的环保要求，开发可再生的绿色替代能源是必然趋势。我国每年的废食用油和其他碳氢废油的资源十分丰富，这也比大豆油、菜籽油便宜很多，利用废弃动植物油脂和碳氢废油生产第二代生物柴油，清洁汽油，认真提高废油资源的综合利用，符合循环经济发展思路，不仅对于缓解燃油的紧缺局面起到了一定的补充作用，而且对于新增企业经济效益和环境效益将是巨大的。
据测算，该项目投资500万元即可投产。按全年生产生物柴油产品10000吨，所需原料为12500吨，料油市场价格按其平均价格4800元/吨计算，年净利润总额可达万元，投资利税率可达%，投资回收期为半年。另外，本项目有较强的抗风险能力。正常生产年份以生产能力利用率表示的盈亏平衡点为%。计算表明，当项目正常生产年份的生产能力利用率达%时，可不亏不盈，即当年生产第二代生物柴油1286吨，即可保本。发明人冯善茂表示，他本人以及他所在单位愿意向广大企业和个人提供技术合作与咨询。
五、联手共创，打造生物柴油低碳时代
该装置，采用供氢催化、裂解改质生产低凝生物柴油的工艺，装置适用范围广泛，既可用植物油、动物油又可用废弃油脂、废机油、废塑料油及石化炼厂的废料，经过裂解改质后都可转化为替代石油的燃料油品。
生物柴油的制备技术2
关键词：微藻 污水净化 生物柴油
引言
在化石燃料日益枯竭、环境污染逐渐威胁人类生存的今天，清洁的可再生能源开发成为各国研究的重点。生物质能是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，它是世界各国都在重点研究开发的可再生能源之一。生物柴油作为较成功的替代型燃油，目前在世界各国得到了大力发展，已成为国际上发展最快、应用最广的环保型可再生能源。然而，制约生物柴油产业化生产的主要问题是成本高，据统计生物质柴油制备成本中75％是原料成本。因此，寻求充足而廉价的原料供应及提高转化率从而降低生产成本是生物质柴油能否实用化的关键。微藻作为最低等的、自养的放氧植物，种类繁多、分布广泛。研究发现，部分微藻中含有相当可观的油脂类物质，可以直接提取微藻油，可用来生产生物柴油。与其他油料作物相比，利用微藻培养生产生物柴油占地面积最小，还可利用滩涂地、荒废地等非耕地，不会对粮食作物的生产造成威胁。因此，利用污水培养能源微藻，在净化水质的同时实现清洁能源生产，缓解人类面临的水资源短缺和环境污染问题具有重要的现实意义。
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微藻生物柴油研究现状
国外微藻生物柴油研究现状
世界上以发展生物柴油产业为目的进行大规模利用微藻制取生物柴油的研究始于20世纪70年代末。1978年，美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)启动了利用微藻生产生物柴油的水生生物种计划项目(Aquatic Spices Program，简称ASP项目)，进行从微藻筛选、微藻生化机理分析、工程微藻制备到中试研究。该项目持续到1996年，研究人员经过多年的研究，从美国西部地区和夏威夷采集、分离到了3000株微藻，并从中筛选出300余株具备潜力的产油藻种，对其中生长速度快、油含量高的微藻，进行了中试放大，获得工程微藻，含油量达到40％～60％。从1990年～2000年，日本国际贸易和工业部启动了“地球研究更新技术计划”的项目，利用微藻进行二氧化碳生物固定，并着力开发密闭光合生物反应器技术，通过微藻吸收火力发电厂烟气中的二氧化碳来生产生物质能源，筛选出多株耐受高二氧化碳浓度、生长速度快、能形成高细胞密度的藻种，建立了光合生物反应器的技术平台以及微藻生物质能源开发的技术方案，提出了利用绿藻将二氧化碳转化为石油的设想。
