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2009年上海正在研制微藻制油既能开源又

2018-12-07 04:38:55

2009年上海正在研制微藻制油既能“开源”又能减排

能源危机和全球变暖是目前全世界可持续发展面临的两大问题。针对前者,科学家们正试图通过开发风能、太阳能、生物质能等清洁能源技术,降低对传统化石能源的依赖;针对后者,相关的二氧化碳收集和埋藏技术也在发展中。不过,上海正在研发的一种新兴技术既能“开源”,又能减排,可谓一箭双雕,这就是微藻制油。

一般而言,科学家把玉米制油等作为生物质能利用的代技术,秸秆发电是第二代,而微藻制油就是第三代,其应用前景非常广阔。

将来的某一天,汽车没准也会要求“给我来碗海藻汤”。这听起来有些童话色彩,科学家却正认真地把它变为现实。在政府支持下,上海正在研究利用藻类吸收工业排放的二氧化碳,并制造生物柴油的新技术。此项研究如能获得突破,可谓一举两得。

藻类制油比玉米大豆更有潜力

随着全球变暖和能源紧缺加剧,全世界都在寻找可替代能源,减少对化石燃料的依赖。目前,生物柴油刚经历了一段从“广受追捧”到“广受质疑”的波折―――利用玉米、大豆等提炼乙醇和生物柴油的技术,虽解决了碳排放问题,却会产生“与粮争地”的后果,“生物柴油加剧粮食危机”的提醒日益引起关注。因此,新的生物柴油来源成为全球的热门课题,国内科技界也在抓紧研发。

目前来看,比玉米、大豆更有潜力的“生物油田”,可能不在土壤中,而在水里。

上海交通大学副教授、主持藻类制油研究的缪晓玲告诉,藻类含有大量的生物油脂(也就是植物油),部分品种含油达70%,而且它们的光合作用效率高,生长迅速。一年能种三季的玉米非常罕见,但藻类,10天、多两周就可以完成一个生长周期。研究表明,每公顷土地上,玉米的年产油量只有120升,大豆稍高,为440升,而藻类可达1.5万至8万升,是玉米的数百倍。因此,如果能找到适宜的品种,加上培育得当,藻类将是非常有潜力的生物柴油来源。

昨天,在缪晓玲带领下,参观了她的实验室。在温度和光照条件受控的培养箱里,放满了玻璃瓶,里面装着各种深浅不一的绿色液体。培养箱边斜靠着一个钢瓶,接出很多根橡皮管,每根橡皮管都插入一个烧瓶,在液面下咕咕地冒着气泡。

缪晓玲告诉,瓶子里养的是各种藻类,橡皮管里冒出的是二氧化碳。按比较正式的说法,这些藻类属于微藻,是海带、紫菜的“远亲”。不过微藻只比细菌稍大,个头在几个微米。它们之所以是绿色的,是因为细胞内含有叶绿素,在适宜的温度下,微藻能大量吸收二氧化碳,并通过叶绿素的光合作用制造生长所需的养分。待微藻长成,脱水干燥,就能得到浅绿色的粉末。随后,从这些藻粉中提取出油脂,经化学方法处理制备出的生物柴油,其性质和成分与传统石化柴油非常相似,某些指标比如发动机低温启动性能甚至更好,因此应用价值更高。

完美绿色循环期待技术突破

从上世纪90年代起,缪晓玲一直在从事藻类研究。

2002年后,她在清华大学攻读博士,同导师吴庆余教授一起研究藻类制油技术。2006年,他们在世界权威生物学期刊《Bioresourcetechnology》(《生物资源技术》)上发表了论文,这是国际上篇利用藻类油脂制备生物柴油的论文,已被SCI论文引用多达30次以上。目前,她既是上海交大生命科学技术学院的教师,也是该校生物质能研究中心的研究者。缪晓玲告诉,微藻制油首先要解决的就是品种选择。全世界目前已知的藻类有近3万种,含油量高的未必长得快,长得快的未必适应高浓度二氧化碳环境。实验室不仅是一个"选秀赛场",同时也是一个"微藻训练营"。微藻不仅要在"海选"中表现出潜力,也可以通过人为调整"驯化",提高其吸碳和产油的能力。

此外,为大规模推广微藻柴油,还必须开发出适合工业化的连续采收、脱水干燥技术,以及大规模"炼油"的方法。缪晓玲说,目前的脱水干燥方法大量消耗能源,成本高昂,与新能源的开发初衷相悖。

那些养着微藻的实验用玻璃瓶,都可以看做是未来"绿色油田"的缩微版。缪晓玲说,如果技术体系完备,微藻制油就将画出一个完美的绿色循环---建立规模化的微藻制油工厂,在大型容器中养殖微藻。白天,阳光和二氧化碳工业废气将为微藻创造出适宜的生长条件;入夜,光合作用停止,但依然可以给微藻"喂食"工业废水,让它们利用废水中的糖制造养分。

在这一绿色循环的末端,微藻柴油能让汽车的碳排放降为零,而"榨油"之后的微藻残渣,则可以作为新型生物质能锅炉的燃料。由于不占用耕地,工厂化运营也可大幅提高土地利用率,因此不存在"与粮争地"的问题。

上海交大生物质能研究中心主任、市清洁能源工程技术中心总工程师罗永浩教授告诉:如果将制油同二氧化碳处理结合起来,则是非常重要的研究方向。"上海有很多大型燃煤电厂,其气体排放99%是二氧化碳,微藻制油在本地就能循环起来。"

上海交大的生物质能课题得到了市财政资金的支持。除了政府,微藻制油目前在全球更受到了企业的关注,这也表明其绝非"科幻故事"。在国外,近一两年投入巨资启动研发的一长串企业名单里,包括壳牌、雪佛龙等石油巨头,以及正致力于新能源开发的比尔?盖茨。在国内,几周之前,中石化与中科院高调宣布,将战略合作联手开发微藻制油。中科院副院长李静海透露,近期将完成小试研究,2015年前后实现户外中试装置研发,远期将建设万吨级工业示范装置。

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