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培養(yǎng)藻類制造生物燃料未來可期
在2023年漢諾威工業(yè)博覽會上，費斯托公司展示了“仿生細胞工廠”。
圖片來源：費斯托公司官網(wǎng)
據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》最近報道，今年(2023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(shè)立了全球規(guī)模最大的藻類培養(yǎng)設(shè)施，旨在利用二氧化碳生產(chǎn)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。
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(xiàn)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(shù)革新等難題。
生物燃料受到關(guān)注
近年來，生物燃料受到極大關(guān)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(chǎn)仍然面臨碳供應(yīng)、水供應(yīng)和土地需求等挑戰(zhàn)。
據(jù)報道，千歲實驗室公司設(shè)立的藻類培養(yǎng)設(shè)施位于馬來西亞沙撈越州首府附近的火力發(fā)電站內(nèi)。研究團隊在約4.6公頃的區(qū)域內(nèi)，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(zhì)。研究人員可從類脂質(zhì)中提取脂肪酸（生產(chǎn)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(jù)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(zhì)和蛋白質(zhì)。按干燥重量計算，每年可產(chǎn)出350噸藻類，最多可生產(chǎn)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(dǎo)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還推出了“仿生細胞工廠”，這是一種在鮮少接觸外界空氣的透明管內(nèi)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(yīng)器。
在2023年的漢諾威工業(yè)博覽會上，該公司展示了生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)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(chǎn)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(jù)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(shù)量，掌握生長情況，后期使用生物酶對脂質(zhì)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(tǒng)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(zhì)，這可能極具技術(shù)挑戰(zhàn)且會消耗大量能源。《日本經(jīng)濟新聞》網(wǎng)站在報道中指出，傳統(tǒng)做法是在戶外大型水池內(nèi)培養(yǎng)藻類，但這種方法容易混入雜菌，而且建設(shè)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(chǎn)。該公司的目標是，自2027年開始動工建設(shè)規(guī)模達2000公頃的培養(yǎng)設(shè)施，約是現(xiàn)有規(guī)模的400倍。公司表示，隨著生產(chǎn)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(xiàn)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(nèi)的其他燃料競爭。據(jù)悉，日本政府提出了2030年將生產(chǎn)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(zhì)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(shè)公司和埼玉大學等開發(fā)出了能將脂質(zhì)排出體外的藻類，由此可省去耗費大量能源的干燥和脂質(zhì)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(shù)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(shù)革新。
研究人員一直在改進藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，例如開放式池塘、封閉式光生物反應(yīng)器等，以優(yōu)化藻類生長條件并提高生產(chǎn)力。先進的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，包括自動化和人工智能，也已被集成到藻類培養(yǎng)系統(tǒng)中，以優(yōu)化養(yǎng)分吸收、光照和其他生長參數(shù)。
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(zhì)回收效率，同時降低能耗和生產(chǎn)成本。此外，利用沙漠等農(nóng)作物無法生長的地方來培養(yǎng)藻類也令人期待。（劉 霞）
來源：科技日報
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