进入21世纪，石油价格的大幅上扬极大的刺激了微藻生物柴油技术的研究。2006年，美国绿色能源科技公司在亚利桑那州建立了可与1040兆瓦电厂烟道气相联接的商业化系统，成功地利用烟道气的二氧化碳，大规模利用光合成培养微藻，并将微藻转化为生物柴油，其产率达到5000～10000加仑／年・英亩。2007年，由美国能源部圣地亚国家实验室联合美国国内多家实验室宣布了由国家能源局支持的“微型曼哈顿计划”，计划在2010年实现微藻制备生物柴油的工业化。同年，Shell公司与美国从事生物燃料业务的HRBiopetroleum公司组建Cellena合资公司，投资70亿美元开展微藻生物柴油技术的研究。美国第二大石油公司Chevron与美国能源部可再生能源实验室协作研究微藻生物柴油技术。美国PetroSunDrilling公司不断完善其开放池系统，计划到2010年达到年产生物柴油500万吨。美国能源局计划在各项技术全面进展的前提下，将微藻产油的成本于2015年降至2～3美元／加仑。2007年，荷兰AlgaeLink公司成功开发出了新型微藻光生物反应器系统。
国内微藻生物柴油研究现状
随着生物柴油开发的兴起，我国一些科研机构及企业也开始关注产油微藻的研究和开发，在利用微藻制备生物燃料的研究上也取得了很大进展。2004年，清华大学生物技术研究所缪晓玲教授利用异养生长(利用外加的葡萄糖生长)的产油小球藻进行了密闭培养、提油和生物柴油加工研究，在技术上证明是可行的。通过异养转化细胞工程技术获得了高脂含量的异养小球藻细胞，其脂含量高达细胞干重的55％(质量分数)，是自养藻细胞的4倍，并利用酸催化醋交换技术一步得到符合ASTM的相关标准的生物柴油。清华大学还开发了微藻异养发酵生产生物柴油技术。通过细胞控制技术获得异养小球藻，其细胞中油脂类化合物大量增加，蛋白质含量下降。实验室研究结果表明与常规制备技术相比，成本下降5～8倍，油脂质量分数达99％以上。
2 利用污水大规模培养微藻生产生物柴油关键技术和方法
关键技术环节及流程
利用污水大规模培养微藻生产生物柴油技术是一个复杂的系统工程，主要包括能源微藻的筛选与培养技术、藻细胞富集分离与采收技术、藻细胞破碎与油脂提取技术和微藻油脂生物柴油转化技术等四个关键技术环节。
其技术流程如下图所示：
藻株分离与纯化
培养微藻，首先要从天然水体中分离出所需要的“单种”或“克隆”，研究人员根据各自的经验和习惯，创造了各式各样的藻种分离、筛选的方法，最常用的方法有微吸管分离法、水滴分离法、微细吸管法、固体培养基分离法、样品系列稀释法等。
微细吸管法
原理：在无菌操作条件下，用极细的微吸管，在显微镜下把目标藻样从一个玻片移到另一个玻片，采用同样的方法反复操作，直到镜检水滴中只有目标单种为止。微吸管分离法容易找到特定的藻种，设备比较简单，但操作技术难度较大，适于分离个体较大或丝状的藻类，如螺旋藻、骨条藻等。
操作过程：在微吸管的顶端套一条长约8cm的医用乳胶管，分离操作时，用手指压紧乳胶管以控制吸取动作。将分离的水样置于载玻片上，在显微镜下把微吸管口对准要分离的藻细胞，放松手指，藻细胞被吸入微吸管；接着把吸出的水滴放在另一载玻片上，显微镜检查水滴中是否只吸到藻细胞，经过如此再反复操作，直至达到单种分离的目的。然后把分离出的藻细胞冲入预先装有培养液的试管内，放在适宜的光照下培养，试管有藻色后镜检，培养为单种的试管，其他不合格的弃掉。
水滴分离法
原理：在无菌操作的条件下，把要分离的藻样用微吸管在玻片上滴成大小合适的小水滴，镜检水滴中只有一个要分离的单种，即可冲入试管培养。该分离法的关键是藻样稀释要适宜(稀释至每个水滴约有1―2藻细胞)，水滴大小适宜，以在低倍镜下能看到水滴全部或大部分为宜，并且观察要准确、迅速。
操作过程：用小烧杯装稀释的藻样，将微吸管插入藻样中，提取微吸管，让多余的藻液滴出，然后把管口与消毒过的载玻片接触，即有一个小水滴留在载玻片上。一个载玻片滴3―4滴，间隔一定距离，然后在显微镜下观察。若一个水滴中只有一个需要分离的藻细胞(无其他生物混杂)，即用移液管吸取培养液把该水滴冲入试管中，试管口塞上棉塞，放在适宜的条件下培养。
平板分离法
