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科学新发现:藻类的双向减排炼金术
发布时间: 2010-07-20           浏览次数: 2497


  在基因工程的妙手中,藻类不仅能够有效吸附大量二氧化碳,还能制成生物液体燃料

  傅鹏程教授将实验室的门轻轻推开,又一天的工作开始了。

  这间以研究藻类制取生物质燃料为核心工作的实验室分为两部分,一部分摆放着几台光生物反应器(用聚乙烯薄膜制成的密闭空间),一部分是室内操作台。操作台上,四支机械搅拌棒在分别不停地搅动着四个烧杯中的液体,这些液体呈或深或浅的绿色。还有几个封好了口的烧瓶,里面液体的颜色依然是深深浅浅的绿,液体有的透明,有的则浑浊,能看到细微的沉淀物。“每个里面都有藻种。”傅鹏程告诉中国经济时报记者。

  傅鹏程是中国石油大学(北京)新能源研究中心的特聘教授、博士生导师,他的工作正在颠覆普通人对藻类的认知:藻类脱去了保健品和水污染罪魁的外衣,它不仅能够有效吸附大量二氧化碳,而且还能制成生物液体燃料(生物柴油和燃料乙醇)。从工艺流程上说,实现这一切只需要大约两周的时间。
 
  双向减排

  上世纪90年代中期,生化博士出身的傅鹏程开始关注藻类。藻类实现双向减排的开始,通常是由研究者从野外采集或从国内藻种库购买藻种,进行藻种纯化(即确保是单一藻种)后,放入培养液(培养液由水和化学药品构成,添加的化学药品包含盐、碳原、氨原、磷等)进行实验室培养。

  以目前实验室技术较为成熟的蓝藻制生物乙醇为例。研究者采用基因工程的方法,把能够帮助蓝藻在一定条件下产生乙醇的两个外源基因转化进入蓝藻细胞,从而使蓝藻能够吸收太阳光中的能量,直接将二氧化碳转换为乙醇。

  傅鹏程教授介绍,藻类的大小只有微米数量级,从最初的藻种到繁殖成藻密度很高的阶段,单个藻细胞的尺寸没有变化,人类肉眼都看不到(100万个蓝藻细胞直线排列的长度约等于一个成年人身高),光生物反应器和液体起初完全透明,随着二氧化碳的通入,配以足够的光照条件和培养液生长环境,藻种不断进行光合作用,1个细胞每天会分裂2—3次,细胞数目呈几何数量级增加,液体也渐渐变绿。实验室状态下,1—2周后,1升含有上述物质的液体里可直接提取10—20毫升燃料乙醇,此外还有氧气等副产品。

  相对于蓝藻制取燃料乙醇,微藻制取生物柴油的后端处理要麻烦些,要经过干燥、破壁等流程才能提取。

  不论是用藻类制取生物柴油还是燃料乙醇,这一反应过程二氧化碳的减排量明显。傅鹏程提供的数字显示,照这种方法,每生产1吨的生物质燃料,就能减少2吨的二氧化碳排放。目前,已有7、8种藻类被实验室证实适宜用作生物质燃料的加工原料。

  较为理想的产业化状态是,在二氧化碳的排放大户(如电力、钢铁、化工企业)附近建设藻类制油的工厂,一方面可以解决二氧化碳这一原料问题,所生产的生物质燃料也可用作企业能源投入,副产品氧气则可作助燃剂,实现了原料和产品的双向减排。 而其他一些残渣,还可提取蛋白质,用作某些化工产品的原料,甚至还可以做药品。剩余的反应液体,也没有任何污染,“浇地都没问题”,傅鹏程说。

  他特别提到,在光生物反应器中还可用城市污水与藻种混合,城市生活污水中含有大量的氮、磷等成分,这对于藻类制油是个不错的反应环境,同时能有效解决污水处理问题。

  为什么是藻类

  兜兜转转,生物质燃料研究者的目光锁定在藻类,这似乎是个必然。

  藻类是地球上最古老的植物,迄今已有35亿年的历史,是地球上最早吸收二氧化碳、产生氧气的植物,世界上50%的二氧化碳被藻类吸收,50%的氧气由藻类释放,是减碳的“资深物质”。

  从生物质燃料的经济效益考虑,与用玉米、大豆、油菜、麻风树等传统生物质燃料的原料相比,两个因素使藻类胜出:一是不与人争粮争地,二是藻类生长周期短却寿命长,体积小,容易培养,国外有研究显示,同样单位面积的油料作物,藻类的产油率百倍于普通油料作物。

  有待产业化

  蓝藻基因工程菌在室内光合生化反应器达到乙醇浓度0.66克/升,在室外光合生化反应器达到乙醇浓度2.2克/升,在连续生产的条件下可以保持同样的产率。藻类在实验室中具有的优秀表现,但产业化在目前看来仍有一段距离要走。

  早在2006年,傅鹏程的这一全球首创系统就在美国夏威夷大学取得了美国专利和世界专利,其产业化运作也已由美国一家生物能源公司展开,目前在中试阶段,尚未商业化进入市场。

  傅鹏程坦陈,实验室的前期工作目标是通过生物学与工程方法获得蓝藻工程菌生产生物燃料的新工艺,但并没有在生产技术及生产过程优化方面投入研发力量。因而,所获得的实验评估结果是没有经过优化的,还有很大的改进空间。

  眼下,这一研究团队准备做的事情之一是探索工程优化的途径,在确认技术可行的前提下,拓宽蓝藻工程菌使用的区域和范围,确定更为科学的二氧化碳浓度和反应温度等控制条件,进行精确的经济核算,为产业化增添助力。

  依据国际经验,生物质燃料产业的起飞最终要靠政策推动,本报记者此前曾走访的国内生物燃料生产商也多表示,产业的兴盛期远未到来。特别是在眼下中国油价并未飙升至超出公众心理预期的前提下,生物质燃料能得到民众多少关注,恐怕要打个问号。但可以肯定的是,作为一个国家必要的战略性技术储备,相关研究必须继续。(杜悦英)

  来源:中国经济时报

 

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