由微藻类生产油的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于生产用来生产脂类(油脂，lipid)(油)和/或高附加值物质的藻类生物质(algal b1mass)的方法。利用本发明的方法得到的脂类可以用于能源生产(例如通过燃烧)或人体营养(例如作为棕榈油替代品)或可以用于草业(forage industry)中作为补充剂。高附加值物质可以用作例如制药行业中的活性成分或用作膳食补充剂。
【背景技术】
[0002]当今能源生产工厂使用的原料(例如，化石原料)正日渐枯竭并且，此外，这些原料的燃烧决定了污染气体的排放。
[0003]由于这些原因，近些年，研究已转向从可再生、少污染资源中得到生物燃料。
[0004]起初，开发这些技术，用于基于粮食作物如含油植物(油菜籽、大豆和向日葵)的转化，生产生物燃料(例如，生物柴油)。然而，由于生产成本和食物产品栽培导致农田占用致使所谓的第一代生物燃料遭受限制。此外，如果用LCA(生命周期评估)技术来评估燃料的整个生命周期，在某些情况下，从植物性食物源生产第一代生物燃料需要的能量输入高于利用这些生物燃料作为能量来源所获得的能量产出。
[0005]随后，转向利用林业和农产品行业的废品和残留物作为主要来源来生产所谓第二代生物燃料的技术。这削弱了与食品领域的冲突，但这些技术仍然具有能量负平衡的特点。此外，这些技术尚未达到产业完全成熟程度。
[0006]随着第一代和第二代生物燃料的发展，目前转向第三代技术，其包括利用微藻类作为原料。事实上，微藻类的特征在于具有高产能来生产脂类(油类)，尤其是在给定的生长条件下以及如果特殊品种得以选择的情况下。藻类除了具有较高的脂类含量外，在综合性生产环境下也可以是高附加值产品的来源，来达到使用于生产和提取油用于能源目的的主要技术是可持续的。可以从藻类(与油类似)获得的高附加值产品是欧米茄-3(omega-3)、类胡萝卜素、维生素和其他在膳食补充剂行业、制药行业、化妆品行业等出售的抗氧化生化产品(具有高内在价值)。此外，在提取后，藻类生物质可以用在畜牧业(例如作为动物饲料)或可以用作肥料。
[0007]微藻培养(养殖，cultivat1n)的另一大优势在于:本技术没有进入与食物生产或可利用农田相竞争。从微藻类中所获得的油可以通过燃烧实现能源生产，或其可以转化为生物柴油，例如通过酯交换过程。
[0008]术语藻类包括大型藻类(也叫海藻类)和微藻类，它们是具有简单结构的光合微生物，并且能够在不同的环境条件下快速生长。此外，微藻类的特征在于较高的脂类含量，其根据种类可以从20%变化至70%，并且产生等于含油植物的油提取率。因此，从微藻培养所获得的能量高于从含油植物所获得的能量，它们的重量相等。此外，正如上文已经强调的，从油分离后得到的脱油生物质，可以获得用于生产用于制药行业或膳食补充剂行业的其它能源产品(如乙醇和沼气)或高附加值物质如维生素、类胡萝卜素等的纤维质(cellulosic)部分。
[0009]已知的用于从微藻类生产生物柴油的设备(plant)包括用于培养微藻类的单元(unit)，用于从微藻类生物质分离脂类或其他物质的单元以及将脂类转化为生物柴油的步骤，例如通过酯交换过程。
[0010]用于培养微藻类的许多设备也是已知的。通常，在光(光合自养生长方法(photoautotrophic growth method))的存在下，根据环境状况及所用的微藻类的种类，在密闭反应器中或在户外池塘中培养微藻类。
[0011]在户外池塘中的培养需要非常大的空间以能够容纳大量的微藻类，确保充足的油生产。培养池塘所需的空间无疑的劣势在于，培养仅可能在其中在所要求的环境条件中这种大空间是可获得的行星给定区域中。此外，户外培养需要大量水，受制于大气条件以及可能的藻类病原体的污染。微藻类可以在密闭反应器中利用人造光的照射进行培养，这使得其可以占据较小的空间，并且避免由于暴露于大气环境和可能的外源污染物而引起的缺陷。与在开放池塘中培养相比，光合自养生长方法的这种变形在生物质产量方面当然是有优势的，但在产量方面仍具有一些内在限制。
[0012]这些限制由根据藻类的种类，在微藻类浓度超过l-3g/l的条件下透射光的可能性体现。换句话说，当微藻类生长并且达到所示浓度时，光不能通过，因此生长被遏止。这阻碍了获得经济上可持续的生产产量。
