研究人員設計出一款包含全球4388個地區(qū)的微藻模型，并在此基礎上計算出全球微藻和生物燃料的潛在產量。研究人員稱，微藻每年每英畝（4047平方米）能產出2500加侖（9450升）生物燃料，相比之下，大豆和玉米只能產出48加侖和18加侖。

由于微藻可以在非農地中進行產出，因此不用占據(jù)農田。研究人員預測，中國、加拿大、巴西和美國不能耕種的土地上轉換出來的生物燃料能滿足該國超過30%的能源需求。

? ? 目前，藻類在被剝奪氮元素的不利條件下，仍能儲存大量被稱為三?；视停═AG）的油，而準確了解它們這一機制，對生物技術非常關鍵，因為TAG可以轉化為生物柴油。為此，科學家們正在研究，將單細胞紅藻作為模型生物，探索如何改善TAG的生產。

? ? 東京工業(yè)大學創(chuàng)新研究所化學與生命科學實驗室的東村今介領導的一項研究表明，一種名為GPAT1的酶，在紅藻的TAG積累中起著至關重要的作用，且不需要誘導即可正常生長。該團隊還證明，與對照菌株相比，過量表達的GPAT1的紅藻菌株GAT產量可提高56倍以上，且對藻類生長沒有任何負面影響。

? ? 這一發(fā)表在《科學報告》上的研究結果，與此前對GPAT2的研究共同表明，GPAT與紅藻中的TAG積累密切相關。該團隊計劃繼續(xù)探索GPAT1和GPAT2如何參與TAG積累，下一步的重點是鑒定出能控制各個目標基因表達的轉錄因子。

? ? 研究人員認為，如果能夠識別這些調節(jié)因子并改變其功能，TAG的生產力將會進一步提高，因為轉錄因子會影響包括GPAT1相關基因在內的多種基因表達。基于TAG合成基本分子機制的方法，應能成功應用于紅藻的生物燃料生產商業(yè)化。

? ?轉自：科技日報

確實，這不是什么普通的石油。它屬于一類神奇的“負碳”燃料，能把碳從大氣中抽出并一勞永逸地封鎖起來。其中倒也沒什么深奧的原理——你栽種某種植物（在這里是藻類），待它們從空氣中吸收一定的CO2，將它們的油份榨出，就能得到碳含量豐富的殘渣。它們正是“負碳燃料”的關鍵。如果將這殘渣中的碳貯存起來，暫時阻止它們分解到空氣中，空氣中CO2的減少量就會超過這些生物燃料的排放量。

這可不是什么賬面花招——這大概是短期內最實用的氣候改善方案了。雖然它還處于萌芽階段，可像通用電氣，英國石油公司和谷歌這樣的公司都紛紛為此掏腰包了。

每當你開車或者搭飛機到某個陽光明媚的地方去，大氣層里的碳就多了一點點，地球也就又暖了一點點。生物燃料是緩解這一問題的方法，因為植物在生長時從大氣中吸取CO2，從而不會增加碳足跡。今天，最廣泛使用的生物燃料是由玉米制得的乙醇。

理論上，這樣的燃料應該能夠實現(xiàn)“碳平衡”，也就是說，從大氣中每吸收100個碳原子，燃燒時這100個碳原子正好返回大氣。不幸的是，這沒那么簡單。農民翻土、施肥和收獲時（更別提運行乙醇工廠燃燒的天然氣和煤了），需要大量的化石燃料支撐，這使得碳平衡成為天方夜譚。

你可能會說，“so easy”，只要在生物燃料生產過程中捕捉排放的碳就行了。例如生產乙醇的同時，也能得到純CO2這個副產品。為此，今年早些時候，農業(yè)巨頭阿徹·丹尼爾斯·米德蘭公司（ADM）開始在伊利諾伊州的迪凱特建造全美首個大型碳捕捉及儲存項目。它將公司乙醇工廠中的CO2抽吸，壓縮并就近存入地下。計劃每年可以儲存超過一百萬噸CO2（見圖表）。

然而靠ADM的乙醇不能實現(xiàn)真正的碳平衡：生產乙醇的能耗令碳排放量只比化石燃料減少了兩三成。

或許可以用可再生能源替代所有乙醇工廠消耗的化石燃料。但這不能解決糧食作物生產生物燃料的另一大難題：它們與食物競爭土地。2010年，玉米釀成的乙醇占美國運輸燃料的8%，用掉的玉米卻占了全國總量快40%。如果乙醇替代了所有的化石燃料，它要么會把食品價格推得突破天際，要么逼著農民找新的土地——最可能是兩者同時。為了削減大氣中的溫室氣體，我們需要想些辦法。“問題是我們能找到的這些辦法里，有多少不會讓這些生物和土地提供的其它服務打折扣？”約翰內斯·萊曼，康奈爾大學伊薩卡分校（紐約）的土壤學家如是說。

