微藻生物柴油的生命周期能耗和排放评估.doc

《微藻生物柴油的生命周期能耗和排放评估.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、微藻生物柴油的生命周期能耗和排放评估　　摘要：本研究基于可行的微藻柴油生产工艺，建立了一套开放式跑道池微藻柴油生产系统。并采用生命周期评估方法，对这套系统生产的微藻生物柴油进行了生命周期能耗和排放评估。结果显示：在不对副产品加以利用的情况下，该系统生产的微藻生物柴油的生命周期能耗和排放分别高达：101952.9MJ/ton和10226.3kgCO2eq/ton，其中微藻的培养过程是整个生产过程中能耗和排放最为集中的过程，该过程的能耗和排放占比均超过总能耗和总排放的60%。　　关键词：微藻生物柴油；开放式跑

2、道池；生命周期；能耗；温室气体排放　　引言　　相比于传统陆生生物质原料，微藻具有生长周期短、单位面积产量大、不占用农业耕地等诸多优点。使用微藻为原料生产的车用替代燃料，对缓解化石燃料危机、减少温室气体排放有积极作用，备受国内外学者的关注[1]。目前，微藻生物柴油的中试规模试生产已经取得成功，但是大规模工业化生产尚未实现。另外，作为水生植物，微藻的含水率极高，刚刚收获的微藻原料必须经过一系列能耗较大的脱水/干燥处理之后才能进行后续的油脂提脂和油脂加工。据研究[2]显示，生产微藻柴油过程中，人为投入的能量甚至

3、高于微藻柴油产出的能量。因此为了找到降低微藻柴油生产过程能耗的办法，为今后微藻能源化利用提供数据支持。本文基于可行的微藻柴油生产工艺，建立了一套开放式跑道池微藻柴油生产系统。并从生命周期的角度出发，对这套系统生产的微藻生物柴油的能耗和温室气体排放进行了计算和评估。　　1定义对象与边界　　1.1研究对象　　本文建立的微藻柴油生产系统采用开放式跑道池对小球藻进行培养。收获的小球藻原料在经过脱水、均质化处理、油脂提取和转酯化反应的一系列工艺过程后，得到最终产物微藻生物柴油以及其他副产品。小球藻的性质参数如表1所

4、示[3]：　　表1小球藻的性质参数　　1.2系统边界　　本文研究的微藻柴油生产系统的系统边界如图1所示，涵盖微藻柴油生产和副产品处理的各个过程，微藻柴油生产过程中直接和间接产生的能耗与排放均包含在系统边界之内，厂房建造和系统安装等过程带来的能耗和排放则排除在系统边界之外。各项物资生产过程的化石能源消耗因子和温室排放因子来自近期相关文献[4，5，6]。系统的功能单位定位生产1ton生物柴油。　　2微藻生物柴油的生产流程　　2.1微藻的培养过程　　本文选用由Lundquist[7]设计的，面积为40000m2

5、的开放式跑道池对微藻进行培养。跑道池装备有由电机驱动的浆轮装置，装置保持24h不间断转动，以防微藻发生沉淀；系统使用附近火电厂排放的烟道气为微藻的生长提供CO2。尿素和K2HPO4则分别为微藻生长所需的N元素和P元素进行补充；开放式跑道池的工作方式为半连续式：当培养液中的微藻的质量分数达到一定时，将池中一部分培养液通过水泵送入脱水单元中进行收获。培养液的收获过程在夜间进行，每天收获量约等于白天微藻的生长量。　　整个生产系统一共包含25个跑道池，在此规模下培养过程的浆轮、水泵以及烟气输送等装置每天共需消耗9

6、575.3kWh的电能。此外，每生产1kg微藻干藻，培养环节还需消耗0.165kg尿素，0.045kg磷酸盐和10.864kg的电厂烟气。　　2.2微藻的脱水过程　　最初收获的培养液中，微藻的质量分数仅为0.05%，因此在进行下一步处理之前首先要对微藻进行脱水和干燥。本研究选用了三步式脱水工艺对微藻进行脱水处理，每一步过程中微藻的残留率分别为90%、90%和95%[4]。　　脱水之后，得到的浓缩藻浆中微藻的质量分数上升至15%，脱水过程中得到的去藻培养液则将汇总集中，送回跑道池中循环使用。脱水过程中，气体

7、浮选和机械离心工艺的电耗分别为：0.15KWh/kg干藻和0.035KWh/kg干藻。　　2.3藻浆的均质化过程　　微藻的细胞由厚实的细胞壁包裹，为了增加有机溶剂对微藻油脂的萃取效率，就需要打破微藻细胞，释放微藻细胞的内容物。本研究中对微藻的处理方法为高压均质化法，两次均质化处理后微藻细胞的破碎率达到95%，均质化过程中的能耗为36.1kWh/m3浓缩藻浆。　　2.4油脂提取过程　　在这一过程中，本文选取了适用于湿式萃取的正己烷/甲醇混合溶剂[4]作为萃取溶剂对藻浆进行油脂提取。萃取溶剂和浓缩藻浆首先将以

8、5：1的比例混合，共同进入多级逆流式萃取器中进行油脂提取。提取完成后，得到的去脂藻渣由于仍然具有较高的能量，将作为副产品加以利用，而含有油脂的萃取溶剂则将送入气提塔中进行油脂和溶剂的分离。经气提塔分离后，萃取溶剂将重新回到萃取器中再次使用，而分离得到的初级藻油则将进入酯交换反应阶段继续加工[8]。　　整个油脂提取过程的油脂提取率为95%。每提取1kg初级藻油，油脂提取过程将消耗0.47kWh的热能和0.069kWh的电能，同时