使用液化二甲醚(DME)在常温下从蓝绿藻中高效提取燃料

日本电力中央研究所开发出了使用液化二甲醚(DME)在常温下从蓝绿藻中高效提取燃料的方法。该方法利用了液化DME与水和油均可混合的性质,可在常温下将蓝绿藻脱水,同时提取油分,因此与原来的方法相比,可大幅减少脱水和干燥所消耗的能源。由于提取时不再需要有机溶剂,因此还可能以低成本实现环保式油分提取系统。

  此前,电力中央研究所为将褐煤及次烟煤等含水率较高的煤炭脱水以提高发热量,就开发出了利用液化DME的水分提取技术。并将这种利用DME的技术应用于从含有大量水分的藻类中提取油分。

  采用以往的方法时,需要对藻类进行压缩及离心分离等机械处理,使其脱水变成泥状。即使是这种状态,也还残留90%的水分。并且,剩下的10%中含有的细胞壁等并不能作为燃料使用。泥状的藻类随后需要经日晒或加热干燥处理成粉末状。此时,粉末状藻类因被细胞壁包覆,为了提取油分,必须通过酸或粉碎方法破坏细胞壁,需要使用己烷(Hexane)、丙酮(Acetone)及三氯甲烷(Chloroform)等有机溶剂。因此,{zh1}还要蒸发除去这些含在提取液中的大量有机溶剂。

  也就是说,此前为提取燃料,需要干燥、破坏细胞壁及使用并除去有毒的溶剂等复杂工序,而这些工序需要消耗大量能源。因此,以往与微小藻类相关的研究,大都是以能够提取为前提的,研发的重点放在了通过基因操作和品种改良等生产特殊藻类上。比如,葡萄藻(Botryococcus)因可在细胞外侧生成油脂,不需要上述工序而成为卖点。

  电力中央研究所一直在推进可使用自然界存在的藻类,能够简化干燥以后的工序,而且节能性和环境协调性出色、以液化DME为溶剂的燃料提取方法的基础研究。

  DME尽管是乙醚的一种,但不会生成过氧化物,而且xx,不存在温室效应及破坏臭氧层的问题,是一种环境协调性出色的溶剂。其标准沸点虽为-25℃,但在20℃和0.5MPa条件下液化的DME具有与油分的亲和性较高且可与水部分混合的特点。因此,液化DME用作溶剂时,即使微小藻类有细胞壁,DME分子也能扩散,并在藻类细胞内与油分紧密结合。而且,与油分结合的DME分子会再次向微细藻类细胞外扩散。也就是说,即使是含有大量水分的微小藻类,也能有效提取燃料。

  为了证实这一推测,电力中央研究所使用取自京都市广泽池的xx蓝绿藻(以微胞藻属为主,混有多种微小藻类)进行了试验。当在20℃及0.5MPa条件下,以10cm3/min的速度,向预先通过离心分离法粗脱水至含水量为91.0%的6.65g试样,提供11分钟液化DME时,成功提取了4.12g水分、0.24g燃料(相当于干燥蓝绿藻重量的40.1%)。提取燃料的分析结果表明,分子量为200~400,发热量为1万950cal/g。而采用原来的方法,只能提取干燥藻类重量0.60%的燃料。也就是说,基于DME的方法可提取到原方法60倍以上的燃料,表明液化DME是提取能力极为出色的提取剂。

  另外,采用这种方法时,还需要在提取的{zh1}工序中,分离液化DME和燃料。因液化DME在常温下减压至0.5MPa以下时就会蒸发,因此只需要减压工序就能很容易地回收气体。另外,回收后的DME可再次液化,重新用作提取剂。如果有50℃左右的热量,就可将其作为吸收DME的蒸发热,从而在大气压下使DME更加有效地蒸发。因此,如果能够利用工厂等排放的50℃左右的废热来提取燃料,还能构筑在溶剂回收的节能化方面明显优于原技术的系统。



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