美國科學家發現一種混合水藻能夠以城市污水為原料生產生物燃料

美國科學家發現一種混合水藻能夠以城市污水為原料生產生物燃料

環境污染和能源短缺是當今人類面臨的兩大難題,世界各地的科學家一直為此在進行著努力,但所取得的研究成果更多的都是非此即彼的單項突破,能將兩者聯系起來的少之又少。有沒有一種方法能夠在消除污染的同時制造能源?日前美國萊斯大學的一項研究讓我們看到了些許曙光。

  神奇!吃進污水變出油

  這項發表在學術期刊《藻類》上的成果基于對美國休斯敦市一座污水處理廠為期5個月的研究。萊斯大學的科學家們發現一種混合水藻能夠以城市污水為原料生產生物燃料。

  這些高價值水藻不但極易成活,還能有效去除城市廢水中90%以上的硝酸鹽和50%以上的磷。根據美國國家環保局的數據,城市水體中過量的氮和磷正是“美國最普遍和最富挑戰性的環境問題之一”。加之目前的廢水處理技術在去除硝酸鹽和磷的低效益,廢水養藻的意義更是不言而喻。而在完成凈化污水的任務后,這些藻類還能變成汽車可用的生物燃油,滿足交通運輸業的用油需求。

  此外,藻類還有一個最大優勢是,與傳統的玉米或糖制成乙醇燃料不同,它不與糧食爭地,不與人口爭糧。根據美國能源部(DOE)2010年的《國家藻類生物燃料技術路線圖》,與傳統生物質能源相比,藻類每公頃能多生產10倍的燃料。真是活脫脫的一個寶貝。

  難怪!被逼無奈出下策

  不過此前對待水藻制油,美國人并沒有這么樂觀。

  早在5年前,藻類制油就是可再生能源領域內的一個熱門話題,各種探索性的技術層出不窮。但人們最終發現,通過藻類大規模生產生物燃料是不現實的,因為這需要耗費太多的水、能源和肥料。

  美國國家科學院下屬國家研究理事會(NRC)在2012年的一份研究報告中指出:如果在當時的技術條件下,用藻類每年生產390億升的生物燃料——大約占美國運輸燃料需求的5%,所需的投入將是十分驚人的:需要3.15升到3.65升的水才能夠生產相當于1升汽油的藻類生物燃料;此外,如果要生產390億升的藻類生物燃料,種植者還必須添加600萬到1500萬噸的氮,以及100萬到200萬噸的磷。這相當于美國44%到107%的全部氮用量,以及20%到51%的全國農業磷用量。

  被這一巴掌打醒后,美國的藻類工業的重心就逐漸轉向了生產藥物、營養品和化妝品,這些高價值、低容量的領域。人們對其生物燃料的屬性的關注逐漸降溫。

  論文第一作者萊斯大學科學家米納克什·巴塔查爾吉,已經在這一領域持續進行了28年的研究。她說,經過這些年的發展,作為高價值產品,藻類行業日漸穩固,但在生產上仍然嚴重依賴化肥。展望未來,如果要生產容量更高的產品就必須首先解決可持續發展問題。從長期來看,藻類行業對化肥的過度依賴對整個行業來說并不是一件好事情:首先這會降低行業整體利潤空間;其次,對化肥日漸增長的需求,還會導致藻類行業與本來井水不犯河水的糧食產業形成競爭和摩擦。因此,廢水養藻其實是一個迫于無奈的選擇。

  原來!溫度是個關鍵點

  巴塔查爾吉說,類似的想法在論文和書本中被提出已經有相當長的一段時間了,只不過還有一些具體的細節問題沒有解決,如能否在開放的環境中養殖,使用單一藻類還是混合養殖等。她說:“不知出于何種原因,在我們之前對此進行實踐的人少之又少,我們感到十分驚訝?!?/span>

  在新的研究中,巴塔查爾吉和她的研究小組得到了休斯敦市公共工程與工程部協助。在該部門的幫助下,萊斯大學的研究人員在休斯敦一家廢水處理廠中修建了12個用于養殖水藻的開放水池,每個水池大約能存水600加侖(2.27立方米)。這些水池直接與污水處理廠用于去除污水中固體的過濾器相連。每個水池中都養殖了不同的藻類。有一些水池中則混合養殖了多種藻類,其中還包括來自休斯敦當地的藻類。一些水池中除了藻類還飼養有以浮游生物為食的魚類。

  論文共同作者萊斯大學生物科學教授埃文·西曼說:“此前的研究已經表明,對開放養殖而言藻種的不同組合可能效果更好。我們認為在其中飼養魚類還可以消除對藻類有害的浮游生物。五個月下來的結果讓人非常振奮鼓舞,因為此前的研究更偏向于沒有魚類的單一養殖,我們的研究找到了一種讓藻類生產實現最佳效益、最優表現的方法?!?/span>

  此外,研究人員還對廢水養藻的適用環境以及能效比進行了評估。結果發現,在休斯敦當地所進行的實驗對廢水中磷的去除效果要比堪薩斯的實驗高出4倍以上。巴塔查爾吉解釋稱,這可能是溫度的原因。休斯敦的測試主要集中在夏季和秋季,溫度比堪薩斯州要高的多。如果溫度是關鍵,那么在美國東南和西南地區種植可能會更加經濟。

  目前,萊斯大學的團隊正在測試不同的變量會對最終結果產生怎樣的影響,并據此對該技術進行優化,以吸引更多的投資者。他們希望未來能夠與更多的城市進行合作,來進一步確定這種藻類的潛力。

 

回復留言

如需購買藻種、光生物反應器定制,配件購買,請聯系我們
排列五带坐标带连线走势