這正是為什么藻類這么前途無量，尤其是單細胞、藍綠色的變體，也就是我們所說的藍藻。它們遠比地上的作物長得快，可以達到大豆20倍。它們產石油的能力也能通過基因工程輕易提高。最厲害的是，他們能在海水或者不能耕種的堿地上的微咸水中生長，不會妨礙食物生產或者破壞森林(Science, vol 314, p 1598)。

這些特點對“生物燃料系統(tǒng)”（BFS）公司尤其有吸引力，這家西班牙阿利坎特的小公司做的生意是將藍藻細菌變成“藍色石油”。公司在位于西班牙沿海沙漠上的水泥廠旁搭建了試點工廠，后者排放藻類生長所需的CO2。

藍色石油

BFS主席伯納德·埃斯托洛耶佐用數(shù)據(jù)揭示了生產過程如何降低碳排量，結果發(fā)表在《新科學家》雜志上。為獲得一桶石油，這些藻從水泥作坊的煙囪中吸收超過兩噸的CO2。然而，這里不是所有的CO2都能永別大氣層。培育藻類需要定期混合，這需要能量，而提供肥料和制造石油的過程（已獲得專利）需要高溫高壓，自然也需要能量。這些過程需要的所有化石燃料總共排放700千克CO2。燃料自己被使用（比如在汽車引擎里）又會再放出450千克。剩余的碳——大約相當于900千克CO2——呆在剩余物中，那是一種無機碳污泥，可以被填埋或者混入水泥中。“它們永遠不會回到大氣中?！?埃斯托洛耶佐說。

BFS的試點工廠每天每公頃藻大約生產2.5桶原油。埃斯托洛耶佐稱，照這個速度，BFS這樣的系統(tǒng)能替代現(xiàn)在全球的原油模式，只需占用利比亞沙漠四分之一大的一塊地方就行。三千五百萬公頃當然是很大一塊地方，但如果能產出相當于我們每天使用的九千萬桶石油的話，也不算太過分。這也是大約全球田地總面積的1%，工廠分散到世界各地的話，就能很快實現(xiàn)了。

不過，這項目還須三思而后行。盡管石油還沒上市，但開銷已經成為了巨大的絆腳石：BFS的設備決不便宜。光是孕育藻類的聚碳酸酯管道每公頃要花費一百萬美元還多，而攪拌藻類需要大量電力。2010年國際能源總署的報告顯示，藻類生物燃料的成本至少5美元每公升。

為了保證公司經濟運作，BFS以補品形式售出高價值的藻類副產品，如ω-3脂肪酸。生物燃料還是新生事物的時候，這可能還管用，一旦市場上產品泛濫，營養(yǎng)補充劑的需求也將下降。歸根結底，這也是治標不治本。

盡管是這樣的形勢，其它公司也不愿坐視。舊金山附近的“藻類系統(tǒng)”（Algae System）公司通過在海洋中種植藻類來縮減成本。它們在靠近海岸的25米塑料袋里培育藻類。袋子保證藻類浮于海水表面，那里光線最強，且自然的波浪能完成混合攪拌藻類的任務。公司還計劃充入富氮廢水來促進藻類繁殖。

在阿拉巴馬海岸線的莫比爾灣，“藻類系統(tǒng)”公司正籌建一個幾公頃的試點工廠，預計明年年初投入生產。如果所有部分都像在實驗室里那樣正常運轉，應該能得到負碳的燃料，公司主席馬修·阿特伍德表示。三四年內化石燃料的價格將因此下降，他補充道。

然而，藻類生物燃料還要解決肥料的難題。藻類吸收營養(yǎng)有如饕餮。而氮、磷這些營養(yǎng)物質價格著實不菲。如果是藻類系統(tǒng)那樣小規(guī)模的公司，城市及農耕用地的廢水就足夠了，但隨著規(guī)模擴大，這些就不再能滿足需求了?！爸豢咳祟惿町a生的養(yǎng)分輸入還不夠，”斯蒂芬·烏納什，“加州生命周期聯(lián)合咨詢公司”的能量分析師和工程師這樣說，“你的汽車消耗的遠比你在廁所中排泄的要多?！钡拇_，據(jù)桑迪亞國家實驗室（新墨西哥州）的藻類生物燃料專家，羅納德·佩特的說法，即使只靠藻類生產十分之一的美國液體燃料，就會耗盡整個國家的氮磷供給(Applied Energy, vol 88, p 3377)。

