專(zhuān)利名稱(chēng)：生物燃料制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造生物燃料的生物燃料制造方法。
背景技術(shù)：
生物燃料是利用來(lái)自生物量的原料生産的燃料。生物量在例如像植物那樣具有光合作用能力的情況下從光能與二氧化碳產(chǎn)生的油脂或碳水化合物成了生物燃料的原料，因此能夠生產(chǎn)對(duì)環(huán)境壓力小的燃料。生物燃料有將碳水化合物糖化，經(jīng)酒精發(fā)酵產(chǎn)生的生物乙醇、作為植物油的主成分的甘油三酯、由蠟酯等中性脂質(zhì)產(chǎn)生的生物柴油和生物噴氣燃料等。
生物燃料的原料植物已知有大豆、玉米、棕櫚等，但是以可食性作物為原料的情況下，有擔(dān)心造成糧食不足的問(wèn)題。另一方面，利用麻風(fēng)樹(shù)、亞麻薺等非糧食性植物生產(chǎn)生物燃料也在取得進(jìn)展，但是存在單位面積的産量低的問(wèn)題。
另一方面，在池塘、沼澤中廣泛棲息的光合作用微生物和原生動(dòng)物等，具有與植物相同的光合作用能力，從水與二氧化碳生物合成油脂和碳水化合物等，在細(xì)胞內(nèi)的積蓄達(dá)數(shù)十質(zhì)量％。已知與植物相比，其產(chǎn)量高，每單位面積的產(chǎn)量為這些據(jù)說(shuō)産量高的棕櫚的10 倍以上。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載有照射光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度受到控制的人工光 ，培養(yǎng)作為光合作用微生物的藻類(lèi)，固定二氧化碳的技術(shù)。而且在該專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載有固定二氧化碳以生產(chǎn)目標(biāo)物質(zhì)并加以分離、精制的裝置、方法以及培養(yǎng)裝置。而且在該專(zhuān)利文獻(xiàn)I提出了利用光合作用微生物固定二氧化碳，以及作為固定化的二氧化碳的利用形態(tài)的一個(gè)例子，將其作為生物燃料的原燃料。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2010 — 57485號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)I沒(méi)有公開(kāi)如何從固定化的二氧化碳生產(chǎn)生物燃料的技術(shù)。利用光合作用微生物具有的光合作用能力減少氣體二氧化碳的情況下，生物量的重量與通過(guò)光合作用固定的二氧化碳量成正比增加，但是如果不能夠?qū)⑦@些有效利用，在工業(yè)上利用是困難的。
因此，本發(fā)明的課題是，提供包含利用光合作用微生物進(jìn)行光合作用，將作為碳源的二氧化碳變換為生物量后，再制造生物燃料的技術(shù)的一連串的生物燃料制造方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明的生物燃料制造方法，包含用培養(yǎng)液培養(yǎng)在細(xì)胞內(nèi)積蓄油脂和碳水化物的光合作用微生物的培養(yǎng)工序、使利用所述培養(yǎng)液培養(yǎng)的光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)積蓄的碳水化合物油脂化的油脂化工序、從所述光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)提取油脂的提取工序、以及使所述提取的油脂改性的改性工序。
這樣，本發(fā)明的生物燃料制造方法，在培養(yǎng)工序培養(yǎng)光合作用微生物，利用光合作用微生物的光合作用將作為碳源的二氧化碳變換為油脂及碳水化合物那樣的生物量積蓄于細(xì)胞內(nèi)后，在油脂化工序使積蓄于光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)的碳水化合物油脂化，以得到更多的油脂。然后，用本發(fā)明的生物燃料制造方法，在接著進(jìn)行的提取工序提取油脂后， 在改性工序?qū)τ椭M(jìn)行改性，以制造生物燃料。
