科学生活：未来新能源会来自海洋吗？

2008年10月27日　　 来源：科技日报
[color=]http://www.gov.cn/fwxx/kp/2008-10/27/content_1132010.htm
    为减缓全球变暖，人们需要一种不与农业争地争水的全新燃料源。近日在上海召开的“2008水产科技论坛”上，科学家介绍了一种来自海洋的新型生物燃料。
    人类必须开发石油的替代品，这已成为共识。粮食可以制造生物燃料，但全世界在2007年使用玉米仅生产了75亿加仑酒精，且饲料、玉米的价格已飚升为过去的2倍。从长远来看，酒精生产并不能减少温室气体的大量排放。为减缓全球变暖，人们需要一种全新的燃料源，不与农业争地争水，不需要耕作准备，也不使用有害化学制品。于是，更多科学家把目光投向了海洋，水生微藻养殖正是这样一种燃料源。
    今年9月底在上海召开的“2008水产科技论坛”上，中国水产养殖工程学会首任主席、美国国家工程院院士王兆凯向大家介绍了来自海洋的一种新型生物燃料——硅藻。
    成本是最重要因素
    据王兆凯介绍，在替代石油的候选燃料源中，微藻处于领导地位，特别是硅藻。世界上有近10万种硅藻。硅藻含有多种脂质，含有固醇、蜡、酰基脂质等化合物，一些硅藻的脂质含量高达70%%—85%%。通过改变生长条件，能提高不同种硅藻的脂质含量。全球石油俱乐部评估，1公顷微藻1年能生产96000升生物柴油，而1公顷油椰子只能生产5950升，1公顷大豆只能生产446升。
    美国早在1978年就开始了一项名为“水生种类计划”的研究，证实用微藻制造生物柴油，是现在石油、柴油燃料的2倍多。日本这方面的研究集中在封闭系统上，非常昂贵，比如应用光纤视觉光发射机。他们获得了高生产率，但仍然不能满足可接受的操作成本要求。
    “目前最需要什么技术？”王兆凯说，“是运行经济、能保持特定微藻优势的、开放的生产系统。我们目前采用海洋硅藻——角毛藻作为研发模型。当然其他品种的硅藻和其他种的微藻也可以考虑。从硅藻培养、分离到提取油脂和脂肪酸，整个过程都要符合经济性。现在的生产系统，是一种基于开放型微藻培养系统的生物燃料生产系统，不仅能同时捕获二氧化碳，在成本上也具有竞争力。”
    传统上，水产养殖专家在封闭系统中培养微藻，这样可以防止开放系统中不可避免的污染，但是管理困难，成本和能耗都很高。
    “我们从20世纪90年代末开始，已经建立了一个小型的商业系统并且成功运行，在开放系统中培养海洋硅藻——角毛藻，2004年申请了专利。”王兆凯说，目前现有的开放系统仍处于中试规模，并局限于几种海洋硅藻，还需要做很多工作，将该系统延伸到淡水微藻品种，并且提高生产效率。
    燃料制取需要关键技术
    “微藻的收获、提高光生物反应效率、油脂的提取、用硅藻油脂生产燃料是其中的关键技术。”王兆凯说。首先，将微藻从它们的生长介质中分离出来需要强烈的能量。常规分离方法，如离心分离、过滤或絮凝，操作困难并且需要在分离过程中添加化学品。比如角毛藻，它表面有一种活化物质，使我们可以用一种泡沫分离方法来集中微藻。应用泡沫分离方法，能够从角毛藻养殖介质中分离90%%的角毛藻，而后，角毛藻再生。
    提高光生物反应效率，需要设计一个生产系统，使反应器中藻细胞浓度总是保持最优。由于硅藻体有一个硅酸盐细胞壁，防护能力特别强，给油脂提取带来了难度，常规方法如机械、化学或酶处理，都不是很有效。高温分解技术需要输入大量的能量，这会降低成本效率。现有一种HPQR替代方法，将硅藻从高压区快速转变为低压，能使细胞破裂，在分离脂肪酸的过程中不需要进行过滤。对HPQR以及其他油脂提取方法的研究，将进一步推进微藻生物柴油向商业化迈进。将硅藻油脂转变为生物柴油，要了解微藻的各种构成和油脂含量，开发合适的燃料生产方法，使产量最大化。同时，还必须掌握检验原料中油脂含量的可靠方法。
    海洋微藻生产优势明显
    王兆凯还告诉记者，最近一份研究报告指出，用微藻来生产生物柴油已经比矿物油具有价格竞争力。10—20年后，当容易开采的石油接近耗尽，全球变暖加剧，微藻生物柴油相对昂贵的石油替代品，如页岩油和沥青砂油，将具有更大的价格竞争力。而且，人们可以从微藻中提取出更多的生物制品和副产品，进一步提高微藻培养的经济性。潜在的生物制品包括特效有机物，如食品级β胡萝卜素、医药品、色素以及多种通用的化合物，如多聚糖、碳水化合物、表面活化剂和生物气体等发酵产品，还有高价值的油脂，可用于动物饲料。
    除此之外，微藻还可用于处理农业或市政废水、提取其中废弃营养获得的潜在价值、减少温室气体排放的价值等。一家美国公司的研究报告指出，通过培养微藻，能减排柴油发电机废气中高达92%%的CO2，并能减少氧化氮的排放。
    产量高、需水少、肥料效率高，微藻的潜在产量超过陆地农作物产量的30倍，海洋微藻的生产优势，加上燃料制取技术的不断进步，广阔的海洋正在成为我们新能源的希望。（记者 范建 常丽君）