國(guó)正在不斷采取措施來(lái)改善本國(guó)的能源安全，相比較進(jìn)口能源，自產(chǎn)能源必然變得越來(lái)越重要。一種新型燃料資源是利用水中的藻類，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為能量，以油的形式儲(chǔ)存在藻類體內(nèi)，并將油從藻中提取、精制成生物燃料。美國(guó)能源部和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師正在研究藻類的最好菌株，并開(kāi)發(fā)最有效的耕作方法。本文將大致介紹藻類提油制備生物燃料的概況。

燃料在我們的生活當(dāng)中必不可少，去哪里都離不開(kāi)燃料。世界各國(guó)的科學(xué)家都在不斷地尋找和開(kāi)發(fā)新型燃料資源，而生長(zhǎng)在水中的藻類就是其中一種新型燃料資源。

美國(guó)能源部門正在進(jìn)行一項(xiàng)研究，如何從藻類中提取能源，制備燃料。圖1所示是一個(gè)藻類種植場(chǎng)，由一些大型人造池子組成，池子內(nèi)部設(shè)有水渠。每周這里都會(huì)制備一批新型的藻類。

藻類，更加確切地說(shuō)，應(yīng)該是微藻，是一種極小型的水生生物體。這種生物體可以通過(guò)光合作用將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量，儲(chǔ)存在體內(nèi)。有些藻類可以將能量轉(zhuǎn)化為自然油脂。只要在合適的條件下，藻類就可以產(chǎn)生大量的油，這些油經(jīng)過(guò)加工可以制備生物燃料(圖2)。

研究表明，每畝藻類產(chǎn)生的油量可以是同等面積陸地植物產(chǎn)油量的60倍以上。制備得到的生物燃料可以供給汽車、火車和飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具。在未來(lái)，任何一種依賴于汽油或者柴油的交通工具也許都可以改為由藻類制備的生物燃料。

藻類提油首先需要打開(kāi)藻類細(xì)胞結(jié)構(gòu)，再加入溶解劑，在超聲降解的作用下，將細(xì)胞內(nèi)的脂肪萃取出來(lái)，然后對(duì)整體溶液進(jìn)行加熱，溶解劑被蒸發(fā)掉，萃取得到的脂肪經(jīng)過(guò)生物精煉廠的加工，制成生物燃料(圖3)。

藻類制備生物燃料還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)

因?yàn)樵孱惖纳�長(zhǎng)必須通過(guò)光合作用，所以需要消耗大量的二氧化碳，從這一角度來(lái)說(shuō)，這種生物行為對(duì)環(huán)境碳中和極為有利。甚至在未來(lái)，可以把藻類種植場(chǎng)建在電廠旁邊，以便藻類直接利用電廠排放的二氧化碳進(jìn)行光合作用，更是一石二鳥。

藻類的生物種群非常龐大，有十萬(wàn)種以上，并且各種藻類的生長(zhǎng)環(huán)境都有所不同。有的藻類適合于在清水中生長(zhǎng)，有些適合于鹽水，而有些甚至適合于污水。所以，科學(xué)家們?cè)诓粩噙M(jìn)行試驗(yàn)，以找到適合于不同種類藻類的最佳生長(zhǎng)條件，并篩選出最佳的種類并逐步拓展為生產(chǎn)性試驗(yàn)(圖4)。

西班牙沿海的奇克拉納-德拉弗龍?zhí)乩��?zhèn)污水處理廠是一座從污水中提取清潔能源的污水處理廠。而這項(xiàng)工程更高一層的目的也是為了響應(yīng)歐盟可再生能源指令，即截止到2020年，將運(yùn)輸類生物燃料的利用率從2.4%提升到10%。這項(xiàng)工程包括了用藻類制備生物燃料，這在全球是史無(wú)前例的。

“雖然這個(gè)方法是可持續(xù)且環(huán)保的，但還沒(méi)有人真正嘗試過(guò)如何從污水中制備生物燃料。”工程負(fù)責(zé)人Frank Rogalla說(shuō)。

雖然一些工業(yè)廢水處理廠可以通過(guò)生產(chǎn)沼氣來(lái)滿足自己的能源需求，但是西班牙的這座污水廠是第一座系統(tǒng)的通過(guò)在污水中培育藻類，生產(chǎn)凈出口生物能源的污水廠，這些能源包括生物燃料。

在污水處理過(guò)程中，首先通過(guò)厭氧反應(yīng)將污水中的污染物降解去除，產(chǎn)生的沼氣用于本廠能源需求。在此之后，向水池內(nèi)投加藻類，并保證充足的陽(yáng)光照射，在達(dá)到一個(gè)臨界質(zhì)量后，藻類被撈出并處理，提取出油。剩余留下的藻類可用來(lái)制備生物甲烷和礦物質(zhì)。這項(xiàng)工程的目標(biāo)是每天生產(chǎn)3000公斤含油量為20%的干藻類，制成的燃料相當(dāng)于200輛汽車正常行駛所需的生物柴油量(圖5)。

▲ 圖5 每天生產(chǎn)3000公斤含油量為20%的干藻類，制成的燃料相當(dāng)于200輛汽車正常行駛所需的生物柴油量

研究人員說(shuō)，藻類制備生物燃料商業(yè)化可能還需要幾年時(shí)間，但是最終，這種生物燃料一定可以替代部分的石油。在這個(gè)領(lǐng)域，歐盟和美國(guó)都已經(jīng)開(kāi)始著手相關(guān)科研工作，相信很快就能看到技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的碩果。