如果采用本發(fā)明，則能夠提供包括在利用光合作用微生物的光合作用將作為碳源的二氧化碳變換為生物量后，進(jìn)一步進(jìn)行生物燃料的制造的技術(shù)的一連串的生物燃料制造方法。
又，如果采用本發(fā)明，則由于在制造工序中包含油脂化工序，因此能夠比用已有的生物燃料制造方法制造更多的生物燃料。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明的生物燃料制造方法的一實(shí)施形態(tài)的流程圖。
圖2是說(shuō)明生物燃料制造裝置的一實(shí)施形態(tài)的方框圖。
具體實(shí)施方式
下面參照?qǐng)D1的流程圖對(duì)本發(fā)明的生物燃料制造方法的一實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明的生物燃料制造方法包含培養(yǎng)工序S1、油脂化工序S2、提取工序S3、以及改性工序S4。
首先進(jìn)行的培養(yǎng)工序SI，是用培養(yǎng)液培養(yǎng)在細(xì)胞內(nèi)積蓄油脂及碳水化合物的光合作用微生物的工序。
作為本發(fā)明能夠使用的光合作用微生物，有例如眼蟲(chóng)(Euglena)。眼蟲(chóng)包含鞭毛蟲(chóng)的一群中作為有運(yùn)動(dòng)能力的藻類(lèi)出名的“小眼蟲(chóng)(Euglena gracilis)”。大部分眼蟲(chóng)具有葉綠體，能夠進(jìn)行光合作用，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的營(yíng)養(yǎng)生活，但是也有捕食性的和吸收收營(yíng)養(yǎng)的。
眼蟲(chóng)是被分類(lèi)于動(dòng)物學(xué)與植物學(xué)雙方的屬。
在動(dòng)物學(xué)中，屬于原生動(dòng)物門(mén)(Protozoa)的鞭毛蟲(chóng)綱(Mastigophorea)、植物鞭毛蟲(chóng)亞綱(Phytomastigophorea)的目中有眼蟲(chóng)目(Euglenida),該目由三個(gè)亞目、即眼蟲(chóng)亞目(Euglenoidina)、袋鞭藻亞目(Peranemoidina)、瓣胞藻亞目(Petalomonadoidina)構(gòu)成。
眼蟲(chóng)亞目(Euglenoidina)中包含作為屬的眼蟲(chóng)(Euglena)、囊裸藻 (TracheIemonas)、陀螺藻(Strombonas)、扁裸藻(Phacus)、鱗孔藻(Lepocinelis 是否為 Lepocincl is)、變胞藻(Astasia)、柄裸藻(Colacium)。
植物學(xué)中，有裸藻植物門(mén)(Euglenophyta),其下有眼蟲(chóng)藻綱(Euglenophyceae)、 眼蟲(chóng)目(Euglenales)，作為包含于該目的屬，除了眼蟲(chóng)屬(Euglena)外，與動(dòng)物分類(lèi)表相同。
除此以外，也可以選擇藍(lán)藻(Cyanobacteria)、綠藻(Green algae)、以及共球藻綱(Trebouxiophyceae)、紅毛菜綱(Bangiophyceae)、青綠藻綱(Prasinophyceae)、娃藻綱 (BaciIIasiophyceae)、球石藻綱(Coccolithophorid)、甲藻綱(Dinophyceae)、真眼點(diǎn)藻綱(Eustigmatophyceae)、金胞藻綱(Chrysophyceae)等中的I種或2種以上使用。
