最綠的燃料

阿　茂

可以在淡水、咸水或處理過(guò)的污水時(shí)生長(zhǎng)、不會(huì)與糧食作物爭(zhēng)地還可以吸收二氧化碳的藻類，將成為未來(lái)生物能源的最佳選擇之一

4年以前，美國(guó)科羅拉多的發(fā)明家吉姆·西爾斯將自己關(guān)在車庫(kù)里開(kāi)始構(gòu)思其大規(guī)模生產(chǎn)生物燃料的設(shè)計(jì)。他用塑料袋做生物反應(yīng)器，用藻類做原料。當(dāng)時(shí)這種思路可能被人看成笑話。但是，試驗(yàn)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(gè)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(jiǎn)單，藻類生長(zhǎng)需要水、陽(yáng)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?。藻類中的碳水化合物成分可以被發(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(shí)際操作卻是復(fù)雜的。藻類生物燃料的造價(jià)也是昂貴的。培養(yǎng)藻類的水溫要?jiǎng)偤眠m合其增殖，而開(kāi)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(shí)，也不足以刺激藻類呈指數(shù)型生長(zhǎng)。

為此，索里克將藻類裝在一個(gè)封閉的“光生物反應(yīng)器”中。這個(gè)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(gè)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(zhǎng)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(jì)每天產(chǎn)油400萬(wàn)桶。

奇跡般的燃料

之前，我們對(duì)藻類的認(rèn)識(shí)多來(lái)自一種風(fēng)靡一時(shí)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(guò)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(jī)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(guò)油的藻泥，其淀粉能被分離出來(lái)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(dòng)物飼料，加工殘?jiān)€可以用作建筑材料。

藻類農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)有50年的歷史，藻類農(nóng)場(chǎng)可以安置在任何地方，無(wú)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(zhǎng)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(guò)50％，最高可達(dá)70％。而油棕櫚樹(shù)，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(guò)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(zhēng)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(guó)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(shí)能高產(chǎn)柴油和高產(chǎn)乙醇的藻類品種。希望其實(shí)驗(yàn)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(shuō)，現(xiàn)在的問(wèn)題如何足夠快和價(jià)格低廉地栽培藻類，這并不容易做到。

現(xiàn)在最大的問(wèn)題是把成本降下來(lái)，美國(guó)國(guó)防部估計(jì)藻類油的價(jià)格是20美元1加侖。萬(wàn)國(guó)油品公司(UOP LLC)可再生能源部門(mén)的主任詹尼佛·侯姆格林說(shuō)，“如果藻類油的價(jià)格能降到2美元1加侖，很多人就會(huì)認(rèn)為其可行了?！?/p>

研究人員正在競(jìng)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(guó)防機(jī)構(gòu)再到石油公司、風(fēng)險(xiǎn)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(shí)到最終石油危機(jī)的情況下，卡特政府就啟動(dòng)了耗資2500萬(wàn)美元由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室運(yùn)作的水生物種項(xiàng)目。當(dāng)年，美國(guó)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(kāi)放池塘中試驗(yàn)栽種藻類。他們發(fā)現(xiàn)，在淺水池塘中建藻類農(nóng)場(chǎng)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(guó)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(chǎng)。說(shuō)的更清楚一點(diǎn)，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(jià)開(kāi)始下跌，到了1996年，石油徘徊在20美元一桶的時(shí)候，克林頓政府為了減少財(cái)政預(yù)算。終于關(guān)閉了這一項(xiàng)目。根據(jù)美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室艾爾·達(dá)茲(AI Darzins)的說(shuō)法，1996年美國(guó)政府認(rèn)為，藻油永遠(yuǎn)不可能經(jīng)濟(jì)地與化石燃料相競(jìng)爭(zhēng)。

事實(shí)上，即使在油價(jià)屢創(chuàng)新高的今天，藻類還是無(wú)法與石油競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)樵谠孱愒偷拿總€(gè)生產(chǎn)階段都存在著難以跨越的障礙。

達(dá)茲說(shuō)，這里面牽扯到很多問(wèn)題，比如用地的問(wèn)題、水分蒸發(fā)和污染其他植物品種的問(wèn)題，還有到處飛揚(yáng)的孢子以及游泳者的抱怨。在1996停止了藻類項(xiàng)目后，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室隨后就從藻類研究轉(zhuǎn)向了纖維素乙醇的研究。

這個(gè)項(xiàng)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(xiàng)目的成果是啟動(dòng)今日藻類燃料業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)支柱。

2006年10月，美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)室宣布與美國(guó)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(dú)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(kāi)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?，但是其成本卻很難降下來(lái)，因?yàn)橹两癯嗽趯?shí)驗(yàn)室中，還沒(méi)有人完成這種過(guò)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(jià)格競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格屢破紀(jì)錄，在過(guò)去的2年中，大豆的價(jià)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(bǔ)貼，還有一些精煉廠不得已而停產(chǎn)倒閉。這種趨勢(shì)更加刺激了人們對(duì)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(guó)國(guó)防部高級(jí)計(jì)劃研究署(DARPA)同意萬(wàn)國(guó)油品公司用670萬(wàn)美元研究如何讓“第二代”原料或者說(shuō)非食物性作物(如藻類)轉(zhuǎn)變?yōu)槊绹?guó)空軍的JP-8和北約戰(zhàn)斗機(jī)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(jì)劃。

用藻類制造燃料的技術(shù)目前還停留在實(shí)驗(yàn)性的階段，而任何一家生物燃料公司