變害為寶:水葫蘆能提取清潔燃料

　　由浙江大學(xué)能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室岑可法院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組承擔(dān)的國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外首次提出了微波聯(lián)合堿對(duì)水葫蘆降解和糖化的影響規(guī)律，用水葫蘆制取出燃料酒精、氫氣和甲烷，為實(shí)現(xiàn)水葫蘆的能源化利用和發(fā)展清潔可再生的生物新能源做出重要探索。
　　水葫蘆被列為世界十大害草之一，被國(guó)務(wù)院列入首批外來(lái)入侵物種名單，在中國(guó)南方19個(gè)省市的廣大水域危害十分嚴(yán)重。水葫蘆生長(zhǎng)繁殖十分迅速，在適宜條件下每天可增加20％～30％的生物量，在8個(gè)月內(nèi)就能從10棵增至60萬(wàn)棵，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染：破壞生態(tài)、堵塞河道、影響航運(yùn)，阻礙排灌，危害水電設(shè)施等。例如浙江省水域面積共有6515平方公里，據(jù)保守估計(jì)至少1000多平方公里水域受到水葫蘆不同程度的污染，富春江，錢塘江，衢江，京杭大運(yùn)河等都受到水葫蘆不同程度的污染，僅浙江全省潛在的鮮水葫蘆量就高達(dá)7500萬(wàn)噸。如果能將水葫蘆變廢變害為寶，高效轉(zhuǎn)化為生物酒精、氫氣和甲烷等清潔燃料，則對(duì)于治理改善水葫蘆環(huán)境污染、發(fā)展清潔可再生的生物新能源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　岑可法院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組研究表明，水葫蘆屬于纖維素類生物質(zhì)，但是與稻草秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物相比，具有三個(gè)突出的特點(diǎn)：一是含水率高達(dá)95％左右：二是含有豐富的蛋白質(zhì)：三是根部富集了許多重金屬等污染物。如何尋找高效廉價(jià)方法使水葫蘆高效降解成可資利用的還原糖，是利用其發(fā)酵產(chǎn)酒精的關(guān)鍵步驟和技術(shù)難點(diǎn)。為了消除水葫蘆中木質(zhì)素和半纖維素等對(duì)纖維素酶的無(wú)效吸附作用，在酶水解前需要進(jìn)行必要的預(yù)處理。
　　該研究發(fā)現(xiàn)，在微波聯(lián)合堿作用下，水葫蘆有機(jī)成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等都發(fā)生不同程度的降解，再經(jīng)過(guò)纖維素酶作用后水解生成了大量葡萄糖和木糖，這些糖將用來(lái)進(jìn)一步發(fā)酵制取燃料酒精等清潔燃料，為水葫蘆的能源化利用開辟了一條新途徑。
　　據(jù)專家透露，目前，利用水葫蘆在0.5立方的中間試驗(yàn)裝置已生產(chǎn)出合格的生物酒精、氫氣和甲烷等，預(yù)計(jì)三至五年可利用水域邊養(yǎng)殖場(chǎng)建成大型可應(yīng)用的工廠化設(shè)備。
　　該研究成果發(fā)表在《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》2009年第32期的論文《微波堿化預(yù)處理對(duì)水葫蘆酶水解的影響規(guī)律》中。
　　
　　拓展閱讀——水葫蘆
　　
　　什么是水葫蘆?
　　水葫蘆是一種多年生宿根浮水草本植物，學(xué)名鳳眼蓮，又稱鳳眼藍(lán)、水葫蘆苗，是雨久花科，鳳眼蓮屬。因它浮于水面生長(zhǎng)。又叫水浮蓮。又因其在根與葉之間有一像葫蘆狀的大氣泡又稱水葫蘆。鳳眼蓮莖葉懸垂于水上，蘗枝匍匐于水面?；槎嗬饫葼睿ㄉG麗美觀。葉色翠綠偏深。葉全緣，光滑有質(zhì)感。須根發(fā)達(dá)，分蘗繁殖快，管理粗放。是美化環(huán)境、凈化水質(zhì)的良好植物。
　　
　　水葫蘆的形體特征
　　根生于節(jié)上，根系發(fā)達(dá)，靠毛根吸收養(yǎng)分，主根(肉根)分蘗下一代。葉單生，直立，葉片卵形至腎圓形，頂端微凹，光滑；葉柄處有泡囊承擔(dān)葉花的重量，懸浮于水面生長(zhǎng)。稈(莖)灰色，泡囊稍帶點(diǎn)紅色，嫩根為白色，老根偏黑色。穗狀花序，花為淺藍(lán)色，呈多棱喇叭狀，上方的花辦較大：花辦中心生有一明顯的鮮黃色斑點(diǎn)，形如鳳眼，也像孔雀羽翎尾端的花點(diǎn)，非常耀眼、靚麗。蒴果卵形，有種子多數(shù)。
　　
　　繁殖方式
　　無(wú)性繁殖能力極強(qiáng)，由腋芽長(zhǎng)出的匍匐枝既形成新株。母株與新株的匍匐枝很脆嫩，斷離后又可成為新株。
　　
　　水葫蘆的危害
　　水葫蘆對(duì)其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽(yáng)光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡，破壞水下動(dòng)物的食物鏈，導(dǎo)致水生動(dòng)物死亡。同時(shí)，任何大小船只也別想在水葫蘆的領(lǐng)地里來(lái)去自由。不僅如此，水葫蘆還有富集重金屬的能力，水葫蘆死后腐爛體沉入水底形成重金屬高含量層，直接殺傷底棲生物。正可謂三位一體式的滅絕戰(zhàn)術(shù)!