還有，作為藍(lán)藻,有例如色球藻科(Chroococcacae)、真枝藻科(Stigonematacae)、 鞭枝藻科(Mastigocladacae)、以及顫藻科(Oscillatroriacae)。又,此外還可以舉出灰藍(lán)集球藻(Synechococcus Iividus)以及細(xì)長(zhǎng)集球藻(Synechococcus elongatus)等聚球藻 (Synechococcus)、米納瓦集球藻(Synechocystis minervae)等集胞藻(Synechocystis)、 層理鞭枝藍(lán)細(xì)菌(Mastigocladus Iaminosus)等鞭枝藻(Mastigocladus)、層理席藍(lán)細(xì)菌 (Phormidium Iaminosus)等席藻(Phormidium)、溫泉束藻(Symploca thermal is)等束藻 (Symploca)、溫泉隱球藻(Aphanocapsa thermal is)等隱球藻(Aphanocapsa)、以及飛氏藍(lán)菌(Fisherella)等。
而且可以使用屬于魚(yú)腥藻(Anabaena)屬的變異魚(yú)腥藻(Anabanena variabilis) ATCC 29413、藍(lán)桿藻(Cyanothece)屬的藍(lán)桿藻種(Cyanothece sp. ) ATCC 51142、屬于集球藻屬(Synechococcus)屬的集球藻種(Synechococcus sp. ) PCC 7942、以及屬于水花微囊藻(Anacystis)屬的構(gòu)巢水花微囊藻(Anacystis nidulans)以及嗜熱性藍(lán)藻等。
作為綠藻和共球藻，可以舉出有例子為頭霉藻(Cephaleuros)，如小球藻 (Chlorella)包含系統(tǒng)學(xué)分類(lèi)的從小球藻中分離的副小球藻(Parachlorella)、衣藻 (Chlamydomonas)、杜氏藻(Dunaliella)、柵藻(Senedesmus)、葡萄藻(Botryococcus)、 裂絲藻(Stichococcus)、微綠球藻(Nannochloris)、以及鏈帶藻(Desmodesmus)等。具體地說(shuō)，可以舉出例如普通小球藻(Chlorella vulgaris)以及嗜糖小球藻(Chlorella saccharophila)等小球藻(Chlorella)、鹽生杜氏藻(Dunaliella salina)、特迪歐杜氏藻(Dunaliella tertiolecta)等杜氏藻(Dunaliella)、以及光合作用等基本性質(zhì)相同，但是根據(jù)分子系統(tǒng)分析分類(lèi)為共球藻綱的凱氏副小球藻(Parachlorella kessleri) (凱氏小球藻，Chlorella kessleri)。又，可以舉出屬于衣藻(Chlamydomonas)屬的萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)、蒙氏衣藻(Chlamydomonas moewusii)、卵配衣藻(Chlamydomonas eugametos)、緩慢衣藻(Chlamydomonas segnis)、屬于柵藻 (Senedesmus)屬的斜生柵藻 (Senedesmus obliquus)、屬于裂絲藻(Stichococcus)屬的放大裂絲藻(Stichococcus ampliformis)、屬于微球藻(Nannochloris)屬的粉桿微球藻(Nannochloris baci I laris)、以及屬于鏈帶藻(Desmodesmus)屬的近具剌鏈帶藻 (Desmodesmus subspicatus)等。
又，作為青綠藻(Prasinophyceae)可以舉出有例如綠色鞭毛藻(Tetraselmis) 等，作為娃藻(Bacillasiophyceae)，可以舉出例如 Cyanidioschyzon 屬、Cyanidium 屬、 Galdieria 屬、紫球藻屬(Porphyridium)等。
還有，本發(fā)明可以使用的光合作用微生物，只要是能夠利用光合作用生成油脂和碳水化合物積蓄在細(xì)胞內(nèi)，能夠在下述油脂化工序S2將細(xì)胞內(nèi)積蓄的碳水化合物油脂化的微生物就可以使用，不限定于上面所述。
