台南晚报:微藻变燃料财富“后备军”

2019-11-19 作者:国际教育   |   浏览(131)

1小时从微藻中快速提取燃料

生产麻烦,只能作为补充能源

微藻,阳光驱动的细胞工厂

  最近,美国国家能源部西北太平洋国家实验室的研究员正在尝试将浓缩的藻类黏液在更短时间内转化成燃料。也许在未来的某一天,飞机、货车和小轿车会用这种通过微藻提炼出来的燃料?   美国国家能源部西北太平洋国家实验室的研究员道格拉斯·埃利奥特对媒体指出,这种从微藻中快速提取原油的技术是一种“水热液化技术”。据报道,这一分离过程目前甚至可以在1小时内完成。”他认为,未来的处理步骤甚至可以从剩下的原料中回收甲烷——本质上就是天然气。另一方面,分离之后留下的富含氮的水,以及回收的磷等矿物质,都可以用来生产更多的藻类。道格拉斯·埃利奥特介绍,藻类生物能源要想在全球能源市场中占有一席之地的话,就必须具备高效的藻体生产能力,从而保证有足够的原料用于转化成生物燃料。   在华南理工大学化学与化工学院绿色催化与能源中心,记者见到李雪辉教授。他告诉记者,美国是开发微藻生物柴油起步最早的国家。目前,美国的微藻能源公司已经占到全世界的70%以上。自从2007年,美国国家能源部推出“微型曼哈顿计划”,即微藻能源计划以后,就掀起了开发微藻生物柴油的热潮。与此同时,欧洲的研发浪潮紧随美国之后。近年来,微藻生物柴油技术也引起了我们国家政府、科研机构和企业的重视,已被列为科技部863计划的重点项目之一。

  微藻是什么?李雪辉指出,用于炼油的藻类不是我们在水面上肉眼可见的大型藻类,而是微藻,是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类群体。目前,自然界已经发现的藻类有三万余种,其中微小藻类占两万多种。可用于榨油的富含油脂的藻类涵盖蓝藻、绿藻、金藻和红藻几大门类。   微藻被认为是阳光驱动的细胞工厂,通过微藻细胞高效的光合作用,能大量吸收二氧化碳,将光能转化为脂肪或淀粉等化合物的化学能,并释放出氧气。在评价微藻榨油的优点时,李雪辉指出:“微藻的生长速度快,含油量高。它的生长周期短于其他油料作物,24小时内就能实现倍增,1~2周就能达到最高生物量。一般油料作物种子的含油量为15%~30%,微藻含油量可高达20%~60%,培养微藻产生的所有生物质都可以用于油脂的提取。在质量上,微藻的油脂质也比较好。微藻的油脂组成与油料种子很相似,主要是C16 和C18系脂肪酸。微藻生物柴油在物理和化学特性上与传统柴油相似,能够达到国际生物柴油的标准。此外,由于微藻对二氧化碳的固定能力强,能耐受高浓度的二氧化碳,这使得我们可以利用工业废水、废气,城市污水来培养用于提取原油的微藻。这也使得这种能源变得更加绿色和亲和。”

  虽然微藻生物柴油目前在技术上是可行的,中试试验也很成功。但是与化石柴油相比,原料成本成为制约微藻生物柴油产业化的主要因素。科研人员都在致力于降低微藻产油的成本。   “正所谓物尽其用,除了提取油脂,已经有人在用藻类来研发一些药品、营养保健品,还有饲料等等。”李雪辉说,“在微藻生物柴油领域,技术的革新在沿着两个方向推进,首先是高效催化剂的开发,即将这些生物油脂高效转化为可直接使用的生物柴油。其次是工艺流程的优化,不管是加热、加压还是萃取等,科研人员着力的正是压榨萃取过程的更加便利和高效。”接着,李雪辉指出:“在我国,直接利用农林废弃物等生物质资源,更加高效且经济。在华南地区,将典型的农林废弃物如蔗渣等转化为燃料或化学品,更具意义。”

  广州日报1月11日B11版讯微藻生物柴油技术已经日益推进。最近,据外媒报道,美国国家能源部西北太平洋国家实验室的研究员正在尝试将浓缩的藻类黏液在更短时间内转化成生物柴油。美国一间生物燃料公司也正在与工业伙伴合作建立一个试验工厂,尝试生产。有没有可能,未来微藻生物柴油成为能源的重要补充?对此,记者采访了华南理工大学化学与化工学院副院长李雪辉教授。

  即便如此,目前微藻柴油还不能直接倒入我们现在通用的发动机中,需要与传统柴油进行配比调试使用。   “生物柴油既可从微藻中提取,也可从其他的生物中获取。总而言之,微藻生物柴油占所有生物柴油的比重并不可能太大。未来如果生物柴油在燃料市场上的比重能达到一定的份额,也许才会有企业去研发适合使用这类生物柴油的专门发动机。”李雪辉说。这也意味着,从目前来看,微藻生物柴油仍存在很大的局限性。“生产麻烦是它最大的缺点。像是蔗渣、玉米芯、秸秆这类农作物生物质,用于化工产业有个优点是获得很容易,只要收割收集就可以了。相比之下,微藻则需要花费大量成本在培养和收集上。作为新能源,它目前的成本当然也远高于传统的燃料产业。”李雪辉指出,“不过,发展生物柴油的意义却是战略性的。正如不会有人去计算登月计划的成本、收益高低一样。目前来看,很多国家发展微藻生物柴油的目的,都是作为现有能源的补充。它当然不可能取代传统的煤、石油等能源的地位,但是,一旦传统的能源供应出现问题,比如战争条件下,石油进口受阻,新的生物柴油如可及时加以补充,有可能帮我们渡过难关。这也是欧美国家即便赔钱,也大力补贴新能源发展的原因所在。”

  一些对微藻生物柴油技术的报道,会让大家认为将微藻变成柴油是很快速简便的,这其实是误解。“微藻生物柴油成套技术涵盖多个技术环节,是一个复杂的系统工程。”李雪辉说,“首先,需要挑选合适的微藻进行培养,过程中可能还需要对某些微藻进行基因改性,以最大限度来选取一些高含油量的藻种进行培养。培养这些藻类时不能随便找个池塘之类进行。天然池塘中的淤泥以及其他微生物会污染这些需要培养的藻类。很多情况下,需要在专门的场地,在光照下,用很多透明的列管培养器,让微藻快速生长。”   在培养好了之后,收集这些微小藻类的过程也是相当困难。李雪辉接着说:“收集的过程需要专门的过滤和干燥技术,以让这些看不见的微藻脱去水分;至于微藻中上午油脂的提取,需要精心设计低能耗的工艺。这些提取出来的微藻油,跟我们吃的花生油有点类似,颜色跟藻类本身的色素一样。到这一步,工作远没有结束。在微藻油可倒入发动机之前,还需要进行系列的复杂的工艺进行处理,如加氢、脱氧等,甚至还需要利用催化技术,最终得到我们可以直接使用的生物柴油。”

降低成本,任重道远

看似魔术,却是复杂系统工程

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