微藻作为第二代能源植物
利用微藻进行生产ios版雷竞技官网入口 具有许多生态和经济优势。首先，微藻的转化效率要高得多太阳能生物质。从一公顷玉米的生物量中，可以获得约2000立方米的沼气(甲烷);然而，在同等面积上生长的微藻类的生物量约为20万立方米(solarbiofuel 2008)。在微藻生物量中，适合生产生物燃料的化合物(如淀粉、油)的百分比远高于作物植物，因为不需要将能量转移到合成纤维材料、维管和吸收组织等。微藻培养可以在相对较小的可能不适合农业的面积上生长，至少在“室内系统”的情况下，它们不需要灌溉，无论外部环境条件，如温度和干旱，都能产生较高的恒定产量。为了生产一定数量的生物量，室内培养所需的水比作物少1000倍左右。初步数据显示，在同一地区(christi, 2007年)，微藻培养生产的石油大约多15倍ios版雷竞技官网入口 产量比油菜籽要高。以满足美国25%的需求运输燃料如果是玉米(表1)，则需要的耕地面积约为目前美国农业耕地面积的4.6倍。当使用油棕油时，大约需要12%的农业面积;然而，当使用微藻培养时，只需该区域的2-5%就足够了。
3.1.微藻培养系统
对于微藻的大规模培养，使用了两种系统，即所谓的“室内”和“室外”系统(图1和图2)。室外系统有时也被称为“露天滚道池”，具有悠久的历史传统
作物 |
生物柴油得率(L × ha-1 × a-1) |
所需土地面积(美国目前作物覆盖面积的百分比(公顷× 106))a |
|
玉米 |
157 |
843 |
463 |
大豆 |
451 |
294 |
162 |
油菜籽 |
1206年 |
110 |
60 |
麻疯树 |
1892年 |
70 |
38 |
棕榈油 |
5991年 |
22 |
12 |
微藻” |
58700年 |
9 |
5 |
Microalgae0 |
136900年 |
4 |
2 |
a覆盖美国每年所需运输燃料的25%。b藻类生物量含油量(按重量计):30%。c藻类生物量含油量(按重量计):70%。
a覆盖美国每年所需运输燃料的25%。b藻类生物量含油量(按重量计):30%。c藻类生物量含油量(按重量计):70%。
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- 图1。微藻培养的室外系统:“开放式滚道池”seambioics(以色列)经许可。
已经被玛雅人使用了几个世纪微藻，通常是蓝藻，如螺旋藻属小湖泊、池塘和沟渠，收获后散布在附近晾干，然后用作动物食品。现代系统由不同形状的水池组成，其中微藻生长在一个浅层(20-40厘米)，永久搅拌以保证最佳生长条件。如今，大多数户外系统都在夏威夷、澳大利亚和日本等提供最佳自然温度和阳光条件的雷竞技手机版app国家运行。最大的室外设施占地约44万平方米(Spolaore等人，2006年)，每平方米和每天产生约8-12克干重的藻类生物量(Ackermann, 2007年)。
室内系统是封闭的生物反应器，藻类在规定的温度、光照、营养供应等条件下生长(Pulz, 2001)。最大的商用室内系统的体积约为600立方米，包含在500公里长的玻璃管中(Ackermann, 2007)。藻类生物量的产量为32g m-2和天(仅日光)。
3.2.成本
比较两种系统的优缺点可以发现，当给定最优和恒定的气候条件时，开放系统比封闭系统更具成本效益，例如:最适温度充足的阳光。然而，同样明显的是，开放系统通常更容易受到环境条件变化的影响，例如孢子、细菌和来自大气的颗粒物的输入以及雷暴、飓风等极端天气条件的影响。藻类生物量的连续生产更容易通过封闭系统实现，但需要更高的财政投资。各种试验表明，在封闭系统中，在最佳条件下所能获得的最大细胞密度比开放系统高约30倍。考虑到持续和可预测的高质量室内系统的经济优势，可能比开放式系统更具成本效益。估计值(christi, 2007)计算出在封闭系统中生产1公斤藻类生物量的成本为2.85美元，而在开放系统中约为3.89美元。当藻类被用于生产生物柴油时(30%的藻类生物量是可加工的)，从开放系统获得的1升生物柴油的成本为1.81美元，从封闭系统获得的成本为1.40美元。同一作者计算出，1升生物柴油由棕榈油制成0.66美元，由石油制成约0.49美元。然而，应该提到的是，计算不仅取决于藻类生物量的含油量，而且还取决于设施的一般运行成本，这在一定程度上可能受到环境条件(如环境温度和日照时间)的影响。其他作者计算出由微藻制成的1升生物柴油的成本约为5.35美元(Dimitov, 2007)到0.16美元(Gunzburg, 1993)。 At any rate, most calculations show that costs of biofuels made from microalgae are still higher than costs of petrofuels. However, in recent times, the market price of petrofuel is steadily pointing upwards and the break-even point may be reached sooner than anticipated.
3.3.高价值产品
到目前为止，室内和室外系统的任何经济成功都是通过生产高价值产品，如药品、化妆品、保健产品、天然色素、不饱和脂肪酸、必需氨基酸等来实现的，这一点并不令人惊讶。这些高价值物质使微藻培养与经典的生产方法(如从草药中分离亚油酸等)进行了现实的竞争。它们允许微藻培养带来其特定的优势，如在可靠的无菌条件下生产，没有被人类病毒、朊病毒等污染的风险。因此，可以想象将微藻培养物也用于基因工程技术以获得例如特别设计的抗体、重组蛋白等。适当的技术可用于微藻，例如，在Chlamydomonas sp.(绿藻)中，遗传操作已经成功(Patel-Predd, 2007)。与转基因作物相比，微藻有一个有趣的优势，那就是公众不会担心将“被操纵”的生物带入生态系统，因为藻类系统不与环境接触。
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