平板分离法也就是固体培养基分离法，作为微藻分离用的固体培养基，是在常规的液体培养基中加入一定量的琼脂(％-％)，并且使其溶解和高温高压灭菌后，通过适当的方法，把要分离的藻样接种在培养基上，通过一定时间的培养，在培养基上长出单个的藻落而达到分离的目的。用琼脂做的固体培养基的分离方法并不适合所有的微藻，大多数的绿藻都可以在这种培养基上生长，从而达到单种分离的目的，但有的微藻在琼脂培养基上生长较差，甚至不能生长。固体培养基分离法工作较繁琐，工作量大，但分离单种成功的几率较高。
根据接种方法的不同又可分成划线法、喷雾法。划线法是把接种环在酒精灯上灭菌后，蘸取藻样轻轻在培养基平面上做第一次划线3-4条，把培养皿转动约70°角，并把接种环在酒精灯上灭菌，通过第一次划线区做第二次划线。用同样的方法做第三、第四次划线。由于第一次划线接种环上的藻细胞比较多，在第一划区藻细胞可能密集不能分离开，但通过后面的划线可能分离出单独的藻类群落。喷雾法是首先用把要分离的藻样进行适当的稀释，然后装入消毒过的医用喉头喷雾器中，打开培养皿盖，把藻样喷射到培养基平面上，使藻样在培养基表面上形成分散均匀的一层薄水珠。培养基上接种好之后，放在适宜的光照、温度下进行培养，经过一段时间的培养，在培养基上长出藻类群落，通过显微镜检查后，用纤细的解剖针把单个的目标藻落连同一小块培养基取出，移入装有培养液的试管中培养，待试管中有藻色后镜检，如无其他生物混杂，达到了单种分离的目的。
微藻的规模化培养
影响因素
微藻能源利用是以大量的微藻原料的获得为前提的。高密度、高效率、低成本、易放大的培养系统是微藻能源领域的研究重点之一。微藻生长受到非生物因素(包括营养、O2浓度、CO2浓度、光照、温度、pH、盐分、培养液中的有毒成分等)、生物因素(包括真菌、细菌、病毒、及其他生物等的污染)以及操作因素(包括搅拌产生的剪切力、收获方式等)的影响。因此，微藻培养系统的设计，需要充分考虑微藻的生长条件、气候条件(光照、温度、湿度等)、资源情况(土地、水等)、投资成本、运行成本等各种因素。
培养方式
目前藻类培养主要包括自养和异养两种方式。微藻的自养培养系统大致可分为两种：即利用开放式户外池塘或封闭式光生物反应器。这两种培养方式的比较如表1所示。开放式户外池塘可以分为跑道式、圆池式和斜坡式等。封闭式光生物反应器包括柱式、管式、板式及一些其它特殊类型。循环跑道式户外池塘是当前微藻商业化养殖最主要的培养系统。
微藻异养培养，可采用传统的发酵装置进行培养，不需要光照，生长速度快，可缩短培养周期。但异养培养微藻不仅不能固定CO2，反而会排放出CO2，还需要外加有机碳源，培养成本高，失去了自养培养的优点，难以在实际生产中获得竞争优势。
微藻的分离采收
微藻采收是微藻规模化培养和工业化应用的重要环节，然而，由于微藻及其培养液的特殊性，传统的固液分离技术都无法直接用于微藻采收。因此，国内外针对微藻的采收一般都先对藻液进行预处理，而后再进行富集分离。
藻液预处理
生物柴油的制备技术3
一、国内生物燃料产业发展现状及存在的主要制约因素
（一）国内生物燃料产业发展现状
1、燃料乙醇开始规模化应用
“十五”期间，我国在黑龙江、吉林、河南、安徽4省，分别依托吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生化股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司四家企业建成了四个燃料乙醇生产试点项目进行定点生产，初步形成了现有国内燃料乙醇市场格局。到2007年，我国燃料乙醇产能达160万吨，四家定点企业产能达144万吨。值得注意的是，为不影响粮食安全并改善能源环境效益，我国已确定不扩大现有陈化粮玉米乙醇生产能力的政策，转向以木薯和甜高粱等非粮作物为原料生产燃料乙醇，并开始商业化生产。目前，广西木薯乙醇项目的生产能力超过20万吨，2008年全国燃料乙醇总产量达172万吨。此外，生物液体燃料也已开始在道路交通部门中初步得到规模化应用，我国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。
2、生物柴油步入快速发展轨道
