阿 茂
可以在淡水、咸水或處理過的污水時生長、不會與糧食作物爭地還可以吸收二氧化碳的藻類,將成為未來生物能源的最佳選擇之一
4年以前,美國科羅拉多的發(fā)明家吉姆·西爾斯將自己關(guān)在車庫里開始構(gòu)思其大規(guī)模生產(chǎn)生物燃料的設(shè)計。他用塑料袋做生物反應(yīng)器,用藻類做原料。當(dāng)時這種思路可能被人看成笑話。但是,試驗成功了。如今,西爾斯的索里克生物燃料公司已經(jīng)成為幾個領(lǐng)先的藻類生物燃料企業(yè)之一。
用藻類制造燃料的道理很簡單,藻類生長需要水、陽光和二氧化碳(CO2)。藻類所產(chǎn)出的油可以被人們收獲并轉(zhuǎn)變?yōu)樯锊裼汀T孱愔械奶妓衔锍煞挚梢员话l(fā)酵變成乙醇。這兩種燃料都是比柴油或天然氣更清潔的燃料。
但實際操作卻是復(fù)雜的。藻類生物燃料的造價也是昂貴的。培養(yǎng)藻類的水溫要剛好適合其增殖,而開放的池塘又容易混進(jìn)入侵物種,大氣中的CO2濃度不夠高時,也不足以刺激藻類呈指數(shù)型生長。
為此,索里克將藻類裝在一個封閉的“光生物反應(yīng)器”中。這個裝置是用聚乙烯薄膜制成的密閉空間,二氧化碳可以被吹進(jìn)這個系統(tǒng),這些CO2是發(fā)電廠或其他一些工廠的廢氣。這樣做既減少工廠的溫室氣體排放,又為藻類生長提供了原料,可謂一舉兩得。
索里克正在建設(shè)中的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)預(yù)計每天產(chǎn)油400萬桶。
奇跡般的燃料
之前,我們對藻類的認(rèn)識多來自一種風(fēng)靡一時的健康食品——螺旋藻。如今,這種微小單細(xì)胞生物搖身一變,成了新一代的能源之星。經(jīng)過處理的藻類可以榨出藻油,藻油除了可做食用菜油,也能在改良的柴油機上直接使用,藻油還能替代石油精煉出汽油、柴油、航空燃料和民用燃料油,并能精煉出塑料和溶劑等化合物。榨過油的藻泥,其淀粉能被分離出來可發(fā)酵為乙醇、甲醇和其他以酒精為基礎(chǔ)的燃料,藻類還可以產(chǎn)氫,藻類蛋白質(zhì)可以變成動物飼料,加工殘渣還可以用作建筑材料。
藻類農(nóng)場已經(jīng)有50年的歷史,藻類農(nóng)場可以安置在任何地方,無須占用農(nóng)田,在海水中也可以種植藻類,藻類還能吸收下水道和發(fā)電廠的污染物。
藻類是世界上生長最快的植物,如果條件適合,藻類一夜之間就可以體積加倍。它不像其他生物燃料的原材料,比如大豆或玉米是按季節(jié)收割的,藻類可日復(fù)一日地收獲。藻類干物質(zhì)中的油含量超過50%,最高可達(dá)70%。而油棕櫚樹,這種當(dāng)今世界上制作生物燃料產(chǎn)油最多的物種,其含油量只有20%。
目前乙醇等生物燃料的生產(chǎn)過程是需要用化石燃料的,所以也增加了碳釋放。而藻類生產(chǎn),只產(chǎn)生很少二氧化碳釋放,而且不和糧食作物爭地。此外,產(chǎn)油高的藻類,另一大好處就是可以吸收大量二氧化碳。
美國馬薩諸塞州劍橋的綠色燃料技術(shù)公司正在集中研究同時能高產(chǎn)柴油和高產(chǎn)乙醇的藻類品種。希望其實驗工廠最初可以達(dá)到每英畝藻類8000加侖生物柴油和5000加侖乙醇產(chǎn)量。綠色燃料公司說,現(xiàn)在的問題如何足夠快和價格低廉地栽培藻類,這并不容易做到。
現(xiàn)在最大的問題是把成本降下來,美國國防部估計藻類油的價格是20美元1加侖。萬國油品公司(UOP LLC)可再生能源部門的主任詹尼佛·侯姆格林說,“如果藻類油的價格能降到2美元1加侖,很多人就會認(rèn)為其可行了?!?/p>
