生物燃料:微藻是未来的方向吗?

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  化石燃料(煤、天然气、石油)是否就要用尽?如果化石燃料用尽了我们该如何应对?我们考虑了哪些替代化石燃料的方案?人类社会依赖于从土壤中提取的碳氢化合物来进行许多在某些时候被忽视的应用。我们的交通工具无论是道路上的还是海上、空中都需要用到汽油或煤油……虽然现在有令人信服的解决方案可以让汽车不用汽油作燃料,但人们常说,最后一滴石油将用于驾驶飞机。此外,化石碳氢化合物还是制造塑料和各种材料的化学成分或石油化学成分的原材料,同时也是覆盖道路的沥青、聚氨酯泡沫和建筑隔热产品的原材料。那么目前开发生物燃料的研究进展如何?我们该如何预测这些新兴生物工业部门呢?

环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-化石资源的开发
图 1. 化石资源的开发。
A,从美国亚利桑那州凯恩塔煤矿开采的煤炭[来源:Peabody Energy, Inc.拍摄(CC BY 3.0),通过维基共享];B,加拿大艾伯塔油砂开发[来源:Howl Arts Collective拍摄(CC BY 2.0),通过维基共享]:C,爱尔兰海气和石油生产平台[来源:Ian Mantel(CC BY-SA 4.0),通过维基共享]。

  煤炭、原油和天然气田的开发(图1)带来的环境成本已不再是可持续的。这些所谓的“化石”资源已经枯竭,但至少还要几十年的才会真正用尽。在许多国家开采煤炭需要非常高的成本,但仍有一些矿区还在坚持开采。石油价格与天然气价格挂钩,但石油的价格还不能完全由其稀缺性或短缺决定,而且由于地缘政治原因油价仍有可能下跌。人们不断在北极或近海等未开发地区发现新的碳氢化合物储藏。尽管成本较高,但从油砂等储量不太丰富的矿藏中开采石油是可能的(图1B)。

  一些液态碳氢化合物、页岩气等似乎是潜在的化石燃料新来源,但对它们的开采再次严重污染了环境。

  因此在寻找可作为化石燃料替代品的“生物燃料”方面的研究非常活跃[1]。为什么呢?本文提供了一些见解,首先确定了化石碳氢化合物的概念和分布,之后评估了目前正在研究的化石燃料替代方案。

1. 什么是碳氢化合物化石?

  组成原油天然气的有机化合物(碳氢化合物=碳和氢组成的化合物)形成的复杂混合物,根据元素含量(C,H,O等)和这些混合物中分子的平均长度(Cn =碳原子的数目)大致可以确定:

  • 最短的碳链(甲烷CH4,乙烷C2H6,丙烷C3H8和丁烷C4H10)都是气体。
  • 长链(C18H32以下)为液态,大于C19的碳链在室温下为固态。
环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-石油蒸馏塔操作的图示
图 2. 石油蒸馏塔操作的图示。
最易挥发的分子(例如丁烷气体)在塔顶被低温回收;最重的馏分用作沥青;它们在在塔底被回收。[来源:© Eric Maréchal;未知的照片(GFDL或CC-BY-SA-3.0),通过维基共享]

  因此,这些不同长度的分子可以通过蒸馏过程分离出来,而蒸馏过程是原油精炼的基础(图2)。蒸馏是将不同沸点的液体物质混合物分离的过程。它使均匀混合物的成分得以分离。小于C8的碳链很容易蒸发,形成一种叫做“石脑油”的液体,可用作溶剂(溶解不溶于水的化合物)。小于C12的碳链沸点比水低。

  碳氢化合物在燃烧时可以释放能量,因此被用作各种发动机的“燃料”。燃烧是一种放热的化学反应,以热量的形式释放能量。化学燃烧反应只有在三种因素结合时才能发生:具有足够比例的燃料、氧化剂和活化能。根据所使用的碳氢化合物的不同来选择适合的发动机类型。[2]

