最強(qiáng)的生物燃料-“藻類(lèi)”

最強(qiáng)的生物燃料——“藻類(lèi)”作為不依靠于化石資源的燃料，生物燃料漸漸得到普遍認(rèn)可。但在應(yīng)用上，使用高等植物的現(xiàn)有手段還存在極限。其緣由在于單位面積的收獲量較小，并且還會(huì)鋪張貴重的水資源。作為解決之策，業(yè)界開(kāi)頭開(kāi)發(fā)使用藻類(lèi)的生物燃料。這樣的話，不僅單位面積的收獲量可到達(dá)現(xiàn)有手段的3～40倍，而且根本上不用水。不過(guò)，要想有用化，今后還必需要降低本錢(qián)，不斷摸索與吸取2相結(jié)合的方法。202335日就生物燃料提出方針，表示“LCA〔生命周期評(píng)估〕計(jì)算，假設(shè)2減排量達(dá)不到％以上的話，就不能獲得碳中和n〕。這是一項(xiàng)格外嚴(yán)格的規(guī)定，目前只有利用巴西現(xiàn)有農(nóng)田種植的玉米、日本國(guó)內(nèi)的甜菜以及建筑廢料制成的燃料能夠獲得碳中和認(rèn)證。對(duì)于目前僅靠經(jīng)濟(jì)合理性尚無(wú)法成立、依靠于扶持及補(bǔ)助的生物燃料來(lái)說(shuō)，能否獲得碳中和認(rèn)證，將關(guān)系到其盈利與否。這樣一來(lái)，通過(guò)開(kāi)拓森林來(lái)栽培燃料用植物的業(yè)務(wù)模式就變得不再可行。荷蘭殼牌〔Shell〕、美國(guó)?？松梨凇睧xxonMobil〕等石頭巨頭，以及美國(guó)陶氏化學(xué)〔DowChemical〕6億美元的巨資，其力度之大可見(jiàn)一斑。美國(guó)擁有大約200家生物風(fēng)險(xiǎn)公司，大量風(fēng)險(xiǎn)投資紛紛涌向通過(guò)養(yǎng)殖藻類(lèi)來(lái)制備燃料的領(lǐng)域。在日本的汽車(chē)關(guān)聯(lián)廠商中走在前列的是日本電裝。該公司已開(kāi)頭在根底爭(zhēng)論室內(nèi)進(jìn)展藻類(lèi)培育〔1〕。培育了兩種目前最受關(guān)注的微細(xì)綠藻〔Pseudochoricystis〕*及葡萄藻(Botryococcus)*。在微細(xì)綠藻方面與慶應(yīng)義塾大學(xué)、中心大學(xué)及京都大學(xué)合作，而在葡萄藻方面則與筑波大學(xué)合作，根本囊括了日本國(guó)內(nèi)的主要參與者。*Pseudochoricystisellipsoidea。是一種綠色的單細(xì)胞植物。*Botryococcusbrauniibraunii之外，還有兩種。各種藻類(lèi)大量排列在一起培育。微細(xì)綠藻是日本海洋生物技術(shù)爭(zhēng)論所的藏野憲秀等從溫泉中覺(jué)察的，電裝挖來(lái)藏野并以其為爭(zhēng)論骨干開(kāi)頭爭(zhēng)論。在該爭(zhēng)論所關(guān)閉后，電裝獲得了該爭(zhēng)論所轉(zhuǎn)讓的微細(xì)綠藻使用權(quán)?？芍圃齑罅咳剂显孱?lèi)的優(yōu)勢(shì)在于單位占地面積的收獲量較大。目前開(kāi)發(fā)的藻類(lèi)，其目標(biāo)值為每公頃土地每684GJ的燃料〔2〕。2位面積收獲量為生物柴油燃料，為生物乙醇。藻類(lèi)雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高等植假設(shè)用高等植物來(lái)制造生物柴油燃料〔BDF〕的話，大豆為17GJ，油菜籽為46GJ，油棕230GJ3～4064GJ，141GJ5～10倍?！笆斋@”4800GJ。因此有爭(zhēng)論認(rèn)為，“假設(shè)是鋪設(shè)太陽(yáng)能電池，而不是制造生物燃料的話，或許可以驅(qū)動(dòng)EV〔電動(dòng)汽車(chē)〕”。