海藻生物质能

海藻生物质能浅谈海藻生物质能在全球暖化和能源危机的大环境下，能源已成为制约世界各国发展的一个重要瓶颈。寻求洁净、安全、可持续发展的能源已成为当务之急。这在减少对石油的依赖性，降低环境污染，保证国家能源安全方面具有深远意义。在此背景下，生物质能源发展越来越受到社会的关注，成为当前实现能源来源多元化和国家能源战略抗风险的重要选择。一、生物质能源现状第一代生物质能源以玉米、甘蔗等农作物为原料生产生物乙醇，或者以大豆、油菜籽、油棕榈等油料作物为原料加工生物柴油。它们都存在着产量低、成本高、经济性差、与其它农作物争夺土地、导致国际粮食价格提升等缺点。而且油料植物主要有麻疯树、油桐树、油茶、黄连木等,它们仅生长在少数地域,且要受到季节变换以及生长周期的影响,不能够源源不断地长期产油。国内目前的生物柴油工厂大都以廉价的餐饮废油脂为原料，餐饮废油存在质量不稳定、来源分散等问题。第二代生物质能源技术可以直接把农业废弃物等木质素纤维素转化为燃料，其中以生物质裂解气化技术为主。生物质气化是把生物质在高温的条件下裂解成为小分子的气体物质，设备要求较高，且产物储存困难，一般需要再次转化，成本很高。故而人们把眼光投向了具有分布广泛、油脂含量高、环境适应能力强、生长周期短、产量高等众多特点的第三代生物质能——海藻生物燃料。二、藻类的制备微藻是指一些微观的单细胞群体,是最低等的、自养的释氧植物。它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群。无论在海洋、淡水湖泊等水域,或在潮湿的土壤、树干等处。几乎在有光和潮湿的任何地方,微藻都能生存。这为藻类生物燃料的发展提供了充足的原料。1.利用细胞工程技术制备微藻【1】清华大学缪晓玲等通过异养转化细胞工程技术获得了高脂含量的异养小球藻细胞,其脂含量高达细胞干重的55%(质量分数)。是自养藻细胞的4倍。将制备的微藻经离心分离、蒸馏水洗、冷冻干燥、萃取，最后利用酸催化酯交换技术一步得到生物柴油和副产甘油。2．利用分子生物学和基因工程技术制备微藻12012/4/26美国可再生能源国家实验室在20世纪80年代就开始了对利用微藻制备生物柴油的研究。其研究人员经筛选、分离和表征,最后选出300含油量高的海藻标种海藻样品,主要是绿藻和硅藻。发现去除微藻细胞壁中的N和Si元素,可以使细胞中的油脂含量增加。所以应用分子生物学和基因工程的技术使得微藻细胞壁在降低N、Si含量的前提下,保持较高的产量。目前其改造的“工程微藻”细胞中油脂的质量分数增加到60%以上。三、藻类生物燃料的制备方法藻类生物燃料的制备方法【2】1.开放池塘法在池塘、湖面等封闭水域养殖藻类。简便易行、成本较低，但易污染、占地面积大、难以对水体和温度进行调节从而生产不稳定，发展受到很大限制。2.封闭环路系统法【2】在闭合的人造水渠中进行，含有藻类的液体在其中循环，循环过程中将藻类进行新陈代谢所需的二氧化碳和养分引入到水渠的液体中。操作简单，培养条件、参数易控制，条件稳定，成品质量高，可实现全年无菌纯种培养，能较大幅度地提高微藻细胞密度，其生长速率和生物量大幅度提高，近些年已应用于微藻的商业性、高密度大规模培养生产。但生产成本相对较高，成本为开放式池塘培养法的10倍以上。3.固化反应器法【2】用一些透明管道装满工厂排出的废水和废气，管道内的藻类吸收废气中所含的二氧化碳，用于光合作用。同时，藻类排出氧气，生成用于提炼燃料的物质。4．直接热解制备生物柴油【3】南昌大学万益琴等在生物质微波裂解技术基础上，以干海藻为原料，经微波加热，在只消耗少量电能的情况下，即能热解大量的干燥海藻产品，获得大量的海藻生物油，该油在自然条件下分层，成为可直接燃烧的油相生物油及主要成分是含氮化合物的水相生物油，为从海藻到燃油的转化提供了一种简便、经济且因无需添加任何试剂而对人无害的方法。但目前仍处于试验阶段，未能取得大规模生产。四、利用藻类物质制备燃料的优点1.解决目前全球面临的能源危机。2.大量的海藻种植可中和一部分碳排放，减缓全球暖化。2.