随着经济的快速发展，在世界范围内均出现化石燃料被大量开采利用，化石能源耗竭的现象，同时大量排放温室气体和有害气体，由此产生一系列相关的能源、生态环境和人类健康问题。全球变化和人类活动也导致水体中蓝藻等藻类的爆发引起水华和赤潮现象。因此，寻找出化石燃料的替代资源也变得非常迫切。
微藻作为地球上最古老的生物之一，可以为甲烷、生物氢、生物柴油等多种不同类型的可再生生物燃料提供原材料。而近几年，微藻产油方面的研究引起了广泛的关注。然而，由于微藻含有大量的多糖、蛋白质和脂质，在热解的过程中极易受热分解，导致生物柴油中氧、氮含量高，而且酸度指标较高，进而导致生物柴油的品质下降，很难满足使用要求。事实上，前人已经报道了一种方法可以有效地去除微藻中的多糖，蛋白质和脂质，最终得到一种难降解有机质（藻质素或类藻质素）。藻质素或类藻质素是一种高脂肪族的、不可水解的、不溶性的生物聚合物，主要存在于一些绿藻，鞭毛藻和耳根瘤菌的细胞壁上。蓝藻（蓝细菌）作为地球上最古老的光合细菌生物引起广泛的关注。国内外仅有的少数几项研究表明蓝藻中存在藻质素，但关于蓝藻中的分离出的藻质素或类藻质素能否产油生烃，仍然缺乏系统的研究。近期中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心博士研究生孔祥兰和冉勇研究员等人，研究了纯培养蓝细菌中难降解脂肪性生物聚合物的结构、产油和生烃潜力，取得了一些非常有意思的进展。该研究对实验室培养的两种蓝细菌 (颤藻和畸形眉藻)样品进行了化学分级，得到去脂类 (LPF)和酸不可水解有机碳(NHOM) 组分，应用元素分析、13C交叉极化/总边带抑制 (CP/TOSS NMR)及其对应的偶极去相核磁共振技术和Rock-Eval热解分析对其进行了表征，并使用封闭式高压釜-黄金管裂解实验对颤藻和畸形眉藻中的NHOM组分进行了裂解研究。
结果表明，从两种蓝细菌中分离出的NHOM组分是一类具有高脂肪性的难降解生物聚合物，由一条饱和、无支链、链长可达33的碳链构成，与藻质素的结构相似（图1，3）。此外，随着裂解温度的升高，两种蓝细菌的类藻质素组分裂解生成的气态烃的含量逐渐增加（图2），生成的正构烷烃由长链向中链以及短链过渡（图 3）。最后，两种蓝细菌的类藻质素组分的氮和氧含量低，其生烃潜力分别达到65%和53%，展现出非常好的产油和产气前景。以上裂解实验得到的生烃潜力和核磁共振数据计算的理论生烃潜力相比，表明核磁共振法会略微低估了两种蓝藻生物聚合物的生烃潜力。
图1.颤藻和畸形眉藻原始样品（BL）及其NHOM组分的13C NMR谱图。 细线：非选择性CP/TOSS光谱；粗线：对应的偶极去相CP/TOSS光谱。
图2. 不同裂解温度下，OSC_NHOM和CAL_NHOM产生的气态烃含量变化图。C4为异丁烷和正丁烷的总含量; C5是异戊烷和正戊烷的总含量。
图3. 在不同裂解温度下，OSC_NHOM和CAL_NHOM样品产生的正构烷烃(n-C6-33)含量。
该研究受到国家自然科学基金委与广东省重点联合基金项目、广东省科技支撑计划项目和国家重点实验室专项基金项目的资助，研究成果发表在Organic Geochemistry上。
论文信息：Kong, Xianglan; Huang, Ning; Hu, Shujie; Zhang, Xiangyun; Ran, Yong. Structural characterization and confined pyrolysis of resistant aliphatic biopolymer derived from cyanobacteria. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2022, 165: 104352. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2021.104352
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