研究人員正在競相培育高效的藻類品種,并在努力研發(fā)如何更為高效地從微藻中榨油。如今,從政府到國防機構(gòu)再到石油公司、風(fēng)險投資公司都掀起了一股投資熱潮。
藻類熱
利用藻類做替代能源并不是新想法。早在1978年,在意識到最終石油危機的情況下,卡特政府就啟動了耗資2500萬美元由美國國家可再生能源實驗室運作的水生物種項目。當(dāng)年,美國政府的科學(xué)家曾在加州、夏威夷和新墨西哥的羅斯威爾的開放池塘中試驗栽種藻類。他們發(fā)現(xiàn),在淺水池塘中建藻類農(nóng)場生產(chǎn)藻類燃料可提供足以替代化石燃料的生物柴油,用于交通和居家取暖。
據(jù)當(dāng)年的估算,要為全美國生產(chǎn)1408億加侖的生物柴油,就需要建15000平方英里的藻類農(nóng)場。說的更清楚一點,光是亞利桑那州的索諾拉(Sonora)沙漠就有120000平方英里。
但是,1995年,油價開始下跌,到了1996年,石油徘徊在20美元一桶的時候,克林頓政府為了減少財政預(yù)算。終于關(guān)閉了這一項目。根據(jù)美國能源部國家可再生能源實驗室艾爾·達(dá)茲(AI Darzins)的說法,1996年美國政府認(rèn)為,藻油永遠(yuǎn)不可能經(jīng)濟地與化石燃料相競爭。
事實上,即使在油價屢創(chuàng)新高的今天,藻類還是無法與石油競爭。因為在藻類原油的每個生產(chǎn)階段都存在著難以跨越的障礙。
達(dá)茲說,這里面牽扯到很多問題,比如用地的問題、水分蒸發(fā)和污染其他植物品種的問題,還有到處飛揚的孢子以及游泳者的抱怨。在1996停止了藻類項目后,美國國家可再生能源實驗室隨后就從藻類研究轉(zhuǎn)向了纖維素乙醇的研究。
這個項目曾在全世界范圍內(nèi)收集了3000種藻類品種,其中有300種被認(rèn)為是有前途的,這些品種依然在被夏威夷大學(xué)繼續(xù)研究,人們普遍認(rèn)為該項目的成果是啟動今日藻類燃料業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)支柱。
2006年10月,美國能源部實驗室宣布與美國第二石油公司雪佛龍(Chevron Corp)合作,尋找更好的藻類品種。2007年的《能源獨立和安全法案》包括了促進(jìn)利用藻類制造生物燃料的措辭。如今,從五角大樓到明尼蘇達(dá),再到新西蘭,各地政府和私人公司都在開發(fā)利用藻類生產(chǎn)燃料。
將藻油轉(zhuǎn)變?yōu)樯锊裼退玫牡霓k法與將蔬菜油轉(zhuǎn)變?yōu)樯锊裼鸵粯樱瞧涑杀緟s很難降下來,因為至今除了在實驗室中,還沒有人完成這種過程。
目前的生物柴油主要原料是卡諾拉(Canola)、大豆、油菜籽和油棕櫚,食物和燃料的價格競爭導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的價格屢破紀(jì)錄,在過去的2年中,大豆的價格大約翻了兩番。生物燃料的成本一直比常規(guī)的化石燃料更貴,一些生物燃料廠得到了政府的補貼,還有一些精煉廠不得已而停產(chǎn)倒閉。這種趨勢更加刺激了人們對藻類的研究興趣。
困境?希望?
兩年之前,還很少有公司追逐新一波所謂的“池塘綠藻”能源。而今,已有幾十家這樣的公司。去年,美國國防部高級計劃研究署(DARPA)同意萬國油品公司用670萬美元研究如何讓“第二代”原料或者說非食物性作物(如藻類)轉(zhuǎn)變?yōu)槊绹哲姷腏P-8和北約戰(zhàn)斗機的航空燃料。今年5月,空客與捷藍(lán)宣布其目標(biāo),到2030年將用第二代生物燃料取代30%的航空燃料,而新西蘭航空與KLM荷蘭航空公司也有類似的計劃。
用藻類制造燃料的技術(shù)目前還停留在實驗性的階段,而任何一家生物燃料公司