　　由于繁殖迅速，又幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵(雖然有多種野生、家養(yǎng)動(dòng)物以其莖葉為食，但取食量較小，與其龐大的生長(zhǎng)量相比毫無(wú)影響)，在我國(guó)南方江河湖泊申發(fā)展迅速，成為我國(guó)淡水水體中主要的外來(lái)入侵物種之一。
　　入侵最嚴(yán)重的地區(qū)，最早被報(bào)道的有滇池，其他還有太湖流域等。2009年6月央視報(bào)道了水浮蓮對(duì)福建閩江流域水口電站和沙溪口水電站的巨大壓力。在庫(kù)區(qū)已經(jīng)形成數(shù)萬(wàn)畝的水浮蓮聚集帶，壯觀之極，猶如茫茫草原。人工打撈需要2個(gè)月以上，對(duì)發(fā)電航運(yùn)和生態(tài)環(huán)保構(gòu)成極大壓力。水浮蓮的瘋長(zhǎng)和水電發(fā)展飽和、大壩過(guò)多、水體流動(dòng)緩慢、水體富營(yíng)養(yǎng)化、COD含量嚴(yán)重超標(biāo)有關(guān)。
　　
　　治理措施
　　可以引進(jìn)儒艮，用儒艮泉治理繁殖力強(qiáng)的水葫蘆，相比除草劑有污染，費(fèi)用高，且不穩(wěn)定(有可能增強(qiáng)水葫蘆的抗藥性)，用儒艮治理無(wú)污染，又很便宜，控制效果好。
　　為水葫蘆正名
　　1　水葫蘆被不明事理的人們誤認(rèn)為重要的外泉入侵污染物，實(shí)際上水葫蘆是人類的良朋益友，以科學(xué)的方法趨利避害，可以達(dá)到清除污染，發(fā)展牧業(yè)，有機(jī)肥料業(yè)，有機(jī)果蔬業(yè)，綠色天然氣業(yè)。等等行業(yè)，解決當(dāng)今世界高企的油糧價(jià)格難題，解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
　　2　因?yàn)樗道镌黾恿松钗鬯娃r(nóng)田排出的大量化肥，水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富，適合水葫蘆生長(zhǎng)，所以水葫蘆的面積不斷發(fā)展擴(kuò)大。這本來(lái)是大好事，可以清楚水系里的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)?？墒怯捎谌藗儧](méi)有全面了解這個(gè)問(wèn)題，而是簡(jiǎn)單地采取打撈清除的辦法。這樣把能夠吸收水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水葫蘆排除了，但是生活污水和化肥仍然源源不斷地進(jìn)入水系，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，營(yíng)養(yǎng)物大量積累的結(jié)果，必然是水葫蘆更大規(guī)模的復(fù)活!
　　3　為了合理利用水葫蘆的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該趨利避害科學(xué)地進(jìn)行綜合治理：根據(jù)各地水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)常補(bǔ)充的情況，確定各個(gè)地區(qū)利用水葫蘆事業(yè)的規(guī)模，按每天打撈十分之一到八分之一的速度，把水葫蘆加工用于發(fā)展牧業(yè)。可以節(jié)約大量飼料糧，解決與人爭(zhēng)糧和與糧爭(zhēng)地的問(wèn)題：
　　4　水葫蘆和人畜禽的糞便進(jìn)入沼氣發(fā)生裝置，加壓用水除去沼氣申的二氧化碳，就成了綠色天然氣。按各省各國(guó)各大洲的產(chǎn)氣量計(jì)算，將是一個(gè)巨大的綠色天然氣產(chǎn)業(yè)，則人類無(wú)憂，生物圈無(wú)慮，地球可持續(xù)發(fā)