[0013]通过使用异养生长方法(heterotrophic growth method)可以克服光合自养生长方法的缺陷，所述异养生长方法在于在无光条件下(因此在压力(应力，stress)条件下)培养微藻类，以及将代表能量来源的单糖作为光的替代喂养它们，这使得微藻类增殖。异养方法使得能够克服使用能光合自养方法所获得的浓度限制，即使在包括在14至130g/l之间的微藻类浓度下也达到。
[0014]为进一步增加生物质生产力，混合的能光合自养-异养微藻培养设备也是已知的。
[0015]例如，US7，905，930描述了用于从微藻类生产生物柴油的方法，其可以包括在异养阶段中可能的糖饲料(sugar feed)的添加下的微藻类的顺序能光合自养和异养生长。在本专利中，当生物反应器的使用被描述为成本太高时，能光合自养和异养生长阶段在开放池塘中进行，如果必要，其被覆盖有像温室。
[0016]因此，池塘培养的劣势是明显的:占据的空间太大以致于没有成本效益，以及由对于藻类是潜在致命的外部因素污染的可能性。利用温室植物(greenhouse plant)覆盖池塘当然不可能确保培养的无菌状态，所述无菌状态对方法的产业化是必不可少的；即，其不能防止藻类疾病阻碍生产并引起不可持续的经济损失。
[0017]此外，US7，905，930的两阶段能光合自养和异养工艺可以设想在异养阶段用获得自各种植物材料，例如玉米、甘蔗、柳枝稷、草渣和树的淀粉的、纤维质的、木质纤维素的(lignocellulosic)或多糖性质的糖源喂养微藻类。
[0018]然而，所有的这些植物源在作为营养物可以提供给微藻类之前，必须进行解聚或水解以转化为单糖。这明显需要能量消耗，其降低了能源生产的成本效益，而未考虑到用于将复合糖如纤维素或木质纤维素解聚或水解为单糖的设备从工业立场目前不能方便地得到。
[0019]因此，US7，905，930似乎描述了不可能以任何有成本效益的方式应用于能源生产的工业规模的两阶段能光合自养-异养方法。
[0020]本发明旨在通过提供用于微藻类培养的创新方法及用于实施该方法的设备来克服现有技术，例如，US 7,905,930中所描述的混合的能光合自养-异养工艺的缺陷。
【发明内容】
[0021]本发明涉及用于从微藻类生产脂类(油)的方法，其包括通过顺序的能光合自养-异养生长来培养微藻类，其中在异养阶段，通过给予获得自糖生产废料或获得自食品或糖果工业废料的糖饲料来喂养微藻类。获得自糖生产废料的糖饲料可以是例如从加工甘蔗或甜菜获得的糖蜜或甘蔗渣，获得自食品或糖果工业废料的糖饲料可以是例如获得自水果糖藏(candying)过程的废水，其具有包括在20%至60%之间的糖含量(葡萄糖和/或蔗糖)。
[0022]本发明的方法可以与从甜菜或甘蔗生产糖的方法或食品或糖果工业的生产方法相结合。事实上，本发明的方法使用了糖制造的残余产物、糖蜜或甘蔗渣、和/或获得自食品或糖果工业废料例如来自水果糖藏的废水的饲料。本发明还涉及用于从微藻类生产脂类(油)的设备，其包括至少两条平行设置的生产线，各自包括:
[0023]-为所述至少两条生产线所共有的第一步骤，即所谓的实验(实验室，laboratory)或接种步骤，包括其中微藻类被最初培养的至少2个反应器；
[0024]-第二所谓的“育苗(苗圃，nursery)”步骤，其包括体积逐渐增大的至少3个反应器，其中微藻类也在人造光的条件下生长(光合自养生长)；
[0025]-第三所谓的发酵步骤，包括体积逐渐增大的至少5个反应器，其中在给予糖蜜的情况下，微藻类在无光条件下生长(异养生长)，其中
[0026]第二步骤和第三步骤的反应器彼此连接，以确保微藻类从一个步骤传到下一个步骤。
[0027]本发明的设备还可以包括在发酵步骤下游的步骤，其中脂类和其他附加值物质与藻类生物质分离。
[0028]本发明的设备可以与糖生产设备相结合，从而降低运输用作培养微藻类的营养源的废物例如糖蜜的成本。可替换地，本发明的设备可以与水果糖藏设备相结合，在这种情况下，糖藏废水用作饲料。
[0029]从本发明的方法获得的脂类可以用于通过直接将其燃烧或转化为其他生物燃料来生产能量。利用本发明的方法获得的脂类也可以注定会成为人类营养替代品，例如，棕榈油。
[0030]本发明还涉及用于从利用本发明的方法培养的微藻类生产附加值物质，例如维生素、蛋白质、具有药物活性的物质、以及用作膳食补充剂的物质的方法。附加值物质的实例是可以用作膳食补充剂的叶黄素。
【附图说明】
[0031 ]图1示出了本发明的整个工艺的一个优选的实施方式的示意图。