  例如汽车燃料的工作温度超过100℃。对于燃料来说,辛烷值的定义是通过测量发动机的电阻来确定的,而发动机是通过自燃控制的,即没有火花塞的干预。辛烷值x表示燃料表现为x%辛烷(C8H18,耐自燃)和(100-x)%庚烷(C7H16,易自燃)的混合物。根据这个定义,纯C8H18溶液的辛烷值为100,纯C7H16溶液的辛烷值为0。这个指标是针对发动机的性能进行优化的,并不反映燃料本身所包含的能量值,即燃料的质量取决于发动机类型。

  另一方面,飞机发动机会受到与众不同的压力和温度条件的影响。“煤油”的碳链在C12—C15之间,其次是“柴油”和重型燃料(图2),重型燃料在室温下不会蒸发。大于C20的碳链构成了“石蜡”、“焦油”和“沥青”(图2)。非线性烃有辛烷值,其中也含有芳香环。辛烷值按以下顺序递增:线性长链烷烃<线性短链烷烃<烯烃(含氧)和环烷烃<支链烷烃和多环芳香烃。煤油的特性是纯度高、沸点低和爆炸风险小、凝固点低和辛烷值高。

  煤与原油、天然气的不同之处在于,煤是由褐煤、煤炭和无烟煤(矿井中发现的三种沉积岩,碳含量逐渐升高)转化而来的固体形式,碳含量更高,这种依赖于温度、压力和氧化还原的缓慢过程叫做碳化。

2. 从生物量到化石燃料

2.1. 化石燃料基本来源于生物

环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-石炭纪煤块中的植物化石
图 3. 石炭纪煤块中的植物化石。
[来源:James St. John拍摄[CC BY 2.0],通过维基共享]

  在多孔岩石和煤中发现了生活在约4亿年前的生物有机物(主要是植物)沉积形成的碳氢化合物(见石油:其生物起源的证据)。沉积后,在温度、压力、氧化等特定条件的作用下,积累在一定地质规模上的植物残骸逐渐转化,形成了目前人们正在开采的矿藏。石炭纪(大约3亿6千万到3亿年前)是一个富含煤炭的地质阶段,侏罗纪(大约2亿到1亿4500万年)和白垩纪(大约1亿4500万年到6千5百万年前)是一个富含油田的地质阶段……因此,人类活动每天大量燃烧的所有这些碳氢化合物,都是数亿年由于植物的光合作用而缓慢积累的生物量。

2.2. 植物的生物质能来自于光合作用

  生物质是由有机物(糖类、脂类、核苷酸、氨基酸等)构成的,这些有机物完全来自于光合作用产生的葡萄糖分子。在生态金字塔中,有机物质通过植物产生的葡萄糖进入,因此,植物被称为“初级生产者”(见什么是生物多样性?)。

  光合作用分为两个阶段(第一阶段是需要光的“光反应”,第二阶段是不需要光的“暗反应”),通过捕获太阳能来积累有机物质。

  • 在第一阶段中捕获太阳能,并通过“破坏”水分子来释放氧气(O2),捕获的太阳能被转换成两种高量的分子,即最著名的ATP(三磷酸腺苷)和具有所谓的“还原能力”的NADPH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)。
  • 在光合作用的第二阶段,在ATP和NADPH的协助下,大气中的CO2被捕获并被NADPH还原为葡萄糖(C6H12O6)的前体—磷酸三碳糖(一种三碳磷酸化分子)。

  “代谢”包括所有的化学反应,在生命有机体中从葡萄糖开始合成所有可能的分子,所有以这种方式产生的生物质都富含碳和能量

  生物生长需要摄取生物量,以物质和太阳能为食,而太阳能是其所有生物功能正常发挥所必需的。有机体通过“呼吸作用”吸收氧气来“分解”有机物,回收部分储存的能量,并将其再次转化为ATP和还原力,之后呼吸会自然释放二氧化碳。

  因此光合作用捕获太阳能,并通过合成葡萄糖(C6H12O6)将其整合到CO2中,而呼吸作用可以通过释放二氧化碳来回收部分这种能量。C6H12O6的氧化过程与燃烧相似,均可以利用O2释放CO2,燃烧以热的形式释放能量,因此有人说呼吸作用可以“燃烧”糖。

