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青青绿藻炼出"原油" 美启动"微型曼哈顿计划"

  《科技日报》2007年2月15日报道:二次世界大战期间,美国有个著名的、研制原子弹的“曼哈顿计划”。如今,美国又出了个“微型曼哈顿计划”,不过,它的宗旨不是研制原子弹,而是向藻类植物要油,以帮助美国摆脱严重依赖进口油的能源窘境。

不仅如此,这一计划更令人瞩目的是,它重新燃起了美国新一轮的藻类生物“原油”研发热潮。

  藻类生物原油研究重受青睐

  藻类是最低等、最古老的一类植物。虽说结构简单,它却能产出一种生物“原油”,这种生物“原油”相当于石油的原油,可用来提炼汽油、柴油、航空燃油,以及作为塑料制品和药物的原料。同时,多数藻类植物还能制造出大量的碳水化合物等中间产品,这些产品经过发酵处理可以转化为乙醇燃料。可以说,藻类植物与生物燃料“缘分”很多。

  科学家们研究发现,从绿藻等藻类植物中提炼油还有很多优势,不仅产油效率高,工艺简便,而且整个产油过程非常清洁。首先,藻类植物对生长环境并不太挑剔,可以长在露天池塘里,也可以在农田的边角地段,它不会像玉米那样占用农田。第二,藻类植物可通过现有炼油设备产油,这些原油可进一步提炼成各种油品。第三,据测算,每英亩藻类植物产油的数量,要比目前作为生物柴油主要来源的大豆的多得多。第四,藻类植物能捕获电厂废气中的二氧化碳,有助于控制温室气体排放。美国圣地亚国家实验室的生物燃料与生物能源技术专家安德鲁•克瑞穆说:“藻类植物有产出大量石油的潜能。近期,我们可以利用藻类产出的生物原油替代一部分生物柴油,未来它们将可以替代更多的生物柴油。”

  实际上,有关藻类作为一种生物燃料的研究已有多年。20年前,美国国家再生能源实验室曾对此项目进行了近10年的研究,只不过当时的结论并不令人满意。由于当时油价较低,藻类制油的成本没有竞争力,项目也于1996年被迫停止。

  不过,如今的能源环保形势,包括居高不下的原油价格、新的技术进步,以及布什政府不断强调可再生清洁燃料等,这些重新激起了人们开发藻类生物燃料的兴趣,特别是高油价使得藻类制油的成本具有竞争力;新的基因和蛋白质技术能使人们更深入地了解藻类植物产油的机理,让它们产出更多的“原油”。另外,藻类植物又能有效地对付二氧化碳温室气体。

  目前,在美国一些藻类生物燃料开发公司正在展示他们这方面的新技术,与此同时,一些大型的研究项目也开始启动,它们的近期目标是要让藻类生物燃料在2010年能替代上百万加仑的化石燃料。

  “微型曼哈顿计划”引领潮流

  “微型曼哈顿计划”就是上述项目中一个代表。倡导这一计划的“点燃燃料”公司,在公司网页上写到:作为美国国家实验室和科学家的联盟,他们此项计划的任务是实现到2010年让藻类产油的工业化,以及未来每天生产百万桶生物原油的目标。为此,他们将以美国能源部圣地亚国家实验室牵头,组织十几家实验室以及上百位专家参与来完成这一宏伟工程。

  理论上说,如果种植2000万至4000万英亩的藻类,它们产生的生物原油总量可以达到目前美国原油进口数量,也就是说可以真正起到“替代进口”的作用。“点燃燃料”公司的目标就是要将这一设想变成现实。根据计划,一部分科学家将寻找并培育符合产油率高等条件的藻类植物;一部分科学家将致力于研究如何降低藻类植物生长及其收获成本;另一部分人则研究如何从藻类植物中提取油脂。

  “微型曼哈顿计划”的出台带动了藻类生物燃料开发热潮。目前,除了“点燃燃料”公司之外,科罗拉多州的“索力克”生物燃料公司也正在开发类似的藻类制油工艺。不久前,尤他州州立大学的科学家曾宣布利用一种全新技术从藻类中提取出了油,并将其转化为生物柴油燃料,他们期望到2009年时能得到在价格上有竞争力的藻类生物柴油。该大学化学和生物化学教授斯费尔德表示:“藻类制油或许是人类在21世纪面临的最大的科学挑战。目前,有很多解决世界能源问题的想法,但是就是没有一个能长期使用。”

  藻类制油工业化仍需努力

  不过,像制造原子弹那样,藻类制油工业化进程也并不会一帆风顺,目前仍有一些技术问题需要进一步研发,特别是在为降低生产成本方面的需要解决的难题。

  科研人员面临一个主要的技术挑战在于:一些藻类植物能够产出相当于其自身重量60%%的油,但这种情况只是当它处于“饥饿”状态时,才会出现。恰恰是在这个时候,这些藻类植物又会丧失其本来吸引人的优点,如具有快速繁殖及生长的能力。研究人员希望找到控制藻类植物产油的分子开关。如果一旦发现这样的开关,就可以生物方式干预其产油的过程,进而提高产油率,进一步降低成本。

  随着藻类植物产油生物机理的了解,研究人员又发现另一个问题,也就是如何以低成本方式在露天池塘中培育藻类。一般说来,露天养殖很容易导致其他物种入侵,因此降低藻类的产量。生物燃料公司的科技顾问委员会主席大卫•金斯伯说,他们目前正在与圣地亚国家实验室以及国家再生能源实验室合作,期望能为藻类植物高产创造出良好的生态环境系统,这样系统让其所有营养物质转化为藻类植物易于吸收的形式,以此扼杀或阻止外来物种入侵。

  同时,关于利用藻类植物收集二氧化碳技术的前途问题,绿色燃料公司最近公布的测试结果显示,当阳光合适的话,藻类能够吸收发电厂排出的80%%的二氧化碳,能有效地降低由化石能燃料燃烧直接排放的二氧化碳数量。不过,这一技术还有成本方面的问题。

  藻类成为再生能源新突破点

  目前,美国联邦政府对藻类制油项目的兴趣十分浓厚。据科学家艾瑞克•杰维斯透露,美国国家再生能源实验室将在未来6—12月内重新启动藻类制油研发项目。

  专家们认为:布什在其国情咨文为美国设立了这样的宏伟目标,即在2017年,生产350万加仑的可再生燃料,替代目前20%%的汽油消耗量。这一目标对美国来说也是一大挑战,一方面,以大豆、玉米生产乙醇燃料争议不断,并且已导致了这些农作物食品的价格上涨,引起了墨西哥农民的抗议;另一方面,其他生物质能,如木屑、长草和纤维素等资源虽然比较丰富,但是需要特殊的加工工艺,尽管这些能源技术已在一些小厂开始示范,但并未能证明它们能有效商业化。在这样的情况下,美国也准备将寻找再生能源燃料的目光投向藻类植物这一新的能源突破点上。

(责任编辑:buyi)

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