在培養(yǎng)工序SI進(jìn)行的光合作用微生物的培養(yǎng)，也可在大氣中進(jìn)行，但是為了利用光合作用生成更多的油脂和碳水化合物，最好是積極提供氣體二氧化碳，在高于用空氣往培養(yǎng)液中曝氣的溶存二氧化碳濃度下培養(yǎng)。氣體二氧化碳的積極提供，可以利用例如工廠、 燃燒設(shè)備等排出的燃焼廢氣進(jìn)行。這時(shí)，最好是利用集塵器、脫硝設(shè)備、脫硫設(shè)備等去除燃焼廢氣中的塵埃、NOx和SOx。
該培養(yǎng)工序SI中培養(yǎng)液的液體深度以50cm以下為宜，30cm以下更加理想。如果這樣做，即使是培養(yǎng)后光合作用微生物増殖，也由于將培養(yǎng)液上下攪拌(上下流動(dòng))，能夠高效率地進(jìn)行光合作用。
光合作用微生物采用眼蟲(chóng)的情況下，可使用添加氮源、磷源、礦物等營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的培養(yǎng)液，例如改變的 Cramer-Myers 培養(yǎng)基((NH4)2HPO4 l.Og / UKH2PO4 l.Og / UMgSO4 7H20 O. 2g / UCaCl2 2H20 O. 02g / UFe2(SO2)3 7H20 3mg / UMnCl2 4H201. 8mg / L、CoSO4 7H201. 5mg / L、ZnSO4 7H20 0. 4mg / L、Na2MoO4 2H20 0. 2mg / L、CuSO4 5H20 0. 02g / L、鹽酸硫胺(維生素B1) O.1mg / L、氰鈷胺素(維生素Β12)、(ρΗ3· 5))。還有，(NH4) 2ΗΡ04也可以改為(NH4) 2S04和NH3水溶液等。
培養(yǎng)液只要采用適合使用的光合作用微生物的培養(yǎng)基即可，當(dāng)然不限于此。
又，培養(yǎng)工序SI的培養(yǎng)液的pH值以2 6為宜，2 4. 5則更理想。如果這樣使 PH值為酸性，則光合作用微生物的繁殖比其他微生物具有優(yōu)勢(shì)，因此能夠抑制污染。其結(jié)果是，除了批量培養(yǎng)法外，可以使用連續(xù)培養(yǎng)法。
培養(yǎng)液的pH值的調(diào)整可以使用粉末試劑或試劑的水溶液。粉末試劑可以采用例如碳酸氫鈉等，試劑水溶液可以采用例如硫酸、醋酸等酸性溶液和氫氧化鈉水溶液等堿性溶液。
接著進(jìn)行的油脂化工序S2，是使在培養(yǎng)液中培養(yǎng)的光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)積蓄的碳水化合物油脂化的工序。
光合作用微生物處于厭氧條件時(shí)作為防御反應(yīng)在細(xì)胞內(nèi)積蓄油脂。因此作為油脂化的方法，可以采用例如將培養(yǎng)光合作用微生物的培養(yǎng)液保持于厭氧狀態(tài)下的方法。還有， 本發(fā)明的所謂厭氧狀態(tài)，意味著不存在氧(少氧)的狀態(tài)。作為形成厭氧狀態(tài)的方法，將在濃縮工序S12 (沉降濃縮、離心分離)實(shí)現(xiàn)高密度化的光合作用微生物，保持在使光和空氣不能夠進(jìn)入的密閉容器內(nèi)或配管內(nèi)，使其不能夠通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧時(shí)，利用光合作用微生物的呼吸消耗氧，能夠形成厭氧狀態(tài)。還有，形成厭氧狀態(tài)的方法不限于上面所述的方 法。 厭氧狀態(tài)也可以采取利用氮?dú)饣驓鍤獾炔换顫姎怏w將氧氣趕走等方法形成。
還有，最好是在油脂化工序S2之前，也就是培養(yǎng)工序SI與油脂化工序S2之間包含使培養(yǎng)過(guò)的培養(yǎng)液濃縮的濃縮工序S12。利用濃縮工序S12將細(xì)胞內(nèi)積蓄油脂與碳水化合物的光合作用微生物濃縮，去除不需要的培養(yǎng)液，不僅便于其后的操作，在例如使在濃縮工序S12濃縮過(guò)的培養(yǎng)液處于厭氧狀態(tài)下時(shí)，由于被去除的培養(yǎng)液中的溶存氧一起被去除，與其相應(yīng)，能夠利用光合作用微生物的呼吸(光合作用)更快消耗掉濃縮的培養(yǎng)液中溶存的氧，因此能夠更快形成厭氧狀態(tài)。從而也能夠及早進(jìn)行油脂化。