通過提取、再利用藻渣中的氮和磷，研究者有一天可能會解決營養(yǎng)供應的難題，但是擴大規(guī)模后最為棘手的問題是，如何得到所需要的全部CO2。據(jù)佩特的計算，即使藻類養(yǎng)殖者能染指全美所有煙囪，每年也只夠生產大概750億升藻類生物燃料，還不足目前全球運輸用燃料需求的一成。此外，事實上依賴這些工業(yè)煙囪生產生物燃料，僅僅是在二次利用化石燃料產能。“這只是延緩排放，” 位于比利時布魯塞爾的“歐洲戰(zhàn)神”環(huán)境基金的主管喬納斯·黑塞斯說。

迄今為止，這個問題尚無周全的解決方案。一些公司正在研發(fā)濃縮提取空氣中CO2的科技。位于紐約的“地球恒溫器”公司，已經研發(fā)出用化學品和低溫廢熱（大約90℃）捕獲氣流中的CO2的流程工藝并獲得了專利。據(jù)聯(lián)合創(chuàng)始者格拉謝拉·齊齊爾尼斯基透露，它的一個試點工廠已經在舊金山附近運營了一年多，并且第二個也正在籌建。她說，公司已經與藻類系統(tǒng)公司簽署了技術支持協(xié)議，與其它藻類生物能源公司的合作也在商談中。

生物燃料經營

若能解決這些難題，藻類將成為最有前景的負碳生物燃料。在那之前，一種不那么富有魅力的降低碳排放方法正方興未艾。

生物燃料最廉價的原料是有機廢料，如玉米收獲后留下的玉米芯和秸稈，巨芒草等多年生草本植物，死樹等。這些原材料已經用來制造乙醇，但其效率由于分解困難而受到限制。在加利福尼亞州的卡馬里奧，洛杉磯北部的“冰爽星球能源系統(tǒng)”公司已經找到了更好的處理它們的方法。它開發(fā)了一種稱為“熱解”的改進工藝，即用高溫、高壓和催化劑把生物直接轉化為汽油、柴油和噴氣機油中的烴類。這意味著這家公司的燃料可以直接混入常規(guī)汽油，以此減少化石燃料的用量，換言之，它降低了汽油的碳強度（碳強度：提供一定能量排放的CO2總量）。

今年早些時候，谷歌作為投資方之一，在加州山景城總部用GRide汽車路測了5%“冰爽星球”燃料+95%汽油的混合物。副主席邁克·洛克表示，混合物降低了汽油10%的碳濃度，達到了加利福尼亞2020年的低碳燃料標準，整整提前了8年。

更值得一提的是，碳得到了封存。伴隨著燃料，“冰爽星球”公司的熱解過程還產出大量生物炭，一種富含碳的形似木炭的化合物。與ADM公司將碳殘渣深埋或者將其摻入水泥不同，碳在“冰爽星球”公司中得以歸還土壤。

這樣的碳有幾個優(yōu)點：它不依靠合適的地質構造，也容易運輸。最大的優(yōu)勢在于，生物炭使土壤更肥沃，提高了糧食產量，因為它的大表面積幫助持水和固定養(yǎng)分。“這就像分子海綿?！甭蹇苏f。萊曼是一名生物炭專家，他表示，這個東西能在土壤中持續(xù)存在數(shù)百年，符合聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會對碳封存的定義。

這還不是唯一令生物燃料負碳的手法。“冰爽星球”并沒有將化石燃料浪費在向中心工廠運輸物料上，相反，它將建造400個模塊單元，每個每年都有能力生產4千萬至2億升汽油。這些單元會利用一切在方圓50公里內可得到的生物物料?！澳睦镉形锪?，哪里就有我們?！甭蹇苏f，“就像星巴克一樣?！?/p>

“冰爽星球”的工藝流程只將半數(shù)的碳歸還回大氣層，將另一半以生物炭的形式儲存起來，使燃料變成，按洛克的說法，“百分百負碳”。不過，為了打入市場，公司計劃先實現(xiàn)60%負碳的版本，只儲存植物中大概三分之一的碳。在這個合適的時機下，洛克認為公司應該能夠以大約40美分每公升的價格賣出其燃料。

時至今日，研究設施只生產了幾千公升燃料。但是，在洛杉磯附近，由谷歌、BP、GE等投資方資助的一個試點工廠會在這個月（本文發(fā)表于2012年9月）開始運作，每年會有約一百萬升產量。未來20年內，他們打算據(jù)此建造2000個模塊，足以滿足大約全球現(xiàn)在液體燃料需求的10%。

