【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,化石燃料的不斷消耗導(dǎo)致了大量的CO_2排放,從而引發(fā)的全球變暖和能源危機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重影響到了我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此,CO_2減排和開發(fā)可再生能源作為改變這一現(xiàn)狀的必要措施迫在眉睫。微藻由于其光合效率高、生長(zhǎng)速度快、油脂含量高等特點(diǎn),在CO_2減排和生產(chǎn)可再生能源方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)。因此,大力發(fā)展微藻產(chǎn)業(yè)將對(duì)我國(guó)的氣候改善和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整有著重大的意義。然而微藻的生長(zhǎng)受地理氣候因素的影響較大,并且微藻在生長(zhǎng)和能源化利用過(guò)程中會(huì)伴隨著能量和物質(zhì)的投入,這將導(dǎo)致其他的環(huán)境問(wèn)題發(fā)生。因此,結(jié)合我國(guó)的實(shí)際地理氣候特點(diǎn)對(duì)我國(guó)微藻生長(zhǎng)潛力進(jìn)行評(píng)估,并以生命周期的視角分析微藻固碳及能源化利用過(guò)程中存在的環(huán)境問(wèn)題,對(duì)我國(guó)發(fā)展微藻技術(shù)進(jìn)行碳減排和緩解能源危機(jī)具有重要的意義。本文首先根據(jù)微藻的生長(zhǎng)特性,構(gòu)建了基于太陽(yáng)輻射、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、云量等氣候因素的微藻生長(zhǎng)模型,結(jié)合我國(guó)各地區(qū)1981-2010年的累年氣象數(shù)據(jù),估算了我國(guó)各地區(qū)的微藻產(chǎn)率、微藻固碳量和微藻生物柴油的產(chǎn)量。研究結(jié)果表明:在地域分布上來(lái)看,由于溫度限制的原因,我國(guó)北方地區(qū)、西北部地區(qū)、東北部地區(qū)不適合發(fā)展戶外開放式跑道池進(jìn)行微藻培養(yǎng)。而在我國(guó)中部地區(qū)及南部沿海一帶由于具有良好的光照和氣溫條件,則適合微藻的戶外培養(yǎng)。根據(jù)模型計(jì)算可得,微藻的理論生長(zhǎng)率為5.2-31.7 g/(m~2?d),微藻理論固碳量為34.7-211.8 t/(hm~2?a),微藻生物柴油的理論產(chǎn)量為3923.5-23764.9 L/(hm~2?a)。在微藻養(yǎng)殖的集中地區(qū),海南省由于其良好的地理氣候條件,是目前我國(guó)最適合發(fā)展戶外開放式跑道池培養(yǎng)微藻的地區(qū)。為了進(jìn)一步分析微藻固碳及生產(chǎn)生物柴油的環(huán)境可持續(xù)性,本文基于商業(yè)可行的戶外跑道池微藻培養(yǎng)技術(shù)和生物柴油煉制技術(shù),構(gòu)建了一套微藻固碳生產(chǎn)生物柴油的系統(tǒng),并運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)方法(Life cycle assessment,LCA)研究了微藻固碳生產(chǎn)生物柴油的資源消耗及環(huán)境釋放行為。采用CML2001環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型并選擇全球變暖、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、化石能源耗竭潛和光化學(xué)氧化等5種環(huán)境影響類型,考察該系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響,并通過(guò)熱點(diǎn)問(wèn)題識(shí)別和敏感性分析確定系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)境問(wèn)題及產(chǎn)生的環(huán)節(jié)。LCA評(píng)價(jià)結(jié)果表明,所構(gòu)建的系統(tǒng)生產(chǎn)1 t微藻生物柴油消耗最多的不可再生能源是硬煤,消耗量為1.06×10~3 kg,其次是天然氣,消耗量為4.19×10~2 m~3;向環(huán)境排放最多的污染物是CO_2,為6.68×10~3 kg,其次是CH_4,排放量為1.90×10~1 kg。由于微藻固碳帶來(lái)的環(huán)境信用,使得整個(gè)生命周期過(guò)程的碳減排效益為2.19 t CO_2/t微藻生物柴油。生產(chǎn)1 t微藻生物柴油全生命周期的GWP、AP、EP、POCP、ADPfossil和總環(huán)境影響分別為-2.19×10~3 kg CO_2-Equiv、1.72×10~1 kg SO_2-Equiv、1.25 kg PO_4~(3-)-Equiv、7.50×10~(-1) kg C_2H_4-Equiv、4.82×10~4 MJ、1.94×10~(-9),其中對(duì)總環(huán)境影響貢獻(xiàn)最大的環(huán)節(jié)是微藻培養(yǎng),貢獻(xiàn)最大的環(huán)境影響類型為ADP fossil。而生產(chǎn)1 t傳統(tǒng)石化柴油全生命周期的GWP、AP、EP、POCP、ADPfossil和總環(huán)境影響分別為為4.48×10~2 kg CO_2-Equiv、7.67 kg SO_2-Equiv、4.12×10~(-1) kg PO_4~(3-)-Equiv、3.42×10~(-1) kg C_2H_4-Equiv、4.98×10~4 MJ、2.01×10~(-9)。通過(guò)與傳統(tǒng)石化柴油相比表明,使用微藻生物柴油代替?zhèn)鹘y(tǒng)石化柴油具有一定的環(huán)境改善作用。微藻生物柴油全生命周期的熱點(diǎn)問(wèn)題位于微藻培養(yǎng)階段和微藻收獲階段,減少肥料的使用量和降低整個(gè)生命周期的電耗是降低微藻生物柴油全生命周期環(huán)境負(fù)荷的主要方式。
【圖文】：