濃縮工序S12的濃縮，可利用沉降濃縮進(jìn)行，但是接著其后進(jìn)行離心分離則更理本巨ο
還有，所謂沉降濃縮，是指利用自然沉降將光合作用微生物濃縮。沉降濃縮時(shí)靜置例如6 36小時(shí)左右即可。
又，利用離心分離方法進(jìn)行的濃縮，是指利用離心分離機(jī)的離心力將光合作用微生物濃縮。進(jìn)行離心分離時(shí)，可以得到包含光合作用微生物的比重大的液體(重液)、以及不包含光合作用微生物的，比重小的液體(上澄液(輕液))。通過(guò)去除輕液,可以將重液中包含的光合作用微生物適當(dāng)濃縮。還有，最好是將輕液盡可能去除。還有，離心分離可在例如 5000 20000 Xg的條件下進(jìn)行。
還有，利用沉淀濃縮得到的上澄液以及利用離心分離得到的輕液送回上述培養(yǎng)工序Si使用的培養(yǎng)槽，與培養(yǎng)液混合即可。如果這樣做，則能夠有效利用培養(yǎng)液。又，上澄液或輕液中包含的未濃縮的光合作用微生物可再度培養(yǎng)。
油脂化工序S2最好是在避光條件下在25 40°C的溫度下進(jìn)行。在這樣的條件下保持包含光合作用微生物的培養(yǎng)液時(shí)，能夠使細(xì)胞內(nèi)積蓄的碳水化合物油脂化。
接著進(jìn)行的提取工序S3是從光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)提取油脂的工序。
從細(xì)胞內(nèi)提取油脂，可以采用例如使用有機(jī)溶劑的溶劑萃取法或超臨界CO2提取法等進(jìn)行。作為使用于溶劑萃取法的有機(jī)溶劑，有例如正己烷。萃取油脂后的正己烷，通過(guò)蒸餾可以再度使用于溶劑萃取，因此在環(huán)保和成本上是很有利的。
這樣提取的油脂，有例如甘油三酯、高級(jí)脂肪酸與一價(jià)或二價(jià)的高級(jí)醇的酯化合物(臘酷)等。
還有，最好是在提取工序S3如、也就是油脂化工序S2與提取工序S3之間包含將含有培養(yǎng)過(guò)的光合作用微生物的培養(yǎng)液烘干的烘干工序S22。如果這樣做，則在實(shí)施溶劑萃取法或超臨界CO2提取法時(shí)，將妨礙提取的水分去除，因此能夠更好地進(jìn)行油脂的提取。
烘干工序S22的烘干，也可以利用太陽(yáng)曬干或熱風(fēng)烘干、凍干等方法進(jìn)行，但是如果利用工廠或焚燒設(shè)施等排出的廢氣或廢蒸氣具有的廢熱則更好。因?yàn)槟軌蜓杆?、可靠地?不需要?jiǎng)e的能量地進(jìn)行合適的烘干。
最好是在提取工序S3后包含對(duì)提取工序S3提取油脂、進(jìn)行脫脂過(guò)的光合作用微生物進(jìn)行回收的回收工序S32。提取油脂進(jìn)行脫脂過(guò)的光合作用微生物中，殘留作為細(xì)胞構(gòu)成成分的蛋白質(zhì)和色素成分等，可將其保持原樣，或以生物方式和/或化學(xué)方式形成可溶化有機(jī)物，或烘干，將其作為飼料、肥料、固體燃料、化學(xué)制品的原料等生物量原料加以利用。
接著進(jìn)行的改性工序S4是將提取的油脂改性的工序。
油脂的改性有例如加氫反應(yīng)那樣的還原處理等。例如，借助于加氫反應(yīng)去除蠟酯中的氧，可以制造汽油或噴氣燃料那樣的生物燃料。
下面參照?qǐng)D2對(duì)實(shí)施本發(fā)明的生物燃料制造方法的生物燃料制造裝置的一實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。還有，圖2所示的生物燃料制造裝置A是本發(fā)明的生物燃料制造方法的理想的實(shí)施形態(tài)之一例的具體體現(xiàn)。
如圖2所示，生物燃料制造裝置A具備培養(yǎng)裝置1、利用沉降濃縮和離心分離對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行濃縮的濃縮裝置12、油脂化裝置2、烘干裝置22、提取裝置3、以及改性裝置4。
還有，這些裝置是與上述具有相同的名稱(chēng)的各工序?qū)?yīng)的。因此，對(duì)這些裝置的意義和作用、效果等的說(shuō)明，由于已經(jīng)在對(duì)應(yīng)的各工序的項(xiàng)目中已經(jīng)說(shuō)明，因此將其省略。
