美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種混合水藻能夠以城市污水為原料生產(chǎn)生物燃料
環(huán)境污染和能源短缺是當(dāng)今人類面臨的兩大難題，世界各地的科學(xué)家一直為此在進(jìn)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(xiàng)突破，能將兩者聯(lián)系起來(lái)的少之又少。有沒(méi)有一種方法能夠在消除污染的同時(shí)制造能源？日前美國(guó)萊斯大學(xué)的一項(xiàng)研究讓我們看到了些許曙光。
神奇！吃進(jìn)污水變出油
這項(xiàng)發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《藻類》上的成果基于對(duì)美國(guó)休斯敦市一座污水處理廠為期5個(gè)月的研究。萊斯大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種混合水藻能夠以城市污水為原料生產(chǎn)生物燃料。
這些高價(jià)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(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)保局的數(shù)據(jù)，城市水體中過(guò)量的氮和磷正是“美國(guó)最普遍和最富挑戰(zhàn)性的環(huán)境問(wèn)題之一”。加之目前的廢水處理技術(shù)在去除硝酸鹽和磷的低效益，廢水養(yǎng)藻的意義更是不言而喻。而在完成凈化污水的任務(wù)后，這些藻類還能變成汽車可用的生物燃油，滿足交通運(yùn)輸業(yè)的用油需求。
此外，藻類還有一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)是，與傳統(tǒng)的玉米或糖制成乙醇燃料不同，它不與糧食爭(zhēng)地，不與人口爭(zhēng)糧。根據(jù)美國(guó)能源部（DOE）2010年的《國(guó)家藻類生物燃料技術(shù)路線圖》，與傳統(tǒng)生物質(zhì)能源相比，藻類每公頃能多生產(chǎn)10倍的燃料。真是活脫脫的一個(gè)寶貝。
難怪！被逼無(wú)奈出下策
不過(guò)此前對(duì)待水藻制油，美國(guó)人并沒(méi)有這么樂(lè)觀。
早在5年前，藻類制油就是可再生能源領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)熱門話題，各種探索性的技術(shù)層出不窮。但人們最終發(fā)現(xiàn)，通過(guò)藻類大規(guī)模生產(chǎn)生物燃料是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@需要耗費(fèi)太多的水、能源和肥料。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)院下屬國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）在2012年的一份研究報(bào)告中指出：如果在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，用藻類每年生產(chǎn)390億升的生物燃料——大約占美國(guó)運(yùn)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(chǎn)相當(dāng)于1升汽油的藻類生物燃料；此外，如果要生產(chǎn)390億升的藻類生物燃料，種植者還必須添加600萬(wàn)到1500萬(wàn)噸的氮，以及100萬(wàn)到200萬(wàn)噸的磷。這相當(dāng)于美國(guó)44%到107%的全部氮用量，以及20%到51%的全國(guó)農(nóng)業(yè)磷用量。
被這一巴掌打醒后，美國(guó)的藻類工業(yè)的重心就逐漸轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)藥物、營(yíng)養(yǎng)品和化妝品，這些高價(jià)值、低容量的領(lǐng)域。人們對(duì)其生物燃料的屬性的關(guān)注逐漸降溫。
論文第一作者萊斯大學(xué)科學(xué)家米納克什·巴塔查爾吉，已經(jīng)在這一領(lǐng)域持續(xù)進(jìn)行了28年的研究。她說(shuō)，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，作為高價(jià)值產(chǎn)品，藻類行業(yè)日漸穩(wěn)固，但在生產(chǎn)上仍然嚴(yán)重依賴化肥。展望未來(lái)，如果要生產(chǎn)容量更高的產(chǎn)品就必須首先解決可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。從長(zhǎng)期來(lái)看，藻類行業(yè)對(duì)化肥的過(guò)度依賴對(duì)整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)并不是一件好事情：首先這會(huì)降低行業(yè)整體利潤(rùn)空間；其次，對(duì)化肥日漸增長(zhǎng)的需求，還會(huì)導(dǎo)致藻類行業(yè)與本來(lái)井水不犯河水的糧食產(chǎn)業(yè)形成競(jìng)爭(zhēng)和摩擦。因此，廢水養(yǎng)藻其實(shí)是一個(gè)迫于無(wú)奈的選擇。
原來(lái)！溫度是個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
巴塔查爾吉說(shuō)，類似的想法在論文和書本中被提出已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間了，只不過(guò)還有一些具體的細(xì)節(jié)問(wèn)題沒(méi)有解決，如能否在開(kāi)放的環(huán)境中養(yǎng)殖，使用單一藻類還是混合養(yǎng)殖等。她說(shuō)：“不知出于何種原因，在我們之前對(duì)此進(jìn)行實(shí)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(xié)助。在該部門的幫助下，萊斯大學(xué)的研究人員在休斯敦一家廢水處理廠中修建了12個(gè)用于養(yǎng)殖水藻的開(kāi)放水池，每個(gè)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(guò)濾器相連。每個(gè)水池中都養(yǎng)殖了不同的藻類。有一些水池中則混合養(yǎng)殖了多種藻類，其中還包括來(lái)自休斯敦當(dāng)?shù)氐脑孱悺Ｒ恍┧刂谐嗽孱愡€飼養(yǎng)有以浮游生物為食的魚類。
論文共同作者萊斯大學(xué)生物科學(xué)教授埃文·西曼說(shuō)：“此前的研究已經(jīng)表明，對(duì)開(kāi)放養(yǎng)殖而言藻種的不同組合可能效果更好。我們認(rèn)為在其中飼養(yǎng)魚類還可以消除對(duì)藻類有害的浮游生物。五個(gè)月下來(lái)的結(jié)果讓人非常振奮鼓舞，因?yàn)榇饲暗难芯扛蛴跊](méi)有魚類的單一養(yǎng)殖，我們的研究找到了一種讓藻類生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)最佳效益、最優(yōu)表現(xiàn)的方法?！?/span>
此外，研究人員還對(duì)廢水養(yǎng)藻的適用環(huán)境以及能效比進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在休斯敦當(dāng)?shù)厮M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)對(duì)廢水中磷的去除效果要比堪薩斯的實(shí)驗(yàn)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(cè)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(guān)鍵，那么在美國(guó)東南和西南地區(qū)種植可能會(huì)更加經(jīng)濟(jì)。
目前，萊斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)正在測(cè)試不同的變量會(huì)對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響，并據(jù)此對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以吸引更多的投資者。他們希望未來(lái)能夠與更多的城市進(jìn)行合作，來(lái)進(jìn)一步確定這種藻類的潛力。