自2002年经国务院批示，国家发改委开始推进生物柴油产业发展以来，生物柴油年产量由最初的1万吨发展到现在的近20万吨，总设计产能约200万吨/年，生物柴油被纳入《中华人民共和国可再生能源法》的管理范畴。2008年，为鼓励和规范生物柴油产业发展，防止重复建设和投资浪费，根据生物燃料产业发展总体思路和基本原则，结合国家有关政策要求及产业化工作部署与安排，国家发改委批准了中石油南充炼油化工总厂6万吨/年、中石化贵州分公司5万吨/年和中海油海南6万吨/年3个小油桐生物柴油产业化示范项目。截止目前，我国生物柴油产业已初步形成以海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司等民营公司、外资公司以及中粮集团、航天科工集团和三大石油集团共同参与的格局。
（二）生物燃料产业发展需突破的主要制约因素
目前，我国生物燃料产业的快速发展还面临许到原料资源供应、产业发展的技术瓶颈、商业化应用市场和政策、市场环境不完善等制约因素。
1、原料资源供应严重不足
无论是燃料乙醇还是生物柴油都面临着“无米下锅”。
从燃料乙醇看，如果完全用玉米来生产，按照1∶ 比例计算，2020 年将达4950 万吨，加上其他工业消费对玉米需求的增长，未来我国玉米生产将难以满足燃料乙醇生产的工业化需求，而且随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格的不断上涨，玉米燃料乙醇的发展可能威胁到我国粮食安全，因此完全使用玉米生产燃料乙醇在我国并不现实。
从生物柴油看，国内仅有的几个项目都是以地沟油、植物油脚等废弃油脂做原料，而全国一年的废弃油脂也只有600―700万吨，其中相当比例还要用于化工生产，每年可供生物柴油企业利用的废弃油脂不足50 万吨。按照 吨废弃油脂生产1 吨生物柴油计算，40 多万吨废弃油脂能满足的产能只有30 多万吨。目前，我国很多企业处于部分停产或完全停产状态，行业发展陷入了困境。
2、产业发展中的技术、标准瓶颈制约
目前，我国生物质能产业发展尚处于起步阶段，产业发展中的生产技术、产品标准、生产设备等问题已成为阻碍生物燃料产业快速健康发展的重要问题之一。
从燃料乙醇的发展看，一方面，我国的自主研发能力还比较弱，缺乏具有自主知识产权的核心技术。目前国内以玉米、木薯等淀粉类为原料的生产技术已经进入商业化初期阶段，以甜高粱、甘蔗等糖质类为原料基础的燃料乙醇生产技术大多处于试验示范阶段，还需在优良品种选育、适应性种植、发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等方面作进一步研究。而国外以淀粉、糖质类为原料的燃料乙醇生产技术已经十分成熟，并进入大规模商业化生产阶段。此外，我国的纤维素乙醇还处在试验阶段，技术还有待完善，尤其是如何降低纤维预处理和纤维酶的成本，高效率的发酵技术等方面，总体而言与国外发达国家相比差距较大。另一方面，国内还缺乏以不同生物质为原料的燃料乙醇相关产品和技术标准。尽管我国于2001年颁布了变性生物燃料乙醇（GB18350－2001）和车用乙醇汽油（GB18351－2001）两项强制性国家标准，在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准（ASTM）；但上述标准主要是基于淀粉类原料而制定的，而制备燃料乙醇的原料种类较多且生产工艺也大不相同，在某些技术指标上也会有所差异，单一基于淀粉类原料制定的标准在一定程度上制约了我国燃料乙醇产业的快速发展。
从生物柴油的发展看，我国主要采用化学酯化法生产生物柴油，已形成较完备的技术体系和方法，但由于酯化过程要进行水洗、除渣、酯化、分离、蒸馏、洗涤、干燥、脱色等一系列过程，因此，转化率低，成本较高，而且产品质量难以保障。此外，虽然我国在2007年颁布了《柴油机燃料调和用生物柴油（BD100）国家标准》（GB/T20828－2007），但由于生物柴油的酸度、灰分、残炭均高于石油类柴油，常会以B5或B20等BX类生物柴油与石化柴油混用。而我国至今没有B5或B20标准，更没有对生物柴油企业的生产设计和运行进行技术规范，生物柴油质量难以保证，导致难以进入中石油、中石化的销售终端，大量生物柴油卖给企业用作烧锅炉等用途，极大地制约了我国生物柴油产业的快速健康发展。