作為培養(yǎng)裝置I，可以舉出例如培養(yǎng)槽。培養(yǎng)槽中放入為培養(yǎng)光合作用微生物而調(diào)制的培養(yǎng)液。在這一實(shí)施形態(tài)中，具備積極提供作為碳源的氣體二氧化碳的氣體二氧化碳供給裝置(未圖示)、用于將培養(yǎng)槽內(nèi)的培養(yǎng)液的PH值維持于約2 6的酸性的pH值維持裝置14、以及向培養(yǎng)液提供營(yíng)養(yǎng)鹽的營(yíng)養(yǎng)鹽供給裝置(未圖示)。
又，培養(yǎng)槽也可以是在培養(yǎng)槽主體上不設(shè)蓋等的向大氣開(kāi)放的條件下進(jìn)行培養(yǎng)工作的培養(yǎng)槽，但是在培養(yǎng)槽主體上設(shè)蓋等的情況下，可以在培養(yǎng)槽或蓋的至少一部分上設(shè)置使太陽(yáng)光或照明光能夠透過(guò)的透光裝置(未圖示)。還有，也可以通過(guò)設(shè)置照明裝置使其光合作用能夠進(jìn)行。由于具備透光裝置以及/或照明裝置，光合作用微生物的光合作用能夠進(jìn)行。
還有，在具備氣體二氧化碳供給裝置(未圖示)的情況下，最好是采用具有氣密性， 氣體二氧化碳不會(huì)泄漏的培養(yǎng)槽。
而且也可以在培養(yǎng)槽中具備測(cè)定培養(yǎng)液和培養(yǎng)槽內(nèi)的溫度的溫度計(jì)、光度計(jì)、測(cè)定氧濃度和二氧化碳濃度的氣體濃度計(jì)、使培養(yǎng)液保持一定溫度的恒溫裝置、攪拌培養(yǎng)液的撹拌裝置等(均未圖示)。
在濃縮裝置12中進(jìn)行的沉降濃縮可以利用例如沉降槽進(jìn)行。將沉降槽的上部液面設(shè)置于比培養(yǎng)液的液面高的位置時(shí)，可利用水頭差將上澄液送回培養(yǎng)槽。送回的該上澄液中包含營(yíng)養(yǎng)成分，因此將其送回培養(yǎng)槽可以充分利用營(yíng)養(yǎng)成分而不浪費(fèi)。
濃縮裝置12中的離心分離可用例如分離板型離心分離機(jī)進(jìn)行?？墒雇ㄟ^(guò)離心分離得到的輕液返回培養(yǎng)槽以減少水的消耗量。另一方面，通過(guò)離心分離濃縮得到的重液被提供給下述油脂化裝置2。
作為油脂化裝置2，有例如可避光的氣密容器。在這樣的氣密容器中，也可以具備將濃縮的培養(yǎng)液的溫度保持于一定的恒溫裝置、測(cè)定氧濃度和二氧化碳濃度的氣體濃度計(jì)、在用氮?dú)饣驓鍤獾炔换顫姎怏w將氧氣從氣密容器內(nèi)趕走形成厭氧狀態(tài)的情況下，使用止回閥等形成的氣體導(dǎo)入裝置以及氣體導(dǎo)出裝置(均未圖示)等。
作為烘干裝置22，可舉出利用例如工廠或焚燒設(shè)施排出的廢氣、廢蒸氣具有的廢熱的烘干機(jī)。還有，烘干機(jī)不限于此，也可以采用市售的熱風(fēng)烘干機(jī)、凍干機(jī)等。還有，如烘干工序S22所述，也可以利用太陽(yáng)曬干。利用烘干裝置22使培養(yǎng)液的水分變成水蒸氣蒸發(fā)， 從培養(yǎng)液中去除。
作為提取裝置3，可以舉出有例如使用有機(jī)溶劑進(jìn)行提取的溶劑萃取裝置、使CO2 處于超臨界狀態(tài)進(jìn)行提取的超臨界CO2提取裝置等。作為有機(jī)溶劑，如上所述，可以采用正己烷等。如在提取工序S3所述，回收提取油脂、進(jìn)行脫脂后的光合作用微生物后，可將其保持原樣，或以生物方式和/或化學(xué)方式形成可溶化有機(jī)物，或烘干，將其作為飼料、肥料、 固體燃料、化學(xué)制品的原料等生物量原料加以利用。
作為改性裝置4，可以舉出有例如輕柴油加氫脫硫裝置、減壓汽油加氫脫硫裝置、 石腦油加氫處理裝置、重油加氫脫硫裝置等進(jìn)行加氫反應(yīng)的加氫脫硫裝置。使用其中的輕柴油加氫脫硫裝置，能夠方便地制造汽油和噴氣燃料等生物燃料。實(shí)施例
下面以一實(shí)施例作為例示對(duì)本發(fā)明的生物燃料制造方法進(jìn)行具體說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，光合作用微生物采用眼蟲(chóng)。