但問(wèn)題是太陽(yáng)能電池的初期投資很大，而且車(chē)載充電電池的價(jià)格目前也較高，在經(jīng)濟(jì)上并不劃算，因此從發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型仍將長(zhǎng)期處于主流地位來(lái)看，最好還是進(jìn)展綜合推斷。雖說(shuō)如此，假設(shè)在收獲量的數(shù)字上處于確定下風(fēng)的話，“進(jìn)展綜合推斷”的建議自然也無(wú)法站住腳。生物燃料要想與太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)，只有憑借藻類(lèi)而非高等植物，才有取勝的期望。通過(guò)澡類(lèi)能夠獵取大量能源的緣由在于其生物效率較高。微細(xì)綠藻的細(xì)胞大小為5μm，是一種小型、單細(xì)胞、無(wú)干無(wú)枝無(wú)根的藻類(lèi)〔圖3〕。而葡萄藻是一種以群簇〔同類(lèi)細(xì)胞聚攏而成的群〕30～500μm的藻類(lèi)。這兩種藻類(lèi)均浮游于水中，無(wú)需生成用于支撐自已的構(gòu)造物，因此不消耗能源。通過(guò)光合作用生長(zhǎng)生殖，生存方式格外簡(jiǎn)潔。3：鏡照片該藻類(lèi)是物。脂呈黃色。藻類(lèi)不僅節(jié)約土地，還不會(huì)鋪張水資源。在農(nóng)業(yè)用水原本就面臨枯竭的當(dāng)今時(shí)代，假設(shè)生物燃料的產(chǎn)量不斷增加，就會(huì)危及到水資源的供給。高等植物將氣孔蒸騰作為抽水泵來(lái)為各細(xì)“負(fù)壓”，通過(guò)根來(lái)吸取水分。而作為水生單細(xì)胞植物的藻類(lèi)則是通過(guò)集中由細(xì)胞膜吸入水分，因此只要水量能夠完成光合作用即可。無(wú)需后處理即可直接用作燃料另外，通過(guò)藻類(lèi)獲得的燃料，其質(zhì)量還有望超過(guò)由高等植物獲得的燃料。通過(guò)高等植物制造出的燃料為淀粉、油脂及纖維素等多種物質(zhì)。但是，除了油脂之外，其他物質(zhì)都不能直接形成燃料，需要進(jìn)展發(fā)酵等處理制成乙醇，工序頗為簡(jiǎn)單〔圖4〕。這一過(guò)程不僅會(huì)使獲得的能源有所削減，而且還要投入設(shè)備本錢(qián)。4：制造生物燃料序。而藻類(lèi)可直接生成油脂。準(zhǔn)確的說(shuō)，在能夠生成油脂的藻類(lèi)中，可供選擇的就是微細(xì)綠藻在微細(xì)綠藻和葡萄藻中，構(gòu)成油脂的分子不含氧元素〔O〕或含量極少。高等植物形成的油脂準(zhǔn)確地說(shuō)并不是油脂，而是統(tǒng)稱(chēng)為生物柴油燃料的物質(zhì)，在碳元素〔C〕排列中含有氧元素。這些氧元素可在長(zhǎng)期內(nèi)引起發(fā)動(dòng)機(jī)受損，以及在固化溫度高的有用區(qū)域消滅凝固等問(wèn)題。這就是現(xiàn)在輕油只能按幾個(gè)百分點(diǎn)混合生物柴油燃料的緣由。目前被看好的微細(xì)綠藻和葡萄藻各具特點(diǎn)。微細(xì)綠藻可生成相當(dāng)于輕油的油脂，而葡萄藻可生成相當(dāng)于重油的油脂。要說(shuō)缺點(diǎn)的話，只是微細(xì)綠藻的外殼堅(jiān)硬，油脂難以提取，而葡萄藻則需要花時(shí)間進(jìn)展培育。微細(xì)綠藻具有在氮元素〔N〕缺乏的環(huán)境中會(huì)大量形成油脂的特點(diǎn)?？尚纬杉s為枯燥重量30“作為一種防衛(wèi)反響”〔慶應(yīng)義塾大學(xué)尖端生命科學(xué)爭(zhēng)論所爭(zhēng)論員伊藤卓朗〕。