2.3. 化石燃料的燃烧是CO2的一大来源:简单的计算

  根据树木通过光合作用捕获CO2并通过呼吸作用失去一部分CO2,可以非常粗略地估计得到:生产1kg干生物量需要消耗2kg大气中的CO2。根据二氧化碳占大气含量的300—400ppm(百万分之一)可以估计,生产1kg干生物量大约需要3.5吨空气。由于CO2的密度为1.1—1.2 kg/m3,因此在15m3空气中的全部CO2才能产生1kg干生物量。

环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-非凡的橡树
图 4. 非凡的橡树。
这棵橡树生产1kg树木生物量需要消耗2kg大气中的CO2,但燃烧1kg的干木材释放的CO2相当于3000多m3空气中的自然含量!它的干重大约有20吨,燃烧释放的二氧化碳量相当于约6000万m3的空气中所含的二氧化碳![来源:Larry D. Moore拍摄[CC BY-SA 3.0或GFDL],通过维基共享]

  这个简单的计算结果是描述生物圈中植物世界的独特性和重要性的最美妙的结果之一。所有生物质都来自于植物细胞的这种非凡表现,它们从大气中捕获极其少量的气CO2,将其变成固体并积累在沉积物中。这个奇迹的另一面是,1kg木材的燃烧释放的二氧化碳相当于3000多m3空气中的自然含量(见生物圈,一个主要的地质角色)(图4)。

  如果燃烧近期砍伐的木材,排放的CO2主要补偿了这些树木之前通过光合作用捕获的CO2,因此我们可以认为这种平衡是中性的。 但是如果燃烧化石燃料,则会将原始大气中的CO2重新释放到大气层中,而这些CO2已经被缓慢地捕获固定数亿年。大气中富含来自石炭纪、侏罗纪和白垩纪的CO2,这是除其他所有工业来源外的另一大CO2来源,严重影响气候变化。

3.发展生物燃料: 生物资源、生物分子

  化石燃料燃烧不仅排放了大量的二氧化碳,还产生了各种污染物:在提炼过程中产生的有毒废水和气态残留物、重金属、碳氧化物、氮氧化物、煤烟和细颗粒等(见空气污染物)。关于石油衍生物,最明显的污染物是不可降解塑料(见海洋塑料污染:第七大陆),而小分子衍生物则以内分泌干扰物的形式释放到环境中,影响所有生物。因此对于生物燃料,必须评估其排放的污染分子和温室气体。显然即使我们积极地寻找化石燃料的替代品,生物燃料并不能解决所有问题。

  如果没有化石燃料尤其是石油,我们该怎么办?虽然可以利用太阳能来驾驶轻型飞机,但要目前在不用煤油的情况下搭载数十名甚至数百名乘客是难以实现的。寻找替代品还需要研究所有石油衍生品的解决方案,特别是石化替代品。尊重可持续发展并保证其所处环境的环境平衡的化学被称为绿色化学、可持续化学或可再生化学。然而,这些石化替代品并不能保证能降低对环境的影响,绿色化学面临的一个主要挑战是需要符合环境标准。因此,我们要谈“生物燃料”就必须谈绿色化学

3.1. 生物资源

  • 栽培植物?
环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-可用于生产生物燃料的糖类或脂类
图 5. 可用于生产生物燃料的糖类(甘蔗,左)或脂类(油菜籽,右)作物的实例。
[来源:左,Phil (CC BY 2.0),通过维基共享;右,Myrabella,通过维基共享]

  开发生物燃料最初的设想是将满足需求的部分农作物转化为生物燃料[3]。这类应用将两种主要类型的生化化合物:糖类和脂类,纳入了考虑范围(见下文)。巴西等国的农业生产一直朝着这个方向发展,生产用于生物燃料的甘蔗(图5)。

