《中国新闻周刊》：藻类，最绿的燃料

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　　可以在淡水、咸水或处理过的污水里生长、不会与粮食作物争地还可以吸收二氧化碳的藻类，将成为未来生物能源的最佳选择之一

　　文/阿茂

　　4年以前，美国科罗拉多的发明家吉姆·西尔斯将自己关在车库里开始构思其大规模生产生物燃料的设计。他用塑料袋做生物反应器，用藻类做原料。当时这种思路可能被人看成笑话。但是，试验成功了。如今，西尔斯的索里克生物燃料公司已经成为几个领先的藻类生物燃料企业之一。

　　用藻类制造燃料的道理很简单，藻类生长需要水、阳光和二氧化碳(CO2)。藻类所产出的油可以被人们收获并转变为生物柴油。藻类中的碳水化合物成分可以被发酵变成乙醇。这两种燃料都是比柴油或天然气更清洁的燃料。

　　但实际操作却是复杂的。藻类生物燃料的造价也是昂贵的。培养藻类的水温要刚好适合其增殖，而开放的池塘又容易混进入侵物种，大气中的CO2浓度不够高时，也不足以刺激藻类呈指数型生长。

　　为此，索里克将藻类装在一个封闭的“光生物反应器”中。这个装置是用聚乙烯薄膜制成的密闭空间，二氧化碳可以被吹进这个系统，这些CO2是发电厂或其他一些工厂的废气。这样做既减少工厂的温室气体排放，又为藻类生长提供了原料，可谓一举两得。

　　索里克正在建设中的光生物反应器系统预计每天产油400万桶。

　　奇迹般的燃料

　　之前，我们对藻类的认识多来自一种风靡一时的健康食品——螺旋藻。如今，这种微小单细胞生物摇身一变，成了新一代的能源之星。经过处理的藻类可以榨出藻油，藻油除了可做食用菜油，也能在改良的柴油机上直接使用；藻油还能替代石油精炼出汽油、柴油、航空燃料和民用燃料油，并能精炼出塑料和溶剂等化合物。榨过油的藻泥，其淀粉能被分离出来可发酵为乙醇、甲醇和其他以酒精为基础的燃料，藻类还可以产氢，藻类蛋白质可以变成动物饲料，加工残渣还可以用作建筑材料。

　　藻类农场已经有50年的历史，藻类农场可以安置在任何地方，无须占用农田，在海水中也可以种植藻类，藻类还能吸收下水道和发电厂的污染物。

　　藻类是世界上生长最快的植物，如果条件适合，藻类一夜之间就可以体积加倍。它不像其他生物燃料的原材料，比如大豆或玉米是按季节收割的，藻类可日复一日地收获。藻类干物质中的油含量超过50%，最高可达70%。而油棕榈树，这种当今世界上制作生物燃料产油最多的物种，其含油量只有20%。

　　目前乙醇等生物燃料的生产过程是需要用化石燃料的，所以也增加了碳释放。而藻类生产，只产生很少二氧化碳释放，而且不和粮食作物争地。此外，产油高的藻类，另一大好处就是可以吸收大量二氧化碳。

　　美国马萨诸塞州剑桥的绿色燃料技术公司正在集中研究同时能高产柴油和高产乙醇的藻类品种。希望其实验工厂最初可以达到每英亩藻类8000加仑生物柴油和5000加仑乙醇产量。绿色燃料公司说，现在的问题如何足够快和价格低廉地栽培藻类，这并不容易做到。

　　现在最大的问题是把成本降下来，美国国防部估计藻类油的价格是20美元1加仑。万国油品公司(UOPLLC)可再生能源部门的主任詹尼佛·侯姆格林说，“如果藻类油的价格能降到2美元1加仑，很多人就会认为其可行了。”

　　研究人员正在竞相培育高效的藻类品种，并在努力研发如何更为高效地从微藻中榨油。如今，从政府到国防机构再到石油公司、风险投资公司都掀起了一股投资热潮。

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　　 藻类热

　　利用藻类做替代能源并不是新想法。早在1978年，在意识到最终石油危机的情况下，卡特政府就启动了耗资2500万美元由美国国家可再生能源实验室运作的水生物种项目。当年，美国政府的科学家曾在加州、夏威夷和新墨西哥的罗斯威尔的开放池塘中试验栽种藻类。他们发现，在浅水池塘中建藻类农场生产藻类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。

　　据当年的估算，要为全美国生产1408亿加仑的生物柴油，就需要建15000平方英里的藻类农场。说的更清楚一点，光是亚利桑那州的索诺拉(Sonora)沙漠就有120000平方英里。

　　但是，1995年，油价开始下跌，到了1996年，石油徘徊在20美元一桶的时候，克林顿政府为了减少财政预算。终于关闭了这一项目。根据美国能源部国家可再生能源实验室艾尔·达兹(AlDarzins)的说法，1996年美国政府认为，藻油永远不可能经济地与化石燃料相竞争。

