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培養(yǎng)藻類制造生物燃料未來可期

據《日本經濟新聞》最近報道,今年4月,總部位于日本川崎市的千歲實驗室公司在馬來西亞設立了全球規(guī)模最大的藻類培養(yǎng)設施,旨在利用二氧化碳生產生物燃料。該公司的目標是在用培養(yǎng)藻類制造生物燃料時,將其成本控制在能與化石燃料競爭的水平。


(相關資料圖)

千歲實驗室公司并非唯一對培養(yǎng)藻類制造生物燃料寄予厚望的公司,其志同道合者還有來自德國等國家的企業(yè),他們都希望培養(yǎng)藻類來制造燃料,實現凈零排放。當然,就目前而言,讓培養(yǎng)藻類“變身”生物燃料還面臨成本高昂、需要技術革新等難題。

生物燃料收到關注

近年來,生物燃料受到極大關注,因為它們被認為是碳中和的,有助于取代化石燃料,緩解全球變暖。用藻類作原料來制造生物燃料極有潛力,但大規(guī)模的藻類生產仍然面臨碳供應、水供應和土地需求等挑戰(zhàn)。

據報道,千歲實驗室公司設立的藻類培養(yǎng)設施位于馬來西亞沙撈越州首府附近的火力發(fā)電站內。研究團隊在約4.6公頃的區(qū)域內,密集擺放著裝有培養(yǎng)液的透明袋,用于培養(yǎng)淡綠色藻類,熱帶特有的強烈陽光會刺激藻類活動。

培養(yǎng)出的藻類稱為“衣藻”,能吸收二氧化碳,借助光合作用進行代謝,在此過程中生成類脂質。研究人員可從類脂質中提取脂肪酸(生產油的原料),再對其進行精煉,獲得的生物燃料可用于飛機和汽車。

據悉,用于培養(yǎng)藻類的二氧化碳來自火力發(fā)電站排放的氣體。工作人員培養(yǎng)藻類3天左右,就可提取類脂質和蛋白質。按干燥重量計算,每年可產出350噸藻類,最多可生產8噸可持續(xù)航空燃料(SAF)。

多家公司對藻類寄予厚望

千歲實驗室公司主導的項目名為MATSURI,三井化學、ENEOS和資生堂等企業(yè)參與了該項目。

此外,德國費斯托有限公司也推出了“仿生細胞工廠”,這是一種在鮮少接觸外界空氣的透明管內培養(yǎng)藻類的裝置。通過“光仿生細胞”項目,費斯托在2022年漢諾威工業(yè)博覽會上展示了其首款用于藻類自動化培養(yǎng)的生物反應器。

費斯托公司展示的仿生細胞工廠(圖片來源:費斯托公司官網)

在2023年的漢諾威工業(yè)博覽會上,該公司展示了生物轉化產業(yè)化道路上的下一步:仿生細胞工廠。仿生細胞工廠包括了一個整體的生物過程:從持續(xù)監(jiān)測和分析優(yōu)化藻類培養(yǎng)到收獲、再到各種成分的進一步加工和精煉。獲得的產品可用于化學、食品或制藥行業(yè)。與化學過程相反,整個操作不需要高溫高壓,也不涉及毒素。

據介紹,該裝置能從空氣中吸收二氧化碳,將之濃縮后提供給藻類,還能自動管理溫度,提供磷和氮等營養(yǎng)成分。它還會記錄藻類的大小和數量,掌握生長情況,后期使用生物酶對脂質進行精煉。

降低成本是重中之重

盡管培養(yǎng)藻類制造生物燃料具有廣闊前景,但與傳統化石燃料和其他生物燃料相比,其成本仍然相對較高。

首先,藻類的培養(yǎng)需要仔細控制環(huán)境條件,例如光線、溫度和營養(yǎng)物質,這可能極具技術挑戰(zhàn)且會消耗大量能源。《日本經濟新聞》網站在報道中指出,傳統做法是在戶外大型水池內培養(yǎng)藻類,但這種方法容易混入雜菌,而且建設大型水池的成本也比較高。

鑒于此,千歲實驗室公司使用的是價格低廉的聚乙烯袋,可輕松開展大規(guī)模生產。該公司的目標是,自2027年開始動工建設規(guī)模達2000公頃的培養(yǎng)設施,約是現有規(guī)模的400倍。公司表示,隨著生產規(guī)模的擴大,將來利用藻類制造生物燃料的成本將降至每升約3美元。

有科技咨詢公司指出,如果實現每升約3美元,則藻類制造的生物燃料可與包括化石燃料在內的其他燃料競爭。據悉,日本政府提出了2030年將生產成本降至每升約100日元(約合0.7美元)的目標。

此外,讓藻類干燥,將脂質分離出來,也需要耗費很多時間和勞力,這也是成本高企不下的主要原因。大成建設公司和埼玉大學等開發(fā)出了能將脂質排出體外的藻類,由此可省去耗費大量能源的干燥和脂質分離工序。這種方法不僅更加簡單,藻類也可繼續(xù)生長。

技術革新不可或缺

業(yè)界一致認為,為進一步降低成本,有必要進行技術革新。

研究人員一直在改進藻類培養(yǎng)系統,例如開放式池塘、封閉式光生物反應器等,以優(yōu)化藻類生長條件并提高生產力。先進的監(jiān)測和控制系統,包括自動化和人工智能,也已被集成到藻類培養(yǎng)系統中,以優(yōu)化養(yǎng)分吸收、光照和其他生長參數。

研究人員也一直在開發(fā)更先進的收獲和提取方法,例如絮凝、離心和無溶劑方法,以提高脂質回收效率,同時降低能耗和生產成本。此外,利用沙漠等農作物無法生長的地方來培養(yǎng)藻類也令人期待。

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