基于氣候生長模型的微藻生物柴油生命周期評估.pdf

1、與傳統(tǒng)陸生生物質(zhì)原料相比，微藻具有生長速度快、含油率高且不占用農(nóng)業(yè)耕地等優(yōu)點。以微藻為原料生產(chǎn)車用燃料對于解決化石燃料短缺、溫室效應(yīng)加劇具有積極作用，日益受到廣泛關(guān)注。作為一種常見的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，開放式跑道池(ORP)以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、具有較高的能量產(chǎn)出輸入比(NER>1)，被視為是今后實現(xiàn)微藻柴油大規(guī)模生產(chǎn)的可行方法。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對基于開放式跑道池微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)進行了較多的生命周期評估，但是現(xiàn)有的研究存在一些局限性。一

2、方面，使用開放式跑道池培養(yǎng)微藻易受溫度、光照等因素影響，微藻的單位面積產(chǎn)量隨氣候和季節(jié)的變化會發(fā)生較大波動。而現(xiàn)有的生命周期研究通常把微藻的單位面積產(chǎn)量設(shè)定為實驗室條件下得到的穩(wěn)定值，忽略了外部環(huán)境因素變化對生命周期評估結(jié)果帶來的影響；另一方面，使用開放式跑道池對微藻進行培養(yǎng)會消耗大量的水資源，然而現(xiàn)有研究對微藻柴油生產(chǎn)過程中水資源消耗情況關(guān)注較少。因此，為量化微藻柴油生產(chǎn)過程中對的資源消耗(包括水資源在內(nèi))和對環(huán)境的排放。本文基于微藻

3、的氣候生長模型，對由開放式跑道生產(chǎn)的微藻生物柴油進行了生命周期評估。具體內(nèi)容陳述如下：
　　首先，本文基于微藻氣候生長模型和累年氣象數(shù)據(jù)，對位于杭州、威海、?？诤臀錆h這四個地區(qū)的微藻單位面積產(chǎn)率上限和理論產(chǎn)率進行了以月為基準的估算。結(jié)果顯示：上述四個地區(qū)使用開放式跑道池培養(yǎng)微藻時，各地區(qū)的微藻單位面積產(chǎn)率上限和理論產(chǎn)率均隨季節(jié)發(fā)生明顯變化，在全年范圍內(nèi)呈先增加后減少的趨勢；受到光飽和效應(yīng)以及溫度的影響，四個地區(qū)各月份的微藻理論產(chǎn)率

4、在0~34g/m2/day之間，均遠低于相對應(yīng)的產(chǎn)率上限。
　　然后，本文根據(jù)可行的微藻柴油生產(chǎn)工藝，建立了一套完整的開放式跑道池微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)。該微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)包含微藻的培養(yǎng)、藻漿的脫水、藻漿均質(zhì)化、油脂提取、藻油的轉(zhuǎn)酯化等過程。系統(tǒng)跑道池的總面積為100公頃。研究結(jié)果表明：系統(tǒng)每生產(chǎn)1ton微藻柴油需要消耗干重為5.98ton的微藻原料，同時生成3.57ton的脫脂藻渣和0.1ton的甘油副產(chǎn)品；該微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)的全年運

5、行時間受水溫的影響較大，在全部四個系統(tǒng)中，只有位于海口地區(qū)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全年不間斷生產(chǎn)。因此為了保證開放式跑道池微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)具有較高的全年生產(chǎn)效率，應(yīng)盡選擇在熱帶地區(qū)對這類系統(tǒng)進行安裝。
　　最后，本文對這套系統(tǒng)生產(chǎn)的生物柴油進行了生命周期能耗、排放和水足跡分析。從能耗和排放的角度來看，當(dāng)該系統(tǒng)的微藻生物柴油的產(chǎn)量為3ton/day時，微藻生物柴油的生命周期化石燃料消耗和產(chǎn)生的溫室氣體排放分別達到：101952.9MJ/ton

6、和10226.3kgCO2eq/ton；與此同時，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品進行利用能夠給系統(tǒng)帶來巨大的能耗和排放收益，足以抵消掉生產(chǎn)過程中的能耗和排放。因此，為了改善微藻生物柴油的生命周期表現(xiàn)，微藻柴油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品必須得到充分的利用；從水足跡的角度來看，受地域和季節(jié)變化的影響，本文研究的微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)水足跡和生產(chǎn)的微藻柴油的生命周期水足跡均會發(fā)生較大變化。在本文選取四個地區(qū)的微藻柴油生產(chǎn)系統(tǒng)中，武漢系統(tǒng)生產(chǎn)的微藻柴油具