微藻生物量转化为生物燃料的研究——徐敏怡•李恩爱•陶传玲•吴恩波•李惠

微藻生物量转化为生物燃料的研究——徐敏怡•李恩爱•陶传玲•吴恩波•李惠文•郑庆娟微藻生物燃料简介化石燃料的燃烧是温室气体排放的主要影响因素，并由此引发气候变化和全球预警。由于世界人口的增长和技术的进步，世界能源需求继续逐年递增。今天，化石燃料供应了世界能源需求的90%，而只有10%是由可再生能源供应的[1]。美国环境保护局（USEPA）表示，2010年，运输消耗了40%的一次能源，但占温室气体排放量的71%。主要温室气体，二氧化碳（CO2），可以保留在大气中长达两个世纪，捕获热量，并导致全球变暖[ 3 ]。因此，科学界正在通过补充使用生物燃料、太阳能、风能和水力发电等可再生能源，寻找化石燃料的替代品。在这些潜在的可再生能源中，生物燃料被认为是减少化石燃料依赖的理想选择，同时由于现代碳循环提供碳补偿[4]。生物燃料的优点包括可持续性、无毒性、生物可降解性和可再生性。如图10.1所示，生物燃料生产的原料从第一代使用食用饲料原料，到第二代使用木质纤维素生物质和农业废弃物，再到第三代使用微藻，再到目前第四代使用工程微藻作为原料[5,6]。微藻已被公认为生物燃料生产的原料，因为微藻具有（1）高生物量和高脂生产率，（2）不竞争粮食生产，（3）高耐环境压力，（4）高二氧化碳吸收能力，和（5）生物燃料能力[3,5]。微藻每天的质量可以翻一番，比陆生植物快一百倍[7]。此外，微藻油的产量可达每亩5000加仑，而典型的油料作物，如棕榈、玉米和椰子的产量可低于每亩1000加仑。微藻的组成因种类和培养条件而异。一般来说，微藻含有20%的e40%脂质、0%的e20%碳水化合物、30%的e50%蛋白质和0%的e5%核酸[9]。一些微藻能积累高达85%的细胞脂质[4]。微藻组分中不含木质素和半纤维素组分，在生物燃料生产中显示出更大的效果。斜生栅藻、普通小球藻、莱茵衣藻和眼小绿藻等微藻被认为是生物燃料生产的有前途的物种[10e14]。从微藻中可以生产不同类型的生物燃料，如发酵生物燃料（生物乙醇和生物丁醇）、固体生物燃料（生物炭）、液体生物燃料（生物柴油和绿色氢化碳）和气体生物燃料（氢、甲烷）。除了基于微藻的生物燃料，微藻类的前体和生物活性化合物，如抗氧化剂，也可用于有价值的健康补充剂和制药用途[ 15 ]。通过对微藻菌株的选择或遗传修饰，优化培养条件（碳源、养分、光照强度等），可以获得较高的微藻生物量和脂类产量。然而，利用这种极具潜力的原料生产生物燃料需要强大的下游加工技术。因此，本章将详细讨论生产高质量微藻生物燃料的转化途径的最新研究进展。用于生物燃料生产的微藻养殖。https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817536-1.00010-2版权所有©2020爱思唯尔公司。保留所有权利。149微藻生物量转化为生物燃料生产生物燃料，微藻生物量可以通过生化和热化学过程转化。图10.2显示了微藻生物量转化为生物燃料及其产品的途径。发酵和厌氧消化等生化过程将生物质转化为甲烷、生物氢、合成气和甲醇。尽管生化过程更环保、能耗更低，但由于其转化效率低、反应步骤繁琐、无成本效益等特点，不适合大规模生产[16]。热化学过程包括气化、液化和热解，这些过程将生物质转化为生物燃料，如生物炭、沼气、合成气和碳氢化合物燃料。脂肪酸甲酯形式的酯交换生物柴油（FAMEs）

