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藻类生质燃料

2018-07-29 15:43:11

锥形瓶中的“绿色”喷射机燃油是藻类制成的。

藻类生物质燃料'(Algal biofuel)是以藻(Algae)作原料制成可以替代石化燃料的生物质燃料。多国政府及私人公司已经投入资金研究减少其成本以使其能作商业应用。藻类燃料在燃烧时与石化燃料一样会产生二氧化碳,但藻类在生长期间已在自然界吸收了二氧化碳,所以能达至减排二氧化碳的效果。

目录

  • 1 优点及缺点
  • 2 燃料用途
    • 2.1 生物质柴油
    • 2.2 生物质丁醇
    • 2.3 航空燃料
  • 3 藻类养殖
    • 3.1 光生物反应器
    • 3.2 闭环系统
    • 3.3 开放池塘
  • 4 各国的藻类生质燃料
    • 4.1 欧盟
    • 4.2 美国
    • 4.3 其他国家
  • 5 参考文献
  • 6 参见

优点及缺点

藻类生物质燃料本身固然能达至减排二氧化碳的效果,而且能被生物降解,对环境影响相当少。就算相比其他生物质燃料,藻类生质燃料也有不少好处。藻类的生产不会占用适合耕作的地方,所需水资源非常少,[1][2]所用的水可以是海水又或废水。生产所需的土地面积相当少,美国能源部估计,如果以藻类生质燃料替代石化燃料,只需要39,000km2的土地作生产用就能足够全美国使用,只占全美国0.42%面积,[3]又或小于全美国1/7面积的玉米农地。[4]而且藻类生物质燃料的用途相当广泛,可以取代相当多的石化燃料的用途。

但藻类生物质燃料的成本相当高,约是其他生质燃料的10-1000倍。

燃料用途

藻类的脂类及油性部分在提取后可以经过转化程序变成生质柴油,而余下的碳水化合物成分可经发酵过程制成乙醇和生物丁醇。[5]

生物质柴油

美国能源部在1978年-1996年曾经进行一个名为水生物种计划英语Aquatic Species Program与微生藻类相关的研究,结论是生物质柴油是目前唯一的方法能够产生足够的燃料以取代柴油满足全球的需求。[6]而相对其他生物质生质燃的方法,藻类生质燃料是较为可行的方法。因为藻类浮在营养剂生长,无需生长出结构性的组织(如纤维)以作支撑用,又吸收营养较快生长速度非常高,而且能被转化成燃料的质量比例也高不少(藻类达60%,而大豆只有2-3%),[7]藻类的产量可达每年每km24M7 m3,(乌桕也只得650 m3)。而微藻类能被大量高速生产,其生成的油份可转化成为生物质柴油给汽车用。

生物质丁醇

以太阳能作能源的生物炼制能生产藻类或硅藻类,从而可转化出丁醇。这种燃料的能量度只比汽油低10%,大于乙醇或甲醇。大部分的汽油内燃机都可以在没有修改的情况下直接以丁醇作燃料。若与汽油混合一起使用,可得到比变性乙醇或E85英语E85乙醇汽油(乙醇85%与15%汽油混合)更好的性能及耐腐蚀性。

航空燃料

由于航空业用的燃料,航空燃料的价格上升,迫使业界对以藻类生质燃料作航空用燃料作研究,例如IATA国际航空运输协会支持研究、发展及推广使用藻类生质燃油,[8]期望在2017年其会员中藻类生质燃料能占10%用量。 荷兰航空、新西兰航空[9]、汉莎及维珍航空[10]四间航空公司已在试验性使用。

美国的国防高等研究计划署(DARPA)在2010年宣布美军快将大量采用由藻类转化而成的航空燃料,成本为每加仑小于3美元。期望在2013年产量能达至每年5千万加仑,进而使得成本能降至石化燃料的水平。生产计划由SAIC及General Atomics两家公司执行。[11]

藻类养殖

藻类在每单位面积相比较于传统的作物,如油菜、棕榈、大豆和麻风树等,可以产生高达300倍以上的油。由于藻类平均收获周期为1到10天,它们的养殖允许在很短的时间框架内,和每年作物相关的收成(Chisti 2007)相比,这是不同的策略考量。

藻类可以生长在不适合于其他作物的陆地上,例如,干燥的土地,土地过度盐渍土,遭受干旱的土地。这最大限度地减少占用种植粮食作物的土地问题(Schenk et al. 2008),藻类比粮食作物可以生长快20至30倍。[12]

光生物反应器

大部分的公司追求藻类生质燃料,都是采用把含有营养丰富的水泵入通过塑料或玻璃试管(称为“生物反应器”),暴露在阳光下(所谓的光生物反应器英语Photobioreactors或PBR)

闭环系统

开放池塘

各国的藻类生质燃料

欧盟

美国

其他国家

参考文献

  1. ^ Yang, Jia; Ming Xu, Xuezhi Zhang, Qiang Hu, Milton Sommerfeld, YongShen Chen. Life-cycle analysis on biodiesel production from microalgae: Water footprint and nutrients balance (PDF). Bioresources Technology. 2010, 10: 1016. (原始内容 (PDF)存档于2012-02-27). 
  2. ^ Cornell, Clayton B. First Algae Biodiesel Plant Goes Online: 1 April 2008. Gas 2.0. 29 March 2008 [10 June 2008]. 
  3. ^ Hartman, Eviana. A Promising Oil Alternative: Algae Energy. The Washington Post. 6 January 2008 [10 June 2008]. 
  4. ^ Dyer, Gwynne. A replacement for oil. The Chatham Daily News. 17 June 2008 [18 June 2008]. 
  5. ^ Biofuels from industrial/domestic wastewater. [11 June 2008]. 
  6. ^ Biodiesel Production from Algae (PDF). Department of Energy Aquatic Species Program, National Renewable Energy Laboratory. [29 August 2006]. (原始内容 (PDF)存档于26 九月 2006). 
  7. ^ Tornabene, et al (1983), Lipid composition of nitrogen starved, green Neochloris oleoabundans
  8. ^ Alternative Fuels. 
  9. ^ Black, Richard. Biofuel trial flight set for 747. BBC News. 28 September 2007 [28 September 2007]. (原始内容存档于29 十月 2007). 
  10. ^ First biofuel flight touches down. BBC News. 24 February 2008 [24 February 2008]. (原始内容存档于29 二月 2008). 
  11. ^ Suzanne Goldenberg. Algae to solve the Pentagon's jet fuel problem. The Guardian (London). 13 February 2010. 
  12. ^ McDill, Stuart. Can algae save the world – again?. Reuters. 10 February 2009 [10 February 2009]. 

参见

  • 生物柴油
  • 海水温差发电
  • 藻类学
  • 浮游植物
  • 碳中和
  • Acetone-butanol-ethanol fermentation
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