新型混合营养型微藻油生物柴油在可持续清洁燃料开发中的催化转化与性能优化研究

本研究针对微藻生物燃料生产中生长模式和营养可用性对燃料性能影响机制不明的问题，通过镍掺杂CaO(Ni-CaO)异相催化转化技术，开发出脂质含量达47.6%的混合营养型Chlorella vulgaris微藻生物柴油。采用SC-CO2超临界提取和GC-MSD分析技术，获得98.6%转化效率，其密度(0.858g/cm3)和运动粘度(3.61mm2/s)优于标准，55.6高十六烷值和41.12MJ/kg热值显著提升燃烧性能，为清洁能源开发提供新策略。

　　

随着全球能源危机和环境污染问题日益严峻，开发可持续清洁燃料成为当务之急。微藻因其高光合效率、快速生长和卓越的油脂积累能力，被视为第三代生物燃料的理想原料。然而，传统微藻培养模式存在生长周期长、生物量产量低等问题，且关于生长模式与营养条件对生物柴油关键性能参数影响的研究严重不足。现有研究多聚焦于生物量提升，却忽视了燃料性能与培养条件的关联性，这极大限制了微藻能源的实际应用。

针对这一科学难题，研究人员在《Results in Engineering》发表了创新性研究成果。该研究通过混合营养培养技术，结合镍掺杂氧化钙(Ni-CaO)异相催化体系，成功开发出高性能微藻生物柴油。研究团队采用改良BG-11培养基对Chlorella vulgaris进行混合营养培养（同时利用无机CO₂和有机碳源），通过超临界CO₂(SC-CO₂)提取技术获得47.6%的高脂含量，并创新性地采用共沉淀法制备Ni-CaO催化剂，最终实现98.6%的甘油酯转化效率。

关键技术方法包括：(1)混合营养培养系统优化；(2)超临界流体萃取(SC-CO₂)技术；(3)镍掺杂CaO催化剂的制备与表征（SEM/XRD/FTIR）；(4)气相色谱-质谱联用(GC-MSD)脂肪酸分析；(5)ASTM标准燃料性能测试。

研究结果方面：

1. 生物质组成：混合营养培养使总生物量浓度达4.86±0.15g/L，显著高于传统培养模式，脂质含量47.60±2.31%凸显代谢优势。
2. 脂肪酸谱：GC-MSD分析显示以单不饱和油酸(C18:1,42.51%)为主，多不饱和脂肪酸仅占16.71%，这种组成有利于燃料稳定性。
3. 催化剂特性：Ni-CaO催化剂通过Ca²⁺被Ni取代形成更优晶体结构（XRD证实），SEM显示其具有更大比表面积和活性位点。
4. 生物柴油产率：在12:1甲醇油比、60°C和4wt%催化剂条件下获得98.6%最高转化率，远超传统均相催化体系。
5. 燃料性能：生物柴油密度(0.858g/cm³)、运动粘度(3.61mm²/s)优于标准，55.6高十六烷值和-10.3°C低倾点展现卓越低温性能。

结论与讨论部分指出，该研究首次系统阐明了混合营养培养对微藻生物柴油性能的调控机制：通过协同光合作用和异养代谢，显著提升脂质产量和质量；Ni-CaO催化剂通过金属掺杂效应大幅提升催化活性；燃料的长链单不饱和脂肪酸(MUFA)主导特征使其兼具良好燃烧性能和低温流动性。相比传统生物柴油，该微藻燃料的NOx排放潜力更低（LCSF=5.78），且生产过程可利用工业废气CO₂，具有显著的环境效益。

这项研究为微藻生物燃料的工业化应用提供了关键技术突破，特别是镍掺杂催化体系和混合营养培养的协同创新，不仅解决了生物量产量与燃料性能难以兼顾的行业难题，更开创了"碳捕获-能源生产"一体化新模式。未来通过基因工程优化藻株和催化工艺，有望进一步降低生产成本，推动清洁能源革命。