环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-可用于生产生物燃料的油籽植物
图 6. 可用于生产生物燃料的油籽植物。
A,麻疯树:A1,有果实的麻疯树(CC-BY-SA-2.5);A2,[来源:Frank Vincentz(GFDL或CC-BY-SA-SA-3.0),通过维基共享];A3,装有麻疯树种子制成的生物柴油的瓶子[来源:Biswarup Ganguly( GFDL或CC BY 3.0),通过维基共享];
B,油棕榈:B1,种植在马来西亚的油棕榈(公共领域),[来源:Craig,通过维基共享];B2,油棕榈的果实 [来源:oneVillage Initiative机构,(加纳的Jukwa村和棕榈油生产机构)( CC BY-SA 2.0),通过维基共享];
C,海甘蓝[1] [来源:Kurt Stüber, (GFDL或CC-BY-SA-3.0),通过维基共享]。
在这三种植物中,只有种植海甘蓝对环境来说是可持续的。

  食用油料作物,如油菜籽(图5B)、油棕榈(图6B)或亚麻荠麻疯树(图6A)等鲜为人知的物种已通过作为汽车燃料或航空煤油补充的评估测试。然而这样的农业发展模式不能保证动物和人类对食品的需求,并且其在自然环境、化肥、农药等方面的环境成本是不可持续的[4]。例如,现在确定的是专门用于生物燃料生产的农业无法与传统粮食生产农业竞争。

  第一个折衷方案是开发在非耕地中生长的植物,例如海甘蓝(一种类似芥菜的植物),其耗水量和需肥量很少(图6C)。第二个高度发展的方案是利用农业残留物(从秸秆或残茬到木材废料、动物分辨、作物残留物等)。这些农业残留物可以从零开始生产,并与废弃物一起处理,以便通过气化过程提取能源(见下文)。

  • 微藻和微生物?
环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-硅藻的三维重建
图 7. 硅藻的三维重建。
[来源:照片©Denis Falconet,LPCV,CNRS照片库]

  主要产油的微藻由于不与专门用于粮食农业区竞争,从而被许多实验室和许多相关工业从业人员评估。微藻有着无与伦比的生物多样性,从“简单”内共生的单细胞生物(绿藻红藻)到由进化中亲缘关系远的几个细胞组合而成的复杂生物(见共生和进化:真核细胞的起源),遵循“多重”内共生过程(如硅藻,图7)。目前正在考虑开发的物种有小球藻栅藻(绿藻),以及微拟球藻(次级内共生体)。

环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-培养微藻的露天池塘
图 8. 培养微藻的露天池塘。
水通过一个机动的桨轮不断地保持流动。
[来源:JanB46拍摄(CC BY- SA 3.0),通过维基共享]

  要使这个产业成功运行,还必须发展与农业相当的行业:藻类养殖。因此有必要评估受气候灾害、污染等影响的室外培育系统(露天池塘,图8)[5][6],或封闭系统(光生物反应器或“PBR”)[7][8]微藻养殖要注意水管理问题,尤其应该考虑其污水处理方案,也要像在农业一样注意磷酸盐和氮的管理问题。此外还要像其他排放CO2的行业—如水泥行业一样注意CO2排放管理问题。最后要注意收集和提取富含能量的分子

3.2. 生物分子

  • 糖类被大众认识是由于它能被酵母发酵成生物乙醇。自此,人们开始从甘蔗或甜菜中提取最简单的糖或可发酵糖(图9)。通过这种方式生产的生物乙醇可以与化石碳氢化合物混合使用,但含量很低,因为这种生物燃料会损坏发动机。生物乙醇的出现激励了其它生物燃料的发展,因为它通过汽车每天都在使用农业乙醇(含10%乙醇的无铅优质燃料SP95-E10)这个实例,具体地说明了生物燃料的可行性[9]
环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-可用于生产生物燃料的糖基化合物的三维图示
图 9. 可用于生产生物燃料的糖基化合物的三维图示:蔗糖(由甘蔗或甜菜产生)或葡萄糖用于酒精发酵生产酒精或生物乙醇。黑球为碳原子,红球为氧原子,白球为氢原子。