3、生产成本过高，商业化应用缺乏市场前景
从燃料乙醇看，目前，除巴西以甘蔗为原料生产的燃料乙醇成本可以与汽油相竞争外，其他国家燃料乙醇的成本都比较高，而我国燃料乙醇由于受原料成本高、耗能大、转化率低等因素影响，燃料乙醇的生产成本更高；从生物柴油看，在原料价格高峰时，生物柴油的生产成本是每吨接近7000元，而售价是6000元左右。因此，不依靠政府补贴，大规模的商业化应用缺乏市场前景。
4、政策法规和市场环境尚需改进
虽然我国在2005年2月28日通过了《可再生能源法》，并于2007年8月出台了《可再生能源中长期发展规划》，但主要是以利用再生能源发电作为目标和重点的，缺乏对包括燃料乙醇、生物柴油等生物燃料开发利用的明确性规定。另外，在生物燃料产业发展方面缺乏利用税收减免、投资补贴、价格补贴、政府收购等市场经济杠杆和行政手段促进发展的政策性法规；而且，部分出台的优惠政策行业内企业很难享受。此外，我国生物燃料产业的市场化竞争和运作环境也有待进一步完善。
二、我国生物燃料产业发展的路线图
（一）发展目标
按照因地制宜、综合利用、清洁高效的原则，合理开发生物质资源，以产业发展带动技术创新，通过加强生物质的资源评价和规划，健全生物燃料产业的服务体系，包括完善科技支撑体系，加强标准化和人才培养体系建设，完善信息管理体系等途径促进生物燃料产业的发展，实现生物燃料产业发展从追赶型到领先型的转变。到2020年，燃料乙醇年利用量达1000万吨，生物柴油年利用量达200万吨，年替代化石燃料1亿吨标准煤。
（二）发展路线
近期（2011―2015年）：在燃料乙醇方面，应维持玉米乙醇、小麦乙醇的现有发展规模，继续提高玉米乙醇、小麦乙醇项目的生产效率；重点发展木薯乙醇、马铃薯乙醇等非粮淀粉类燃料乙醇；努力完善木薯乙醇、马铃薯乙醇等非粮燃料乙醇的生产工艺，提高生产经济性；进行甜高粱乙醇、甘蔗乙醇等糖类原料的直接发酵技术的示范；同时，加大纤维素遗传技术研发力度，争取在纤维素酶水解技术上有所突破；开展抗逆性能源植物的种植示范。在生物柴油方面，仍将维持以废弃油脂为主，以林木油果等为辅的原料供给结构；开展高产木本油料种植技术研究；开展先进酯化技术示范；制定生物柴油技术规范和B5或B20等BX类生物柴油与石化柴油混用的产品标准，并建立部级的质量监测系统。
中期（2016―2020年）：在燃料乙醇方面，加大以甜高粱等糖类作物为原料的燃料乙醇的产业化利用，应用耐高温、高乙醇浓度、高渗透性微生物发酵技术，采用非相变分离乙醇技术；戊糖、己糖共发酵生产乙醇技术实现突破，纤维素乙醇进入生产领域；耐贫瘠能源作物在盐碱地、沙荒地大面积种植，提高淀粉作物中淀粉含量、糖作物中的糖含量技术成功，燃料乙醇在运输燃料中起到重要作用。在生物柴油方面，大力开发以黄连木、麻风树等木本油料植物果实作为生物柴油主要原料的生物柴油，高产、耐风沙、干旱的灌木与草类规模化种植技术取得突破；高压醇解、酶催化、固体催化等生物柴油技术广泛应用。
远期（2020年以后）：在燃料乙醇方面，燃料乙醇逐步替代汽油并探索利用更高热值产品（如丁醇等）；植物代谢技术取得突破，减少木质素含量提高纤维素含量，大规模生产木质纤维类生物质燃料乙醇的工业技术开发成功并实现产业化。在生物柴油方面，以黄连木、麻风树等木本油料植物果实作为生物柴油主要原料的生物柴油的生产工艺不断成熟且生产经济性不断提高，规模不断扩张；工程微藻法技术逐步完善并走向成熟且实现产业化。
三、促进我国生物燃料产业发展的保障措施
（一）统一思想，合理规划，有序推进
