水藻油或许值得期待

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2011-6-30 14:00:09 来源:科技日报 作者:科技日报  【大 中  小】
本月初,德国弃核成为了媒体关注的热点,这个近25年来首个放弃核电的工业化国家引来了一片唏嘘。在化石能源日渐枯竭,原油价格不断飙涨的今天,德国政府的底气究竟源自何处?

不少人都注意到在宣布弃核的同时,德国执政联盟还公布了一份雄心勃勃的新能源计划,称将投入330亿至400亿欧元用于发展可再生能源,并希望在2022年之前将可再生能源的比重增加到35%左右。这一消息的公布立即引发了人们对于可再生能源即将迎来发展契机的猜想。沉寂已久的水藻油也再次出现在了人们的视野当中。而日前美国科学家的一项研究则对以水藻油为代表的生物能源的前景提供了背书。

这篇发表在《水资源研究》杂志上的研究称,如能在美国墨西哥湾沿岸、东南海岸以及五大湖地区广泛种植水藻并将其制成燃料,将有望替代17%的进口石油。如果将更多的资源投入使用,这一比例还可以更高。水藻油或许值得我们期待。

水藻制油优点多

负责该项研究的西北太平洋国家实验室(PNNL)水文学家马克·威格莫斯特说,一直以来决策者和研究人员都对水藻油的开发寄予了极大的兴趣和期望,因为水藻油有着其他生物燃料难以企及的优点。

首先是易种植、繁殖快。水藻几乎可以种植在任何有水的地方,水塘里、袋子里或水箱中都没有问题,其繁殖速度更可以以小时来计算。与其他生产生物燃料的植物相比,水藻几乎不需要特别的养分,有阳光、水和二氧化碳即可。在种植上更可以采取立体方式,使空间占用率达到最小。

其次,水藻的能量密度比其他生物燃料植物更高。例如,每年每公顷水藻生产的燃油要比玉米生产的乙醇多80倍以上,与大豆相比也大体类似。因此,采用水藻制油效率更高。

此外,与玉米和大豆不同,水藻并非普遍的食物来源,用其生产生物燃料不会出现与人争夺口粮的尴尬局面。由于水藻是二氧化碳的消费生物,它也被认为是碳中性的能量来源。因此,将藻类放置在发电厂旁就可以减少碳排放,并延缓二氧化碳进入大气层。水藻还能消化氮和磷,这些都是水体的常见污染物,这意味着水藻也可以在市政污水中存活,并起到净化水体的作用。

信息系统绘蓝图

“但仍有一个关键问题是生产水藻油所不能不面对的——那就是水。要验证水藻油替代石油的可能性就必须对与此相关的水资源和土地的利用作出详细的评估。这便是这项研究的出发点,它为美国可再生能源相关决策的制定提供了基础和初步概算。”威格莫斯特说。

威格莫斯特和他的同事首次对美国发展水藻生物燃料的可行性进行了评估,并给出了所需土地和水的用量。为使研究数据更加精确可靠,研究人员开发出了一套精度高达100英尺(30.48米)的国家地理信息系统数据库,其中包括全美及毗邻地区的地形地貌、人口、土地使用状况等信息。通过该系统,研究人员就能识别出更适合藻类生长的地区,如那些没有用于耕种的平地、在城市和环境敏感地区之外的池塘或国家森林公园。

接下来,研究人员对过去30年的气象资料进行了收集整理,这能帮助他们确定特定地区的光照和温湿度等情况。将这些变量加入数据库后,就能计算出特定地区单位时间内水藻的产量。

研究发现,如能在墨西哥湾沿岸、东南海岸以及五大湖这样阳光充足和气候潮湿的地区广泛种植水藻,每年将有望产出210亿加仑(约795亿升)生物燃油,这相当于2008年美国从海外进口石油数量的17%,并已接近2007年《能源独立于安全法案》中所规定的2022年前将可再生能源产量提高到每年360亿加仑的目标。而如果充分使用全美的可用资源,水藻油替代进口石油的比例最多可达到48%,但这会占用更多的土地和水资源。

总之,水藻油的生产将有望使美国的能源问题获得极大缓解(2009年美国所消耗的石油中有一半以上都来自进口)。

节水仍需花心思

研究人员同时发现,每加仑水藻油的生产需要用水350加仑,从总量上看这相当于全美国农田灌溉用水的四分之一。而如果以所生产的油料驱动车辆的距离计算,使用水藻油驱动车辆每英里的耗水量大约为8.6到50.2加仑。这个数字不但远大于生产传统化石燃料的耗水量,也略大于生产玉米乙醇的耗水量。

按照先前公布的数据,玉米乙醇燃油驱动车辆每英里的耗水量大约为0.6到61.9加仑;由于传统化石燃料的生产并不需要耗费像藻类或玉米那么多的水,用天然气驱动汽车每英里的耗水量仅为0.09到0.3加仑。

威格莫斯特说,虽然假设前提和研究方法的不同会导致上述几种燃料耗水量的计算出现较大误差,但选择藻类作为能量来源就必然会面临着节水的问题。不过这一问题并非无法解决,如果选址得当并采用适合的技术的话,低成本商业化藻类生物燃料的生产一定是值得期待的。

下一步,威格莫斯特和他的同事还将就非淡水资源(海水和污水)中水藻油的生产展开研究。此外,他们还在研究在寒冷季节用温室池塘种植水藻,生产水藻油,以使该产业获得更大的经济价值。


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