  如上所述,农业资源不再被认为是可以独立存在的[10]。人们也在积极寻找其他可开发利用的糖类物资:例如,纤维素—植物中难以被利用的聚合糖。这些糖以聚合物的形式聚集在一起,必须被分解才能释放单糖,这个过程在生物化学学科上被称为“解构”。这些聚合糖与一些如木质素一样很难分解的分子相连木质纤维素链是开发生物乙醇的新途径[11]。 微藻中的脂质被认为是能量更丰富且在绿色化学中具有更大潜力的分子。

  • 脂质是最有前途的一类生物分子,迄今为止对它的研究最为重要。植物或产油微藻的脂质实际上是甘油脂,一种叫做脂肪酸的富含长碳链的分子。脂肪酸的可变长度与上文(1)中描述的化石碳氢化合物的可变长度相似,最初在植物和油籽中产生的脂肪酸长度在14到18个碳(C14—C18)之间,含有少量C12,它们也可以达到C20—C24甚至更长。含有三种脂肪酸的脂类被称为甘油三酯,形成所谓的
环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-藻类或油籽中的三酰基甘油通过酯交换反应释放脂肪酸
图 10. 藻类或油籽中的三酰基甘油通过酯交换反应释放脂肪酸。这些脂肪酸(实际上是脂肪酸甲酯)形成了一种接近石油的生物燃料。黑球为碳原子,红球为氧原子,白球为氢原子。

  通过化学酯交换反应可以释放这些脂肪酸,形成接近石油的生物燃料(图10)[12]。 发动机尤其是飞机发动机的燃油需要像液体燃料一样的殊特性质。棕榈油在室温下是固体,而在高温下变成流体和液体,这正是生物燃油所需要的特性。因此各项研究旨在寻找尽可能短链的和双键少的脂肪酸来优化燃油中的这种性质。但是植物或产油微藻并不能很好地耐受这种油,并且获得的生物量也不够。因此该研究领域的主要挑战之一是确定一种生物系统,该系统可以大量生产替代化石燃料生物燃料

  • 环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-用于生物质热解生产合成气的装置示意图
    图 11. A,用于生物质热解生产合成气的装置示意图。B,位于奥地利居辛的生物质气化工厂。[来源:©EricMarechal;右图:Creative Commons Attribution 2.5 Generic]
    最后也要考虑原始生物质。在废物处理过程中,考虑了几种利用生物化学、化学或热化学方法的转化类型。这是一个完整的技术发展领域,与生物燃料领域分开发展,在此有必要回顾一下。目前正在开发的工艺是通过例如热解和/或气化的方法,将干生物质转化为被称作“合成气”的气体(图 11)[13]。 合成气的成分根据使用的生物质和生产过程而变化,由于质量低劣,它在20世纪初被称为人造气或管道气。在这里,生物质与化石的混合也被考虑在共燃过程中。

  目前还没有统一的、理想的解决方案。在任何情况下,都有必要了解发达的农学或生物技术该如何发展并且适应更大的总体规划。由此我们来谈谈相关行政部门。

4. 未来的能源部门和农业、生物技术以及绿色化学部门相结合

  目前进行的研究涉及生物资源(特别是微藻)、培养方法收获和提取过程,以及最终如何将提取的生物分子转化为可随时使用的生物燃料[14]

  在生物资源方面产生了转基因生物的定向进化或生产问题,目前正在研究与水管理系统碳排放产业耦合的栽培方法[15],并且对环境影响、磷酸盐、氮的投入量、总体能量平衡可持续性进行了生命周期评估

环境百科全书-生物燃料:微藻是未来的方向吗-用微藻中的生物质生产生物燃料的过程
图 12. 用微藻中的生物质生产生物燃料的过程。
[来源:©EricMarechal]

  生物燃料的生产效率与任何可再生能源一样低下,然而它的优势在于能够以生物质的形式储存能量,这可以与非储存能源结构结合运用到能源生产技术中。例如,风力涡轮机在有风的时候发电,光伏电板在有阳光的时候发电,这些电不能被很好地储存。而这些电能有可能被用来为微藻养殖场照明,用于储存低产量的生物质,这种类型的耦合是通过水热液化处理微藻[16]