由于生成油脂時(shí)微細(xì)綠藻的生長(zhǎng)、生殖也會(huì)停頓，因此實(shí)際上要分為充分供給氮元素使其生長(zhǎng)、生殖的階段，以及停頓氮元素的供給使其生成油脂的階段。8～92是幾何倍增，因此兩者差距巨大。而葡萄藻則具有可在自已細(xì)胞的外側(cè)生成油脂的特點(diǎn)〔圖5〕。在“收獲”油脂時(shí)可將油脂20～75循環(huán)使用，連續(xù)生成油脂。生長(zhǎng)過(guò)程中用掉的能源就會(huì)被鋪張。而且在處理藻類(lèi)“尸體”時(shí)，還要投入能源和勞力。而假設(shè)能夠循環(huán)再利用的話，就不會(huì)消滅這種鋪張。這就是將藻類(lèi)當(dāng)“肉?！憋曫B(yǎng)與當(dāng)“奶?！憋曫B(yǎng)的不同。5：葡萄藻的顯微鏡照片可形成群簇。染色后，油脂呈黃色。油脂在細(xì)胞外面。本錢(qián)仍舊較高筑波大學(xué)對(duì)兩種藻類(lèi)的能源收支進(jìn)展了推算，估量能源投入的回收時(shí)間〔能源回收期，EnergyPaybackTime〕為0.19年。而風(fēng)力發(fā)電為0.2～2.0年，住宅用太陽(yáng)能發(fā)電為20年以上，因此利用藻類(lèi)的手段格外有用。但問(wèn)題并不在于能源，而在于金錢(qián)收支。利用日本國(guó)內(nèi)的30萬(wàn)公頃棄耕地培育葡萄藻，155日元/L500日元/L714日元/L，因此藻類(lèi)在生物燃料方面已具備競(jìng)爭(zhēng)力。不過(guò)，以廢食用油為原料的生物柴油燃料為72～87日元/L，更具優(yōu)勢(shì)。但這一數(shù)值是以志愿者供給廢食用油，不花費(fèi)回收費(fèi)用為前提計(jì)算本錢(qián)而來(lái)的。圖6：人工費(fèi)明細(xì)油脂提取所占的比例較大。藻類(lèi)生物燃料雖說(shuō)單獨(dú)來(lái)看的話價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力略顯缺乏，但是還可考慮以副產(chǎn)品等其他手段來(lái)平衡收支的方法。CO吸取裝置的用途。也就是用其對(duì)發(fā)電站及煉鐵廠商等排放的2CO進(jìn)展光合處理。這樣，便可通過(guò)排放權(quán)交易獲得收入，從而降低燃料本錢(qián)。2圖6：人工費(fèi)明細(xì)油脂提取所占的比例較大。藻類(lèi)生物燃料雖說(shuō)單獨(dú)來(lái)看的話價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力略顯缺乏，但是還可考慮以副產(chǎn)品等其他手段來(lái)平衡收支的方法。CO吸取裝置的用途。也就是用其對(duì)發(fā)電站及煉鐵廠商等排放的2CO進(jìn)展光合處理。這樣，便可通過(guò)排放權(quán)交易獲得收入，從而降低燃料本錢(qián)。2電裝認(rèn)為倒不如將重點(diǎn)放在這一方面，“打算在將藻類(lèi)制成燃料之前，先以吸取、固定CO2為目的”〔8爭(zhēng)論室室長(zhǎng)渥美欣也“可作為長(zhǎng)期目標(biāo)”這一次要位置。另外，在吸取CO的使用方法上也可充分發(fā)揮本身為藻類(lèi)這一優(yōu)點(diǎn)。假設(shè)利用高等植物來(lái)2COCO到達(dá)葉綠素是一個(gè)大問(wèn)題。為了將CO輸送到葉子四周而鋪設(shè)管道222是幾乎不行能的事情。雖然也可進(jìn)展溫室栽培，在溫室中布滿CO，但是利用溫室栽培甘蔗和2玉米的狀況并不多，在這種狀況下投入CO吸取專(zhuān)用設(shè)備的話并不劃算。而藻類(lèi)不同，利用向2水中吹送的方式，CO便可到達(dá)細(xì)胞。2除了排放權(quán)以外，還有其他收入途徑。