首先，在培養(yǎng)槽內(nèi)貯存水，調(diào)制添加氮源、磷源、礦物等營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的改變的 Cramer-Myers 培養(yǎng)基((NH4) 2HP041. Og / L、KH2PO4 l.Og /UMgSO4 7H20 O. 2g / L、 CaCl2 2H20 0. 02g / L、Fe2 (SO2)3 7H20 3mg / UMnCl2 4H201. 8mg / UCoSO4 7H201.5mg / L、ZnSO4 7H20 0. 4mg / L、Na2MoO4 2H20 0. 2mg / L、CuSO4 5H20 0. 02g / L、鹽酸硫胺(維生素&) O.1mg / L、氰鈷胺素(維生素B12)、(pH3.5))。
在調(diào)制好的培養(yǎng)液中接種眼蟲(chóng)，利用太陽(yáng)光培養(yǎng)7天。培養(yǎng)期間培養(yǎng)液的液溫為 290C ±3°C。向培養(yǎng)槽提供作為碳源的氣體二氧化碳。通過(guò)提供氣體二氧化碳，使培養(yǎng)液的PH值為酸性，利用pH值維持裝置將其維持于約2 6的酸性。利用眼蟲(chóng)的情況下，使pH值為2 4. 5，其他微生物不容易増殖，能夠防止污染。
培養(yǎng)液的液體深度米用50cm以下,但是維持在30cm以下則能夠利用在培養(yǎng)液中進(jìn)行攪拌將培養(yǎng)液上下攪拌，能夠高效率地進(jìn)行光合作用。將含有在培養(yǎng)槽増殖的眼蟲(chóng)的培養(yǎng)液抽出一定量，送往沉降槽。眼蟲(chóng)由于其比重比水大，在沉降槽中自然沉降，沉淀于底部。將一定量的沉淀的光合作用微生物送往離心分離機(jī)，同時(shí)將上澄液送回培養(yǎng)槽，再度使用于培養(yǎng)。
對(duì)向離心分離機(jī)輸送的含眼蟲(chóng)的濃縮培養(yǎng)液進(jìn)行離心分離。得到眼蟲(chóng)濃度更高的濃縮的重液。接著，將濃縮的重液送往油脂化工序。包含離心分離機(jī)未能分離的眼蟲(chóng)的輕液被送往培養(yǎng)槽，再度使用于培養(yǎng)。
油脂化的情況下，通過(guò)在厭氧條件下保持重液促進(jìn)代謝，提高油脂含有率。在這種情況下，厭氧處理溫度在25 40°C的范圍內(nèi)，在使光合作用不發(fā)生的避光條件下進(jìn)行油脂化。實(shí)施油脂化時(shí)，在培養(yǎng)后實(shí)施油脂化的情況下処理量大，同時(shí)眼蟲(chóng)的光合作用排出的氧導(dǎo)致培養(yǎng)液中溶存氧量增多，而且由于眼蟲(chóng)的濃度低，為抑制呼吸使溶存氧濃度降低需要一些時(shí)間，而且大概需要不活潑氣體。反之，通過(guò)在培養(yǎng)后增加濃縮処理，減少油脂化處理量，減少培養(yǎng)液中的溶存氧量，同時(shí)提高培養(yǎng)液中的眼蟲(chóng)的濃度，因此減少了厭氧處理需要的時(shí)間以及不活潑氣體量。
接著，利用廢熱對(duì)借助于厭氧處理提高了油脂含有率的眼蟲(chóng)進(jìn)行110°C、120分鐘的烘干。
借助于采用正已烷的溶劑萃取法，從烘干過(guò)的眼蟲(chóng)干中提取油脂，將油脂與脫脂的眼蟲(chóng)干分開(kāi)。
油脂利用輕柴油加氫脫硫裝置精制，以制造替代石油的燃料(生物燃料)。這樣的替代石油的燃料由于是以碳長(zhǎng)14為中心的油脂組成的，意味著可作為輕油或噴氣燃料使用。
另一方面，回收脫脂的眼蟲(chóng)，作為生物量原料，可以用作飼料、肥料或化學(xué)原料。
符號(hào)說(shuō)明51培養(yǎng)工序 S12 濃縮工序52油脂化工序 S22 烘干工序53提取工序 S32 回收工序54改性工序A 生物燃料制造裝置1培養(yǎng)裝置 12 濃縮裝置14 pH維持裝置2油脂化裝置 22 烘干裝置提取裝置改性裝 置。
權(quán)利要求
