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藻类生物燃料:通往商业可行性的漫长道路

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-05-21  浏览次数:352
核心提示:    绿色科技行业已经不再喜欢藻类作为生物燃料生产的原料,但从长远来看,藻类衍生燃料仍有希望。在未来的几十年里,藻类生
   
藻类生物燃料:通往商业可行性的漫长道路

 

  绿色科技行业已经不再喜欢藻类作为生物燃料生产的原料,但从长远来看,藻类衍生燃料仍有希望。在未来的几十年里,藻类生物燃料将与石油竞争。

  

藻类生物燃料:通往商业可行性的漫长道路

 

  十年前,藻类的能源潜力点亮了绿色科技的空间。从藻类中提取的燃料,被称为“第三代生物燃料”,相对于早期基于植物作物的原料,如甘蔗和玉米(第一代生物燃料生产)以及蔬菜或动物废物流(第二代),具有几个关键的优势。

  

藻类生物燃料:通往商业可行性的漫长道路

 

  这些藻类优势包括更高的生物燃料的产量相比,以前的系统,各种可能的燃料类型列表包括生物柴油、丁醇、乙醇甚至喷气燃料,以及大型藻类培养的事实——无论是在开放池塘或更先进的闭环系统,可以做到不适于种植粮食作物的土地,移除一个关键问题,生物燃料原料作物将与食品生产商竞争。

  藻类生物燃料:炒作与失望

  

藻类生物燃料:通往商业可行性的漫长道路

 

  从2005年左右,五年多基于藻类生物燃料公司,包括Algenol、蓝宝石能源和Solazyme公司募集了数亿美元在私营部门投资承诺,化学工程海藻可以扩大产生数千万加仑的燃料在几年中,价格与化石燃料竞争。藻类的燃料转化基本上是基于原料中高浓度的脂类物质:可以提取的含油脂的酸性分子,用于制造生物燃料。

  近15年后,绿色科技世界对藻类生物燃料失去了兴趣。尽管在开发转化过程中投入了大量资金,但该行业雄心勃勃的生产目标,更不用说与化石燃料相比的成本竞争力,仍然是一个遥远的梦想。在成本方面,2008年和2014年油价的大幅下跌肯定无助于生物燃料的竞争力,但技术问题也被证明是一个主要症结。在油脂提取的能量平衡、在开阔的池塘中保持适宜的生长条件、以及让藻类大规模进行足够快的光合作用所需的大量水、CO和肥料方面,已经遇到了棘手的问题。

  斯旺西大学海洋生物学教授凯文·弗林在2017年写道:“对微藻生物燃料生产的模拟表明,要想达到欧盟预计由生物燃料供应的10%的运输燃料,需要三倍于比利时面积的池塘。”“而这些池塘里的藻类要生产生物燃料,就需要相当于目前欧盟农作物全年需求总量50%的化肥。”

  因此,在2005年至2012年兜售海藻生物燃料的公司中,多数已被淘汰出局,或将业务模式转向海藻生产更高价值的产品,如膳食补充剂、食品添加剂、动物饲料和化妆品。

  但是,尽管藻类生物燃料的前景处于休眠状态,而且2005年的风险投资早就开始了,但该技术的长期潜力仍然存在,而且近年来的进步正在推动藻类生物燃料的发展。前面的路可能很长,但这些最近的想法和发现都代表着重要的步骤。

  解决能量平衡问题

  在藻类生物燃料生产的油脂提取成分中,一个主要的摩擦点是需要提前从藻类中去除所有水分,留下一个干粉,从中可以分离出油脂。这部分原因是,它通常需要更多的能源来驱动过程,而产生的燃料在等式的另一端提供。

  然而,犹他大学的研究人员发明的一种新方法可能解决了能量宇称难题。一组化学工程师已经开发出一种新的喷射混合器技术,这种技术可以避免能源密集型的干燥过程。新的混合反应器将溶剂射流喷射到悬浮在液体中的藻类射流中,产生必要的湍流,促使脂质转移到溶剂流中。研究人员说,这个过程不仅需要更少的能量,而且速度更快,只需几秒钟就能提取出脂肪。

  “有很多值得称赞的研究努力促进藻类生物燃料,但还没有产生一个价格点能够吸引商业开发,”莫汉蒂说Swomitra犹他大学化学工程助理教授,与团队的结果,发表在《化学工程科学x”我们的设计可能会改变这个方程,把藻类生物燃料在玩。”

  优化生产流程

  美国国家可再生能源实验室(NREL)国家生物能源中心对如何优化藻类生物燃料工艺提出了进一步的想法。国家生物能源中心战略项目负责人Philip Pienkos在2018年6月发表的一篇文章中,阐述了NREL对在大型露天池塘中生产藻类生物量的经济性和实用性的研究。

  根据该小组的技术经济分析,一旦达到一定的规模经济,并在菌株特性和栽培方法方面作出改进,将来就有可能以每干吨300美元的成本生产藻类生物量。然而,这仍不足以与原油竞争。

  作为回应,NREL一直在研究“联合藻类处理”(CAP)概念的可行性,该概念包括一个能够同时生产藻类生物燃料的工厂,以及一些有用的副产品,包括表面活性剂、聚氨酯和塑料复合材料。

  与埃克森美孚(ExxonMobil)和合成基因组公司(Synthetic Genomics)合作

  合成基因组公司(Synthetic Genomics)与埃克森美孚(ExxonMobil)合作,致力于以前所未有的规模从藻类中生产生物燃料。合成基因组公司是在藻类生物燃料发展的“淘金热”时期成立的少数几家仍专注于燃料的公司之一。经过多年优化藻类石油产量的生物学研究,合作伙伴现在正在进行一项户外实地研究,在加利福尼亚州的几个包含藻类的池塘中种植天然藻类。

  合成基因组公司(Synthetic Genomics)和埃克森美孚(Exxon)相信,随着目前的进展——以及未来进一步进展的预期——到2025年,它们将能够每天生产1万桶藻类生物燃料。重大突破到目前为止包括合作伙伴的宣布在2017年的夏天,微藻株的基因改造Nannochloropsis gaditina导致脂质含量加倍的藻类从20%提高到40%以上,主要原料的能源产量的增加。

  目前的户外研究将使用野生藻类,而不是基因编辑的版本;正如斯旺西大学(Swansea University)的凯文•弗林(Kevin Flynn)在2017年指出的那样,基因改造对生态的影响还有待展开更广泛的辩论。基因改造可能“产生无法阻挡的有害藻类物种,破坏渔业,破坏饮用水供应”。

 
 
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