“冰爽星球”帶來的變革令人歡欣鼓舞。2007年，根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的報告，為了使世界免于氣候變化的災難，碳排放應當在2015年前開始減少，并且到2050年需減少85%。如今我們卻毫無起色。

既然我們似乎不能阻止CO2進入大氣，那就只有兩種方法避免麻煩。我們可以著手進行地質大工程，設計冷卻整個星球的方案，與此同時，承擔造成意外的巨大風險?；蛘?，我們也可以試著將CO2從大氣中收回，一步一個腳印地付出努力?！凹幢阖撎忌锶剂铣闪恕?zhí)住?，它們至少也曾為碳排放量縮減做了點什么”萊曼說，“這屬于一項‘無悔策略’?！?/p>

出處:科學松鼠會

來自特拉華大學的凱瑟琳·柯尼和她的藻類。（自ENS環(huán)境新聞網）

美國特拉華大學的科學家日前證實，海洋藻類赤潮異彎藻可用于制造機動車燃料生物乙醇。該藻類能存活并生長于飽含一氧化氮的煙氣環(huán)境中，但在自然環(huán)境中也可形成有毒的過度藻類繁殖。

特拉華大學地球、海洋和環(huán)境學院海洋生物科學副教授凱瑟琳·柯尼（Kathryn Coyne）和她的研究團隊發(fā)現(xiàn)，藻類在煙氣環(huán)境中比在空氣中能產生更多的碳水化合物。她表示，赤潮異彎藻可以存活于一氧化氮的煙氣環(huán)境中，且生長速度能提高一倍，細胞大小也會超過普通環(huán)境中的正常值。事實上，藻類細胞在二氧化碳和一氧化氮的氣體混合物中可以迅速生長。

赤潮異彎藻遍布全球，它的生長不僅可以產生大量的碳水化合物，而且能進一步轉化成生物乙醇。柯尼說，這種藻類具有特殊的功能，能消除對環(huán)境和人類健康構成威脅的有害氣體——一氧化氮。

據(jù)美國有毒物質研究資料顯示，一氧化氮為一種在室溫下不可燃但屬于最具毒性的氮氧化物。汽車尾氣排放、煤炭、石油、天然氣燃料燃燒以及電弧焊接、電鍍、電雕刻甚至炸藥爆破等過程，都會向空氣中釋放氮氧化物?？諝庵械蜐舛鹊牡趸飼碳ぱ劬?、鼻子、喉嚨和肺部，而吸入高濃度的氮氧化物將有致命危害。

赤潮異彎藻這種在一氧化碳中成長并轉化一氧化碳的特性給柯尼的研究團隊帶來了巨大的動力，使他們進一步研究其是否可在電廠煙氣中依靠二氧化碳生長而不被高濃度一氧化氮所殺。

經過一年的努力，柯尼團隊發(fā)現(xiàn)，赤潮異彎藻不僅可以忍受在煙氣環(huán)境下生存，反而生長得更加茁壯，這些藻類在煙氣中生長除一氧化氮以外不再需要其他氮源，因此可節(jié)約不少培養(yǎng)成本?？履嵴f“僅憑這一點，便可以節(jié)省高達45％的制造生物燃料所需的能量開銷?！?/p>

受特拉華海格蘭特資助的大學計劃，研究人員還將進一步探討如何加強赤潮異彎藻的生長。目前，他們正在積極探索與企業(yè)合作的機會，縮短海藻成長期，盡早實現(xiàn)用赤潮異彎藻生產生物燃料。

柯尼說，企業(yè)自身的技術發(fā)展將會支持美國國家重點的碳污染減排工作，這樣不僅可以生產生物燃料，還能利用藻類修復功能來降低工業(yè)廢氣的污染，進而改善氣候。

英國研究人員正研發(fā)人工光和作用技術，將太陽能轉變成為氫燃料。

。東英吉利大學的生物物理化學家朱樂爾?巴特（Julea Butt）說：“化石燃料的儲量正在減少，燃油價格正不斷上漲，所以我們擴大可再生能源的供應至關重要。我們從自然植物得到靈感，在植物的光合作用過程 中，陽光中的能量能夠自然地轉化為燃料?！?/p>

巴特表示，在進行人工光合作用時，將為微生物配備微型太陽能電池板。他解釋稱：“這將高效利用陽光，并且促使氫氣的產生，如果此項技術能夠成功，將能夠被用于創(chuàng)造其它燃料或者藥物?！?/p>

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