  生物质也可以进行精炼[17],分离用于生物燃料的生物分子、用于化妆品或生物医学应用的颜料或用于动物生产的蛋白质。目前的提取系统具有破坏性,但这种模式可以降低生产成本。

  总之,生物燃料还不成熟,还无法支持一个可行的经济系统[18]。目前的相关研究旨在于经济可行性的基础上提高质量、产量和工艺。考虑到化石燃料的环境成本,生物燃料不是一种选择,而是一种必然,因此必须找到最佳的解决方案和折衷方案。发展以藻类为基础的生物燃料是实施以藻类为基础的农业食品、动物营养、化妆品、生物医学和绿色化学解决方案的一个方面[19]

5. 要点

  • 煤炭、原油和天然气田的开采需要环境成本且不再可持续。
  • 虽然各项研究正在积极寻找可以作为化石燃料的替代品的生物燃料,但是生物燃料还不足以支撑一个能独立发展的经济体系。
  • 生产生物燃料有两种原料:栽培植物(如甜菜根、菜籽、甘蔗、油棕榈)和微生物(特别是微藻)。
  • 不能设想发展专门用于生物燃料生产的农业来与传统粮食生产农业竞争力。
  • 主要生产生物燃料有两种生化化合物:糖(用于乙醇生产)和脂类(用于脂肪酸甲酯生产)。
  • 生物质原料也可以用于生产合成气,例如通过热解和/或气化。
  • 为发展生物燃料而进行的大量研究包括了以下过程:生物资源的收集(对微藻进行了重要研究)、培养方法、收获和提取过程,以及最后将提取的生物分子转化为现成的生物燃料。
  • 生物燃料系统的设计必须对环境影响有限,并且要评估整体能量平衡和可持续性
  • 藻类的生物燃料开发是在食品、动物营养、化妆品、生物医药和绿色化学领域实施藻类解决方案的一个方面。

参考资料及说明

封面照片:光合反应器中培养的微藻(棕色为三角褐指藻,绿色为眼点拟微绿球藻)。[资料来源:©Photo LPCV(CEA/CNRS/UGA/INRA)]

[1] 生物燃料是由植物原料(植物、藻类等)加工而来的的燃料。如果该植物原料来自于农业生产(如甜菜、菜籽、甘蔗、向日葵、 油棕榈等),我们也把它叫做农业燃料。生物燃料被认为是一种可再生能源。欧洲议会和理事会2003年5月8日关于推广使用生物燃料或其他可再生燃料的指令2003/30/EC,将生物燃料定义为“一种由生物质生产并用于运输的液体或气体燃料”。生物质是“农产品、农业废物和残留物(包括动植物物质)、林业和相关工业的生物可降解部分,以及工业和城市废物的生物可降解部分”,Official Journal No L 123 of 17/05/2003 p.0042-0046.

[2] 这些限制对生物燃料也很重要。

[3] 农业燃料类型的生物燃料的生产并非没有环境影响,有时是重大的。欧洲设定的生产目标也被降低,同时有义务对生产进行认证并实施可持续标准。虽然农业燃料生产是可持续发展轨迹的一部分,但它只有在一定的生产条件下才能内在地可持续。

[4] de Cara S., Goussebaile A., Grateau R., Levert F., Quemener J., Vermont B. (2012) Revue critique des études évaluant l’effet des changements d’affectation des sols sur les bilans environnementaux des biocarburants. Etude réalisée par l’INRA pour l’Ademe; http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/effet-changements-affectation-sols-sur-bilans-environnementaux-biocarburants-2012.pdf (in french)

[5] Rogers J.N., Rosenberg J.N., Guzman B.J., Oh V.H., Mimbela L.E., Ghassemi A., Betenbaugh M.J., Oyler G.A. & Donohue M.D.A. (2014) Critical analysis of paddlewheel-driven raceway ponds for algal biofuel production at commercial scales. Algal Research 4:76-88.

