[发明专利]一种实现产油微藻规模化培养的光生物反应器系统

说明书

技术领域

本发明涉及光生物反应器，特别涉及一种实现产油微藻规模化培养的光生物反应器系统。

背景技术

随着全球石化能源的日益枯竭和环境问题的逐渐恶化，寻找一种持续可再生、环境友好型的能源形式成为各国科学家关注的焦点。在众多的可再生能源(风能、地热能、水能、太阳能、海洋能中)中，生物柴油以其在能量密度、燃烧性等方面与石化柴油具有极高的相似性，并且具有易降解、不含硫及芳香类化合物、对环境友好等特性，受到世界各国的广泛关注。

生物柴油是指动、植物或微生物油脂经酯化反应后得到的长链脂肪酸烷基单酯。自1988年以来，许多欧美国家已经开始将生物柴油作为石化柴油的替代品加以利用，但由于较高的原材料价格，使得生物柴油的价格远高于传统石化柴油，这成为制约生物柴油产业化发展的主要瓶颈。目前，生产生物柴油的主要原料是大豆、油菜、葵花籽等经济作物。这种以传统农业为基础的生物柴油生产方式，不仅产量低，而且与粮食作物争夺耕地，因此不能满足生物柴油产业对原料持续增长的需求。

微藻是一类以光合自养产生能量的低等植物，是自然界起源最早、分布最广、种类和数量最大的生物质资源。在一定条件下许多微藻能够在细胞中大量积累储藏性三酰甘油(微藻油)，其最高含量可达到细胞干重的50％以上。与高等陆生油料作物相比，微藻具有光合效率高、生长速率快、生长周期短、单位藻细胞油脂含量高和不占用耕地面积等优点。因而，从微藻油的产量和品质上考虑，它应是解决全球能源短缺的重要非粮食原料。

利用微藻生产生物柴油存在诸多技术瓶颈，其中，产油微藻的低成本高密度培养技术是实现其产业化的关键。初期的研究工作发现，某些高产油微藻(Nannochloropsis sp.)在实验室培养时，生物量可以达到8.0g·L^-1以上，但将其进行户外放大培养后，它的生物量却不足1.0g·L^-1，这种产量上的巨大落差，揭示了开发一种可用于产油微藻高密度培养的光生物反应器的必要性。

目前用于微藻培养的光生物反应器主要有敞开式和封闭式两种类型。敞开式光生物反应器具有结构简单、容易放大和成本低等优点，已被成功应用于饵料微藻规模化培养中；封闭式光生物反应器具有不易污染、培养条件易于控制、较高比表面积、光能和CO₂利用率较高等优点，但是，封闭式光生物反应器的投资和操作成本高。国内公开的光生物反应器发明专利中，用于产油微藻培养的仅有以下三项：

其一，申请号为“200820058978.3”，名称为“一种产业化培养微藻的生产装置”(蔡志武)。该培养装置的主体为跑道池式结构(不具备搅拌桨)，其通过鼓气的方式实现藻液的循环，开放池用塑料薄膜完全覆盖，该反应器结合开放式与封闭式光生物反应器各自优点，可实现产油微藻规模化培养。

其二，申请号为“201020129411.8”，名称为“一种富油微藻培养装置”(吴其飞，江苏大学)。该反应器借鉴了厌氧发酵罐的设计理念，其包括罐盖、罐体、气体分布器、夹套、温度控制结构、PLC自动控制系统，光照装置安装在罐体内部。PLC自动控制系统可更加准确地对微藻的生长进行调控(温度、光照和CO₂)，大大缩短了培养周期，加快了微藻的生长速度，提高了生产效率，降低了生产成本。

其三，申请号为“200680039890.0”，名称为“由藻类生产生物柴油的方法、设备和系统”(美国索利克斯生物燃料公司)。所述培养系统包括具有多层(包括阻热层)的塑料袋，其可用于盛装藻类养殖物或调节藻类养殖物的温度。该反应器以低能源消耗稳定了培养系统中的温度，适用于任何藻类(产油微藻、饵料微藻等)的培养。

上述反应器设计时多未考虑产油微藻生长及油脂积累的生物学特性，产油微藻的培养有别于饵料藻，其需要充足的光照和CO₂才能促使油脂的快速积累，故上述光生物反应器难以满足产油微藻高密度培养的需要。