向全社会广泛宣传发展生物燃料产业的重要意义，切实提高对发展生物燃料产业重要性的认识，把生物燃料产业的发展提高到国家经济和社会发展的战略高度予以考虑。同时，要借鉴先发国家在生物燃料产业发展过程中的经验和教训，仔细分析生物燃料产业发展过程中可能会出现的问题。此外，各地区也要按照因地制宜、统筹兼顾、突出重点的原则，做好生物燃料产业发展的规划工作，根据生物质资源状况、技术特点、市场需求等条件，研究制定本地区生物燃料产业发展规划，提出切实可行的发展目标和要求，充分发挥好资源优势，实现生物质能的合理有序开发，走出一条具有中国特色的生物燃料产业发展路径。
（二）开展资源评价，发展能源作物
必须通过生物质资源的调查和评价工作，搞清各种生物质资源总量、用途及其分布，为发展生物燃料产业奠定良好基础。一是开展调查研究，做好资源评价。二是在生物质资源普查与科学评价基础上，制定切实可行的能源作物发展规划，以确定在什么地方具有大规模种植何类能源作物的条件。在不毁坏林地、植被和湿地，不与粮争地，不与民争粮的原则下，调整种植业比例，优化种植结构，根据主要能源作物品种的性能、适宜的边际性土地等资源数量、区域分布现状，科学制订能源作物的种植规划。在种植基础好、资源潜力大的地区，规划建设一批能源作物种植基地，为生物燃料示范建设和规模化发展提供可靠的原料供应基础。
（三）加大生物燃料产业前沿技术研究和产业化示范工作
必须要坚持点面结合、整体推进的原则，将近、中远期目标相结合，并结合我国生物质资源特点，加大对生物燃料产业前沿技术和技术产业化研究的支持力度。一是制定生物燃料产业发展的技术路线图，通过政府、企业和研究机构的共同工作，提出中长期需要的技术发展战略，有利于帮助企业或研发机构识别、选择和开发正确的技术，并帮助引导投资和配置资源。二是加强生物燃料产业技术的试点和产业化示范工作，设立生物燃料产业研究发展专项资金，增加研究开发投入，加大生物燃料产业技术的研发力度，加快推进生物燃料产业技术的科技进步与产业化发展。三是重视生物燃料产业技术和产品的标准体系建设，制定生物燃料产业技术和产品标准，发挥标准的技术基础、技术准则、技术指南和技术保障作用，并建立部级的质量监测系统加强市场监督工作，促进生物燃料产业的健康发展。
（四）加强财政、税收和金融政策的引导和扶持
一是可以给予适当的财政投资或补贴，包括建立风险基金制度实施弹性亏损补贴、对原料基地给予补助、具有重大意义的技术产业化示范补助和加大面对生产生物燃料产品企业的政府采购等措施，以保证投资主体合理的经济利益，使投资主体具有发展生物燃料项目的动力。二是加大对投资生物燃料项目的税收优惠，包括对投资生物燃料项目的企业实行投资抵免和再投资退税政策，对生产生物燃料产品的企业固定资产允许加速折旧，对科研单位和企业研制开发出的生物燃料新技术、新成果及新产品的转让销售在一定时期可以给予减免营业税和所得税等措施，以鼓励和引导更多的企业重视、参与生物燃料产业发展。三是积极引导金融资本投向生物燃料产业，包括对生物燃料龙头企业实施贷款贴息，支持有条件的生物燃料企业发行企业债券和可转换债券，支持符合条件的生物燃料企业以现有资产做抵押到境外融资以获得国际商业贷款和银团贷款，鼓励和引导创业投资增加对生物燃料企业的投资等措施，鼓励以社会资本为主体按市场化运作方式建立面向生物燃料产业的融资担保机构，以降低生物燃料企业的融资成本，扩充和疏通生物燃料企业的融资渠道。
（五）加强部门间合作，建立产业服务配套体系，完善市场体系建设
一是建设和完善服务保障体系。整合资源，建立和完善产业服务配套体系，针对生物质资源分布广、收集运输难等问题，建立生物质资源收集配送等产业服务体系；积极引导农民发展能源作物种植、农作物秸秆收集与预处理等专业合作组织，建立生物质原料生产与物流体系；尽快建立完善生物燃料产业技术的推广服务体系、行业质量标准和产品检测中心等配套服务体系，加强生物燃料产业技术、管理人才队伍的建设。二是必须尽快开发具有自主知识产权的生物燃料产业的国产设备，重点开发有利于生物燃料产业发展的装备设计与制造技术，包括大型专用成套设备和成熟的生产工艺路线。三是完善市场体系建设。要通过市场带动，积极发展上下游企业和相关配套产业，整合资源，优化结构，建立完善的市场体系。