圖 1-2 生命周期評(píng)價(jià)框架圖期評(píng)價(jià)在微藻能源化利用的研究現(xiàn)狀固碳及能源化利用有助于緩解溫室效應(yīng)和能源危機(jī)用的過(guò)程中要投入一定的能量和物質(zhì)，這可能會(huì)在一勢(shì)，因此非常有必要從生命周期的角度分析微藻固碳等人[64]對(duì)微藻種植過(guò)程進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)主要和肥料的消耗。Sander 等人[65]采用干藻提油的方式對(duì)算，發(fā)現(xiàn)大量的能量密度集中在微藻干燥步驟。Jor應(yīng)器和開放式跑道池培養(yǎng)微藻生產(chǎn)生物柴油進(jìn)行了同產(chǎn)量的生物柴油時(shí)，開放式跑道池更加節(jié)能經(jīng)濟(jì)微藻生物柴油生命周期能量和碳足跡進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)，可增加生產(chǎn)微藻生物柴油的經(jīng)濟(jì)性。Lardon 等人

2.3 GaBi 軟件建模步驟由于 GaBi 軟件的功能十分強(qiáng)大，并且本研究中微藻生物柴油的生產(chǎn)單較多，，輸入的能量流和物質(zhì)流較多，因此使用 GaBi 軟件對(duì)微藻生物柴油周期過(guò)程進(jìn)行過(guò)程建模就會(huì)顯得比較復(fù)雜。故對(duì) GaBi 軟件的建模步驟作述。目前由于我國(guó)對(duì)企業(yè)清潔生產(chǎn)的嚴(yán)格管制，生命周期評(píng)價(jià)在我國(guó)的多個(gè)均得到了應(yīng)用，GaBi 軟件中國(guó)地區(qū)的用戶逐漸增多，因此隨著軟件的升其界面可以用中文編輯。但是由于這款軟件中嵌套的數(shù)據(jù)庫(kù)大多是國(guó)外數(shù)中國(guó)相關(guān)的數(shù)據(jù)只占很少一部分，因此數(shù)據(jù)目錄用英文顯示。GaBi8.0 軟界面如圖 2-3 所示，建模的主要對(duì)象類型有方案（Plans）、流程（ProcessFlows）三類。其中“Process（流程）”和包含流程的“Plan（方案）”是 件建立產(chǎn)品分析模型的基礎(chǔ)模塊，各個(gè)模塊之間須通過(guò)另一個(gè)次目錄“Flow流）”，建立相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。GaBi 軟件中 Plan、Process 和 Flow 的邏輯關(guān)系如圖 2-4。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK01;X701;X820.3

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本文編號(hào)：2701374