我国海洋面积广阔,有很大的海域还没有开发利用,若利用这些海域大量培养藻类,不但可以避免资源的浪费,还可以带动沿海地区的经济和社会发展。3.藻类很容易繁殖,并且培养时间短,在很短的时间内可获得大量产品。22012/4/264.藻类在水域(淡水或海水均可)中生长繁殖,不依靠土壤,不存在与农业用地相竞争的问题,不影响农业生产。五、目前仍存在的一些问题【4】1.由于藻类生长繁殖要求一定的条件,因此前期投资比较大。2.高产工程藻的培育。3.反应容器的放大。4．高度修饰的工程藻对生态环境构成巨大威胁。六、综述【5】我们要加强对海藻生物燃料的战略性认识。把海藻能源列为未来生物质燃料产业的重要组成部分，特别是沿海地区，把海藻能源列入新能源的战略规划，大力强化海藻加工技术创新。建立完善的政策引导海藻生物质能的发展，对各种潜在的危险如生物入侵等要建立健全的应急方案。【6】只有这样才能积极健康安全的发展海藻生物质能。在能源危机日趋严重的今天，我国作为一个能源消费大国,能源供应对社会发展有着举足轻重的意义,而生物燃料作为新型绿色能源,必将在经济发展中扮演不可替代的重要角色。为了实现生物能源产业的可持续、稳定发展,积极寻找制备生物柴油和生物质油的原料已迫在眉睫,而在众多生物中,工程微藻无疑是制备生物燃料原料的优良替代品,具有广阔的开发利用前景。参考文献：【1】嵇磊等利用藻类生物质制备生物燃料研究进展石油学报(石油加工)第23卷第6期【2】陈晖第三代生物质能：藻类生物燃料【3】万益琴等微波裂解海藻快速制取生物燃油的试验农业工程学报第26卷第1期【4】胡风庆等利用微藻热解成烃制备可再生生物能源进展辽宁大学学报【5】李乃胜关于发展海藻生物能源的认识与建议《科学时报》2009-2-9【6】JosephBiofuelvsBioinvasion：SeedingPolicyPrioritiesEnviron.Sci.Technol2010,4432012/4/262012高二地理新人教版选修二课件5.3海洋能的开发利用第三节海洋能的开发利用课标领航基础自主梳理知能层级突破第三节教材深化透析当堂巩固训练课外视野拓展课标领航课程标准说出潮汐能、波浪能等的特点，说出潮汐能、波浪能等的特点，以及海洋能的开发前景。开发前景。学习目标1.了解海洋能的类型。了解海洋能的类型。了解海洋能的类型2.掌握海洋能的特点。掌握海洋能的特点。掌握海洋能的特点3.掌握潮汐能、波浪能开发利用的特点和现状。掌握潮汐能、掌握潮汐能波浪能开发利用的特点和现状。基础自主梳理一、海洋能的特点1．海洋能：通常指海洋中所蕴藏的可再生．海洋能：通常指海洋中所蕴藏的_________的自然能源，主要包括潮汐能、波浪能、的自然能源，主要包括潮汐能、_________、海流能、海水温差能和盐差能等流能、海水温差能和_________等。2．海洋能的特点．总量大(1)_________、密度小。海洋能在海水中蕴藏密度小。量巨大，但单位体积、量巨大，但单位体积、面积上所拥有的能量较小。_________。(2)可再生。海洋能来源于太阳辐射能与天体间可再生。可再生万有引力的_______________。。(3)污染小。海洋能属于洁净能源。污染小。海洋能属于洁净能源。污染小(4)时空分布不均。在空间上，(4)时空分布不均。在空间上，海洋能因地而异时空分布不均具有各自的_________海域在时间上，海域；，具有各自的富集海域；在时间上，它们大多具有明显的___________、大多具有明显的日变化、月变化和年变化。_________。思考1．什么是海流能、温差能、盐差能？．什么是海流能、温差能、盐差能？提示】【提示】海流能：是指海水流动的动能。海流能：是指海水流动的动能。主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。由于潮汐导致的有规律的海水流动。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，海流能的变化更平稳且有规律得多。海流能的变化更平稳且有规律得多。