微藻生物量转化为生物燃料的研究——徐敏怡•李恩爱•陶传玲•吴恩波•李惠文•郑庆娟微藻生物燃料简介化石燃料的燃烧是温室气体排放的主要影响因素，并由此引发气候变化和全球预警。 由于世界人口的增长和技术的进步，世界能源需求继续逐年递增。 今天，化石燃料供应了世界能源需求的90%，而只有10%是由可再生能源供应的[1]。 美国环境保护局（USEPA）表示，2010年，运输消耗了40%的一次能源，但占温室气体排放量的71%。 主要温室气体，二氧化碳（CO2），可以保留在大气中长达两个世纪，捕获热量，并导致全球变暖[ 3 ]。 因此，科学界正在通过补充使用生物燃料、太阳能、风能和水力发电等可再生能源，寻找化石燃料的替代品。 在这些潜在的可再生能源中，生物燃料被认为是减少化石燃料依赖的理想选择，同时由于现代碳循环提供碳补偿[4]。 生物燃料的优点包括可持续性、无毒性、生物可降解性和可再生性。 如图10.1所示，生物燃料生产的原料从第一代使用食用饲料原料，到第二代使用木质纤维素生物质和农业废弃物，再到第三代使用微藻，再到目前第四代使用工程微藻作为原料[5,6]。 微藻已被公认为生物燃料生产的原料，因为微藻具有（1）高生物量和高脂生产率，（2）不竞争粮食生产，（3）高耐环境压力，（4）高二氧化碳吸收能力，和（5）生物燃料能力[3,5]。 微藻每天的质量可以翻一番，比陆生植物快一百倍[7]。 此外，微藻油的产量可达每亩5000加仑，而典型的油料作物，如棕榈、玉米和椰子的产量可低于每亩1000加仑。 微藻的组成因种类和培养条件而异。 一般来说，微藻含有20%的e40%脂质、0%的e20%碳水化合物、30%的e50%蛋白质和0%的e5%核酸[9]。 一些微藻能积累高达85%的细胞脂质[4]。 微藻组分中不含木质素和半纤维素组分，在生物燃料生产中显示出更大的效果。 斜生栅藻、普通小球藻、莱茵衣藻和眼小绿藻等微藻被认为是生物燃料生产的有前途的物种[10e14]。 从微藻中可以生产不同类型的生物燃料，如发酵生物燃料（生物乙醇和生物丁醇）、固体生物燃料（生物炭）、液体生物燃料（生物柴油和绿色氢化碳）和气体生物燃料（氢、甲烷）。 除了基于微藻的生物燃料，微藻类的前体和生物活性化合物，如抗氧化剂，也可用于有价值的健康补充剂和制药用途[ 15 ]。 通过对微藻菌株的选择或遗传修饰，优化培养条件（碳源、养分、光照强度等），可以获得较高的微藻生物量和脂类产量。 然而，利用这种极具潜力的原料生产生物燃料需要强大的下游加工技术。 因此，本章将详细讨论生产高质量微藻生物燃料的转化途径的最新研究进展。 用于生物燃料生产的微藻养殖。 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817536-1.00010-2版权所有©2020爱思唯尔公司。 保留所有权利。 149微藻生物量转化为生物燃料生产生物燃料，微藻生物量可以通过生化和热化学过程转化。 图10.2显示了微藻生物量转化为生物燃料及其产品的途径。 发酵和厌氧消化等生化过程将生物质转化为甲烷、生物氢、合成气和甲醇。 尽管生化过程更环保、能耗更低，但由于其转化效率低、反应步骤繁琐、无成本效益等特点，不适合大规模生产[16]。 热化学过程包括气化、液化和热解，这些过程将生物质转化为生物燃料，如生物炭、沼气、合成气和碳氢化合物燃料。 脂肪酸甲酯形式的酯交换生物柴油（FAMEs）

微藻生物量转化为生物燃料的研究——徐敏怡•李恩爱•陶传玲•吴恩波•李惠文•郑庆娟微藻生物燃料简介化石燃料的燃烧是温室气体排放的主要影响因素，并由此引发气候变化和全球预警。由于世界人口的增长和技术的进步，世界能源需求继续逐年递增。今天，化石燃料供应了世界能源需求的90%，而只有10%是由可再生能源供应的[1]。美国环境保护局（USEPA）表示，2010年，运输消耗了40%的一次能源，但占温室气体排放量的71%。主要温室气体，二氧化碳（CO2），可以保留在大气中长达两个世纪，捕获热量，并导致全球变暖[ 3 ]。因此，科学界正在通过补充使用生物燃料、太阳能、风能和水力发电等可再生能源，寻找化石燃料的替代品。在这些潜在的可再生能源中，生物燃料被认为是减少化石燃料依赖的理想选择，同时由于现代碳循环提供碳补偿[4]。生物燃料的优点包括可持续性、无毒性、生物可降解性和可再生性。如图10.1所示，生物燃料生产的原料从第一代使用食用饲料原料，到第二代使用木质纤维素生物质和农业废弃物，再到第三代使用微藻，再到目前第四代使用工程微藻作为原料[5,6]。微藻已被公认为生物燃料生产的原料，因为微藻具有（1）高生物量和高脂生产率，（2）不竞争粮食生产，（3）高耐环境压力，（4）高二氧化碳吸收能力，和（5）生物燃料能力[3,5]。微藻每天的质量可以翻一番，比陆生植物快一百倍[7]。此外，微藻油的产量可达每亩5000加仑，而典型的油料作物，如棕榈、玉米和椰子的产量可低于每亩1000加仑。微藻的组成因种类和培养条件而异。一般来说，微藻含有20%的e40%脂质、0%的e20%碳水化合物、30%的e50%蛋白质和0%的e5%核酸[9]。一些微藻能积累高达85%的细胞脂质[4]。微藻组分中不含木质素和半纤维素组分，在生物燃料生产中显示出更大的效果。斜生栅藻、普通小球藻、莱茵衣藻和眼小绿藻等微藻被认为是生物燃料生产的有前途的物种[10e14]。从微藻中可以生产不同类型的生物燃料，如发酵生物燃料（生物乙醇和生物丁醇）、固体生物燃料（生物炭）、液体生物燃料（生物柴油和绿色氢化碳）和气体生物燃料（氢、甲烷）。除了基于微藻的生物燃料，微藻类的前体和生物活性化合物，如抗氧化剂，也可用于有价值的健康补充剂和制药用途[ 15 ]。通过对微藻菌株的选择或遗传修饰，优化培养条件（碳源、养分、光照强度等），可以获得较高的微藻生物量和脂类产量。然而，利用这种极具潜力的原料生产生物燃料需要强大的下游加工技术。因此，本章将详细讨论生产高质量微藻生物燃料的转化途径的最新研究进展。用于生物燃料生产的微藻养殖。https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817536-1.00010-2版权所有©2020爱思唯尔公司。保留所有权利。149微藻生物量转化为生物燃料生产生物燃料，微藻生物量可以通过生化和热化学过程转化。图10.2显示了微藻生物量转化为生物燃料及其产品的途径。发酵和厌氧消化等生化过程将生物质转化为甲烷、生物氢、合成气和甲醇。尽管生化过程更环保、能耗更低，但由于其转化效率低、反应步骤繁琐、无成本效益等特点，不适合大规模生产[16]。热化学过程包括气化、液化和热解，这些过程将生物质转化为生物燃料，如生物炭、沼气、合成气和碳氢化合物燃料。脂肪酸甲酯形式的酯交换生物柴油（FAMEs）