比方，使用排污水中的有機(jī)物來(lái)培育藻類(lèi)，收取污水處理費(fèi)。而反過(guò)來(lái)說(shuō)，還可考慮出售在藻類(lèi)培育過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)。假設(shè)能夠從藻類(lèi)中提取局部成分，獲得醫(yī)藥及保健食品等高附加值產(chǎn)品的話，即使降低燃料價(jià)格也可確保盈利。電裝將MicroAlgae吸引到了共同開(kāi)發(fā)成員中，該公司原本就是養(yǎng)分補(bǔ)充劑的產(chǎn)銷(xiāo)公司，擁有這方面的技術(shù)閱歷。開(kāi)放式跑道型養(yǎng)殖設(shè)施最為看好另外，在養(yǎng)殖設(shè)施方面也有多種方案被提出。目前共有三種，包括建筑環(huán)形跑道式水池，通過(guò)槳片使水循環(huán)的“跑道型”、將含有藻類(lèi)的水注入透亮管道中的“管道型”，以及排列薄水槽的“面板型”〔表〕。電裝比較各種方式進(jìn)展了開(kāi)發(fā)〔圖7〕。從產(chǎn)量來(lái)看，面板型最多。但面板型在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需要的能源也最多。由于要通過(guò)從下方通氣進(jìn)展攪拌來(lái)防止細(xì)胞下沉，因此攪拌動(dòng)力必需要很大。而管道型則存在清洗麻煩的問(wèn)題。目前，電裝看好的是跑道型〔圖8〕。跑道型為開(kāi)放式，其余兩種為封裝式。開(kāi)放式近似“農(nóng)業(yè)”，初期本錢(qián)較低，但無(wú)法避開(kāi)雜草生長(zhǎng)及蟲(chóng)害。而封閉式與“工廠”接近，初期本錢(qián)較高，但卻能夠與外界隔絕。CO吸取相結(jié)合時(shí)，開(kāi)放式存在水面釋放出的CO會(huì)直接逃逸到大氣中的問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)2 2光合作用處理掉的O只占水下吹送量的22

8爭(zhēng)論室主管藏野憲秀。而封閉式可通過(guò)使水面釋放出的2性?xún)r(jià)比就會(huì)下降。其承受程度是需要爭(zhēng)論的課題。裝置從薄水槽的兩側(cè)照耀光。養(yǎng)殖設(shè)施的試驗(yàn)裝置利用白色槳片使水循環(huán)。微細(xì)綠藻、葡萄藻能否成為最終選擇？目前業(yè)界正以微細(xì)綠藻及葡萄藻為軸心進(jìn)展開(kāi)發(fā)，而其他藻類(lèi)尚未提上議事日程。相關(guān)開(kāi)發(fā)方似乎已認(rèn)定“這兩種藻類(lèi)最為看好”。筑波大學(xué)在比較上百種藻類(lèi)后最終鎖定了葡萄藻，所以其中自有理由。不過(guò)，也有觀點(diǎn)看好其他藻類(lèi)。美國(guó)在很多時(shí)候甚至連水藻的種類(lèi)都予以保密，看來(lái)很可能已經(jīng)有了其他選項(xiàng)。微細(xì)綠藻及葡萄藻令人不滿足的一個(gè)點(diǎn)是碳數(shù)。微細(xì)綠藻的油脂與輕油相當(dāng)，葡萄藻的油“汽車(chē)廠商要求藻類(lèi)生物”〔筑波大學(xué)爭(zhēng)論生院生命環(huán)境科學(xué)爭(zhēng)論系生命共存科學(xué)專(zhuān)業(yè)教授渡邊信〕?！吧锷捎椭蠖嗍菫榱擞闷錁?gòu)成細(xì)胞膜。很少有藻類(lèi)生成的油脂具備在常溫下可變成液相的碳數(shù)”。為了在適用藻類(lèi)很少的狀況也可制造出高質(zhì)量的油脂，慶應(yīng)大學(xué)正在利用相位譜分析技術(shù)對(duì)藻類(lèi)進(jìn)展改進(jìn)〔圖9〕。