温差能：温差能：是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。一方面，温之差的热能。一方面，海洋的表面把太阳辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上另一方面，层；另一方面，接近冰点的海水大面积地在不1000米的深度从极地缓慢地流向赤道米的深度从极地缓慢地流向赤道。到1000米的深度从极地缓慢地流向赤道。这样就在许多热带或亚热带海域终年形成20℃，就在许多热带或亚热带海域终年形成℃以上的垂直海水温差。上的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电。力循环并发电。盐差能：盐差能：是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。同时，河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。能量密度最大的一种可再生能源。二、海洋能开发利用前景目前，海洋能的开发主要用于________。世目前，海洋能的开发主要用于发电。20世纪后期以来，美国纪后期以来，_________、俄罗斯、_______、、俄罗斯、日本、法国等沿海国家非常重视海洋能的开发。法国等沿海国家非常重视海洋能的开发。1．1．潮汐能及其利用潮汐能(1)___________是人类认识和利用最早的一种海洋能。海洋能。(2)分布：主要分布在一些浅窄的海峡、海分布：主要分布在一些浅窄的________、分布湾和________区域。湾和河口区域。区域(3)潮汐发电的条件：一是潮差足够大；二是潮汐发电的条件：一是________足够大足够大；潮汐发电的条件海岸能够储蓄大量的海水，并可以进行土建施工。海岸能够储蓄大量的海水，并可以进行土建施工。(4)潮汐发电站：1912年，世界上第一座潮汐发电潮汐发电站：潮汐发电站年站在德国的___________建成建成；站在德国的布斯姆建成；1966年，世界上最年朗斯建成；大容量的潮汐发电站在法国_______建成1958年大容量的潮汐发电站在法国_______建成；1958年以来，我国在广东省的_______和东湾和东湾、以来，我国在广东省的顺德和东湾、山东省的乳山、上海市的________等地_______、上海市的崇明等地，建立了潮汐能等地，发电站。发电站。2．波浪能及其利用．(1)定义：海洋表面波浪所具有的________和定义：海洋表面波浪所具有的动能和定义势能。_________。(2)优点：在最耗费能源的冬季，可以利用的优点：在最耗费能源的冬季，优点波浪__________能量最大海面极少平静，波浪__________能量最大；海面极少平静，_______能量最大；随时可以利用。随时可以利用。(3)分布：波浪能主要集中在南北纬°～60°分布：波浪能主要集中在南北纬40°分布°西风带海区海区。的__________海区。(4)应用：世界上有许多国家和地区研建了应用：应用波浪能发电航标灯等提供电力_____________装置。为_________等提供电力的波浪能发电装置已实现了批量生产。的波浪能发电装置已实现了批量生产。实现海洋能_____________是海洋能开发利用的是海洋能开发利用的实现海洋能综合利用一个重要发展趋势。一个重要发展趋势。思考2．波浪能为什么主要集中在南北纬°～60°．波浪能为什么主要集中在南北纬40°°之间的西风带海区？之间的西风带海区？【提示】提示】波浪最常见的形式是风浪，波浪最常见的形式是风浪，波浪能的分布相对集中，赤道地带风少，的分布相对集中，赤道地带风少，两极附近冰多，波浪主要集中在南北纬40°～60°常年盛波浪主要集中在南北纬°°行西风的海域，行西风的海域，特别是南半球由于较少受陆地阻挡，风力更强。阻挡，风力更强。知能层级突破海洋能的特点1．海洋能的概念和类型．(1)概念：海洋能通常指海洋中所蕴藏的可再生概念：概念的自然资源。的自然资源。(2)类型：