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微藻生物柴油生產工藝新突破,油脂提取率提高20%

發布日期:2020-02-21   來源:創氪網 中國油脂網

 生物質能是蘊藏在生物質中的能量,是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。在傳統能源日漸枯竭的背景下,生物質能是理想的替代能源,在應對全球氣候變化、能源供需矛盾、?;ど肪車確矯娣⒒幼胖匾饔?是全球繼石油、煤炭、天然氣之后的第四大能源。

微藻,即微體藻類,大小從幾微米到幾百微米不等,是地球上最古老的單細胞浮游植物。像其他植物一樣,微藻也具有光合色素,可以利用陽光、二氧化碳和水合成生物質,但與其他高等植物相比,微藻有其不可比擬的優勢:首先是種類繁多,便于取材;其次是藻類光合作用效率高,生長周期短;此外,微藻的培養不需要占用糧食耕地,加之微藻出色的環境耐受力,使微藻成為這次國際能源轉型的重要力量。

常用的微藻生物柴油生產工藝主要包括微藻培養,生物質采收、油脂提取和轉化。較高的生產成本制約了微藻能源商業化生產,其中,培養環節約占到整個生產成本的40%,提油環節占到14-20%。河西學院崔巖教授及其團隊從培養體系和提取工藝兩方面進行突破,大大降低了設備投資和生產成本。

崔巖教授利用固定化培養(immobilized algae culture)技術來進行微藻培養,該技術是在固定化酶技術的基礎上發展起來的,與傳統懸浮式(suspended)微藻培養技術有著本質的區別。在懸浮式培養系統里,微藻細胞懸浮在水里,因此與陽光和空氣(二氧化碳)的接觸受到傳質的極大限制,同時微藻細胞在水里的含量極低,通常在0.1%左右,因此收獲成本很高。相反,在固定化培養系統里,微藻長在特定固體材料上,而固體材料暴露在空氣和陽光中,只需要保持表面濕潤即可,因此避免了空氣和陽光在水里的傳導限制。同時,由于細胞長在固體表面上,收獲極為容易,且材料可以反復使用,因此極大的降低了能源消耗和收集成本。此外,崔巖教授指出該固定化培養模式可與生活污水或者養殖廢水處理相結合,在凈化水質的同時實現微藻生物質的積累。相關的研究成果已發表在《Applied energy》和《Applied Biochemistry and Biotechnology》。

由于微藻細胞直徑小且具有較強韌的細胞壁或細胞膜,從藻類細胞中提取油脂和其他高附加值成分面臨的首要問題是細胞破壁。崔巖教授及其團隊利用溶藻細菌的生物降解作用,實現微藻的破壁,進而提取油脂和其他活性成分,油脂提取率較傳統方法提高了20%。傳統工業破壁方法是先將微藻生物質通過離心收集,再進行低溫真空干燥;而溶藻細菌可以直接與微藻細胞作用,從而避免了傳統破壁過程離心和干燥的高能耗。相關研究成果已發表在《中國油脂》、《可再生能源》等期刊上。

崔巖教授論文系統流程截圖

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