1.一種生物燃料制造方法，其特征在于，包含用培養(yǎng)液培養(yǎng)在細(xì)胞內(nèi)積蓄油脂和碳水化物的光合作用微生物的培養(yǎng)工序、使利用所述培養(yǎng)液培養(yǎng)的光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)積蓄的碳水化合物油脂化的油脂化工序、從所述光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)提取油脂的提取工序、以及使所述提取的油脂改性的改性工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，在所述培養(yǎng)工序與所述油脂化工序之間包含將培養(yǎng)過(guò)的所述培養(yǎng)液濃縮的濃縮工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物燃料制造方法，其特征在于，所述濃縮工序中的濃縮是沉降濃縮。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物燃料制造方法，其特征在于，所述濃縮工序中的濃縮是沉降濃縮和接著其后進(jìn)行的離心分離濃縮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，在所述油脂化工序與所述提取工序之間包含將含有培養(yǎng)的所述光合作用微生物的所述培養(yǎng)液烘干的烘干工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，包含在所述提取工序后提取油脂，回收脫脂的所述光合作用微生物的回收工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物燃料制造方法，其特征在于，將所述沉淀濃縮得到的上澄液送回所述培養(yǎng)工序使用的培養(yǎng)槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物燃料制造方法，其特征在于，將所述離心分離得到的輕液送回所述培養(yǎng)工序使用的培養(yǎng)槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，所述培養(yǎng)工序以比向培養(yǎng)液中進(jìn)行氧氣曝氣高的溶存二氧化碳濃度進(jìn)行所述光合作用微生物的培養(yǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，所述培養(yǎng)工序中所述培養(yǎng)液的液體深度為50cm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，所述培養(yǎng)工序中所述培養(yǎng)液的pH值取2 6。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃料制造方法，其特征在于，在避光條件下以25 40°C的溫度實(shí)施所述油脂化工序。
全文摘要
本發(fā)明提供包括利用光合作用微生物的光合作用將作為碳源的二氧化碳變換為生物量后，再制造生物燃料的技術(shù)的一連串的生物燃料制造方法。本發(fā)明的生物燃料制造方法，其特征在于，包含用培養(yǎng)液培養(yǎng)在細(xì)胞內(nèi)積蓄油脂和碳水化物的光合作用微生物的培養(yǎng)工序(S1)、使在上述培養(yǎng)液中培養(yǎng)的光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)積蓄的碳水化合物油脂化的油脂化工序(S2)、從上述光合作用微生物的細(xì)胞內(nèi)提取油脂的提取工序(S3)、以及使上述提取的油脂改性的改性工序(S4)。
文檔編號(hào)C10L1/00GK103003433SQ201180025940
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者加藤宏明, 山下孝, 福島幸生, 天野研, 金子高志, 上田厳, 青木信雄, 鈴木健吾, 嵐田亮, 中野良平 申請(qǐng)人:吉坤日礦日石能源株式會(huì)社, 優(yōu)瑞納股份有限公司