　　事实上，即使在油价屡创新高的今天，藻类还是无法与石油竞争，因为在藻类原油的每个生产阶段都存在着难以跨越的障碍。

　　达兹说，这里面牵扯到很多问题，比如用地的问题、水分蒸发和污染其他植物品种的问题，还有到处飞扬的孢子以及游泳者的抱怨。在1996停止了藻类项目后，美国国家可再生能源实验室随后就从藻类研究转向了纤维素乙醇的研究。

　　这个项目曾在全世界范围内收集了3000种藻类品种，其中有300种被认为是有前途的，这些品种依然在被夏威夷大学继续研究，人们普遍认为该项目的成果是启动今日藻类燃料业的知识产权支柱。

　　2006年10月，美国能源部实验室宣布与美国第二石油公司雪佛龙(ChevronCorp)合作，寻找更好的藻类品种。2007年的《能源独立和安全法案》包括了促进利用藻类制造生物燃料的措辞。如今，从五角大楼到明尼苏达，再到新西兰，各地政府和私人公司都在开发利用藻类生产燃料。

　　将藻油转变为生物柴油所用的办法与将蔬菜油转变为生物柴油一样，但是其成本却很难降下来，因为至今除了在实验室中，还没有人完成这种过程。

　　目前的生物柴油主要原料是卡诺拉(Canola)、大豆、油菜籽和油棕榈，食物和燃料的价格竞争导致农产品的价格屡破纪录，在过去的2年中，大豆的价格大约翻了两番。生物燃料的成本一直比常规的化石燃料更贵，一些生物燃料厂得到了政府的补贴，还有一些精炼厂不得已而停产倒闭。这种趋势更加刺激了人们对藻类的研究兴趣。

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　　 困境？希望？

　　两年之前，还很少有公司追逐新一波所谓的“池塘绿藻”能源。而今，已有几十家这样的公司。去年，美国国防部高级计划研究署(DARPA)同意万国油品公司用670万美元研究如何让“第二代”原料或者说非食物性作物(如藻类)转变为美国空军的JP-8和北约战斗机的航空燃料。今年5月，空客与捷蓝宣布其目标，到2030年将用第二代生物燃料取代30%的航空燃料，而新西兰航空与KLM荷兰航空公司也有类似的计划。

　　用藻类制造燃料的技术目前还停留在实验性的阶段，而任何一家生物燃料公司所面临的最大挑战都是成本。如果钱不成问题的话，任何人都可以栽种藻类。很多藻类公司已经做了很多工作，但是目前这个系统看起来还不是一个够大的可以逐渐升级的系统。

　　藻类的品种多达10万，每一种都有各自其适应的生长环境、生长速度和出油的比例。今天，很多藻类品系已经被改造为转基因的超级植物，这正是生物燃料启动的秘诀。但是至今，还没有被证明的赢家。研究人员迫切需要解决的问题是，如何使藻类生长繁茂，如何廉价地干燥上百万加仑的藻泥，如何从藻类的细胞壁内获得绿藻原油并将之装桶。

　　麦克·威沃是西雅图一家生物燃料公司百奥纳威特拉斯的CEO，他说，“这不像运转油菜田里的联合收割机那么简单，机器一转就得到了油菜籽并可以随即粉碎这些油菜籽。”他认为在三五年中，藻类燃料很难达到商业规模的生产水平。

　　不过，已经有几个领先的工厂计划在未来的几个月让人们看到藻类未来的更为精确的蓝图了。这些实验工厂将验证注入藻类能产生多少粗油。绿色燃料公司是藻类工业的老字号，它已经在亚利桑那州开了一家试验工厂，在那里他们用大型的透明塑料袋养殖藻类；索里克将于今天年夏天在美国科罗拉多州开设一家新工厂，打算用长100米、高0.5米的冷藏管放到浅水池中垂直悬浮养殖藻类；其另一个稍小的阵列，8个20米长的生物反应器已经投产。

　　绿色燃料在其亚利桑那的先期试验中，就发现其生物反应器产生了太多的藻类，而收获这些藻类的成本太高了。

　　藻类生长也需要很多水，所以生产者需要开发出一种循环用水的方法，并要找到一个适合的地方种植藻类。

　　另外一个技术问题是，传统的生物反应器是管状或塑料袋样，最终的问题就是它们能接受多少光。正在研发一种叫做“自遮蔽”设备的百奥纳威特拉斯的威沃说。他说：“如果你将一系列的管子或塑料袋安装在基底上，你就需要限制由太阳而来的光子数量，因为光会产生更多的藻类。当这些藻类密度稍有增加的时候，就会阻止入射的光线。”

　　然而，无论如何，“绿色圣杯”已经榨出了油，藻类原油已经从试管走到了装桶的阶段。问题是，要过上多久人们才能用上这种绿色汽油呢？

　　达兹说：人们要用上这种藻类生物燃料，大概还需要5到10年。因为，到目前为止，人们还没能找到任何可以选择的系统，因为这种系统必须非常非常之便宜。

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