梁沛健:藻類生物燃料的未來

2020-01-06
梁沛健
香港中文大學博士後研究員
 
AAA

生物燃料 (Biofuel) 是市場上越來越流行的可再生燃料 (renewable energy)。但是,大多數生物燃料由農作物提煉出來,與用作糧食的農作物競爭,導致其價格高於化石燃料。最引起爭議的是,儘管全球約有9億人營養不良(2018年的數據),但我們仍然使用農作物為富裕發達國家生產燃料。藻類生物燃料是傳統糧食作物生物燃料的替代品,它不需要佔用寶貴的可耕土地,僅需要水和陽光即可生產藻類,所以它被譽為未來的燃料。從理論上講,它被認為是比傳統乙醇生物燃料(例如從玉米,甘蔗,小麥等中提取的那些燃料)更節能的燃料。

a1.png

藻類生物燃料比其他農作物生物燃料能更有效產生油分

有能源機構預計到2014年藻類生物燃料產量將達到10億加侖,但是現在僅實現了不到100萬加侖的產量,價格比化石燃料和其他常規生物燃料貴得多。

產生藻類生物燃料的第一步是培養藻類。藻類有很多品種,它們也稱為浮游植物,微型植物。最常見的物種是Scenedesmus spp。它是一種淡水綠藻,能夠產生高百分比的脂質和碳水化合物(> 50%),並且能夠在含有大量有機物的污水下快速生長。

a2.jpg

利用藻類生物淨化污水

bio1.jpg

培植藻類的生物反應器

培養藻類的一種經濟有效的方法是使用光生物反應器 (photobioreactor)。它是具有大表面積的玻璃作光合作用的封閉系統。生物反應器中的水可以循環使用,並且可以對反應器內的光強度,營養水平,溫度和二氧化碳進行微控制。使用光生物反應器的最大優點是節省了大量的空間。它比傳統的生物燃料種植園(如棕櫚油,小麥和大豆)更節省空間。

下一個步驟是從藻類中提取油份,並進行酯交換過程 (transesterification),將其轉化為生物柴油。藻類生物燃料生產中的最大挑戰是油份的提取,很難獲得高純度的油。研究表明,使用超臨界流體(supercritical fluid) 可以提取近100%的高純油,因此在高壓和高溫下需要液化的二氧化碳。剩餘的藻類可以用作動物飼料,因為它含有高濃度的營養素和碳水化合物。這個提煉過程成本很高,成為開發藻類生物燃料的瓶頸。

實際上,許多從事藻類生物燃料研究的初創公司都是失敗收場。許多初創公司最終破產,有的轉型為利用海藻生產動物飼料,營養補品,甚至化妝品等等。藻類生物燃料具有成為未來能源的巨大潛力。根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的最新報告,全球氣溫如果升高超過1.5度會對許多發展中國家來說意味著災難,並且可能達到地球的臨界點導致無法挽救的地步。為了避免地球繼續升溫,我們需要負排放技術,例如生物燃料和碳收集 (carbon capture)。高排放的污染者和工業應為自己排放的碳或自己收集的碳付費。如果政府制定政策要求污染行業對減排進行投資,藻類生物燃料才有機會成為未來的能源。

 

文章只屬作者觀點,不代表本網立場。

 

 
延伸閱讀