[6] Beal C.M., Gerber L.N., Sills D.L., Huntley M.E., Machesky S.C., Walsh M.J., Tester J.W., Archibald I., Granados J. & Greene C.H. (2015) Algal biofuel production for fuels and feed in a 100-ha facility: A comprehensive techno-economic analysis and life cycle assessment. Algal Research 10:266-279.

[7] Slade R. & Bauen A. (2013) Micro-algae cultivation for biofuels: Cost, energy balance, environmental impacts and future prospects. Biomass and Bioenergy, 53:29-38. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.12.019

[8] Stephenson A.L., Kazamia E., Dennis J.S., Howe C.J., Scott S.A. & Smith A.G. (2010) Life-cycle assessment of potential algal biodiesel production in the United Kingdom: a comparison of raceways and air-lift tubular bioreactors. Energ. Fuel, 24:4062-4077.

[9] 2017年9月法国SP95-E10的销量占总汽油销量的5%。

[10] 欧盟委员会希望可以减少欧洲销售的汽油中添加从谷物或甜菜中提取的生物乙醇。法国仍然是欧洲最大的生物乙醇生产国,每年生产1200万升生物乙醇。大约有30万公顷的土地(占可用农业面积的1%)被用于能源和食物的生产。

[11] Didderen I.,‎ Destain J. &‎ Thonart P. (2009) Le bioéthanol de seconde génération : La production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique. Presses Agronomiques Gembloux. 128 pp. (in french)

[12] 植物油不能被用作现代柴油发动机的动力(即使是与柴油混合使用)。这是因为植物油易“酯化”,即通过酯交换的化学反应转化为脂肪酸酯。这些脂肪酸甲酯可以从下列原料中获得:(a)从油料植物中提取的植物油: VOME(植物油甲酯),(b)动物脂肪:HOME(动物油甲酯)和(c)被确定的收集路线回收的用过的植物食用油: HOME(废油甲酯)。

[13] 这一过程可以利用微生物厌氧转化生物质来生产甲烷(或沼气),不能与有机废物甲烷化过程混淆。

[14] Delrue F., Li-Beisson Y., Setier P.-A., Sahut C., Roubaud A., Froment A.-K. Peltier G. (2013) Comparison of various microalgae liquid biofuel production pathways based on energetic, economic and environmental criteria. Biores. Technol. 136:205-212.

[15] 这些观点是全世界研究的主题,特别是在各种欧洲项目中(INDALG、IPHYC-H2020、ALGEN、ALGAECAN、ALGAEBIOGAS等)

[16] López Barreiro D., Prins W., Ronsse F & Brilman W. (2012) Hydrothermal liquefaction (HTL) of microalgae for biofuel production: State of the art review and future prospects. Biomass Bioenerg. 53 :113-127

[17] ‘t Lam G.P., Vermuë M.H., Eppink M.H.M., Wijffels R.H. & van den Berg C. (2018) Multi-Product Microalgae Biorefineries: From Concept Towards Reality. Trends Biotechnol. 36:216-227. doi: 10.1016/d.tibtech.2017.10.011. Epub 2017 Nov 10.

[18] Bhujade R., Chidambaram M., Kumar A. & Sapre A. (2017) Algae to economically viable low-carbon-footprint oil. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 8:335-357.

[19] Koller, M., Muhr, A., Braunegg, G. (2014) Microalgae as versatile cellular factories for valued products. Algal Research 6:52-63.


译者:兰亚         编审:梁爽         责任编辑:胡玉娇


环境百科全书由环境和能源百科全书协会出版 (www.a3e.fr),该协会与格勒诺布尔阿尔卑斯大学和格勒诺布尔INP有合同关系,并由法国科学院赞助。

引用这篇文章: MARECHAL Eric (2022), 生物燃料:微藻是未来的方向吗?, 环境百科全书,[在线ISSN 2555-0950]网址: https://www.encyclopedie-environnement.org/zh/vivant-zh/biofuels-is-the-future-in-microalgae/.

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