培養(yǎng)藻類制造生物燃料未來(lái)可期

據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》最近報(bào)道，今年4月，總部位于日本川崎市的千歲實(shí)驗(yàn)室公司在馬來(lái)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(biāo)是在用培養(yǎng)藻類制造生物燃料時(shí)，將其成本控制在能與化石燃料競(jìng)爭(zhēng)的水平。

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千歲實(shí)驗(yàn)室公司并非唯一對(duì)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(lái)自德國(guó)等國(guó)家的企業(yè)，他們都希望培養(yǎng)藻類來(lái)制造燃料，實(shí)現(xiàn)凈零排放。當(dāng)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。

生物燃料收到關(guān)注

近年來(lái)，生物燃料受到極大關(guān)注，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)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(lái)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(bào)道，千歲實(shí)驗(yàn)室公司設(shè)立的藻類培養(yǎng)設(shè)施位于馬來(lái)西亞沙撈越州首府附近的火力發(fā)電站內(nèi)。研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)烈陽(yáng)光會(huì)刺激藻類活動(dòng)。

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(jìn)行代謝，在此過(guò)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(duì)其進(jìn)行精煉，獲得的生物燃料可用于飛機(jī)和汽車。

據(jù)悉，用于培養(yǎng)藻類的二氧化碳來(lái)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(jì)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(duì)藻類寄予厚望

千歲實(shí)驗(yàn)室公司主導(dǎo)的項(xiàng)目名為MATSURI，三井化學(xué)、ENEOS和資生堂等企業(yè)參與了該項(xiàng)目。

此外，德國(guó)費(fèi)斯托有限公司也推出了“仿生細(xì)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(guò)“光仿生細(xì)胞”項(xiàng)目，費(fèi)斯托在2022年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展示了其首款用于藻類自動(dòng)化培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。

費(fèi)斯托公司展示的仿生細(xì)胞工廠（圖片來(lái)源：費(fèi)斯托公司官網(wǎng)）

在2023年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)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(xì)胞工廠。仿生細(xì)胞工廠包括了一個(gè)整體的生物過(guò)程：從持續(xù)監(jiān)測(cè)和分析優(yōu)化藻類培養(yǎng)到收獲、再到各種成分的進(jìn)一步加工和精煉。獲得的產(chǎn)品可用于化學(xué)、食品或制藥行業(yè)。與化學(xué)過(guò)程相反，整個(gè)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(dòng)管理溫度，提供磷和氮等營(yíng)養(yǎng)成分。它還會(huì)記錄藻類的大小和數(shù)量，掌握生長(zhǎng)情況，后期使用生物酶對(duì)脂質(zhì)進(jìn)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(duì)較高。

首先，藻類的培養(yǎng)需要仔細(xì)控制環(huán)境條件，例如光線、溫度和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這可能極具技術(shù)挑戰(zhàn)且會(huì)消耗大量能源?！度毡窘?jīng)濟(jì)新聞》網(wǎng)站在報(bào)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(shí)驗(yàn)室公司使用的是價(jià)格低廉的聚乙烯袋，可輕松開(kāi)展大規(guī)模生產(chǎn)。該公司的目標(biāo)是，自2027年開(kāi)始動(dòng)工建設(shè)規(guī)模達(dá)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(kuò)大，將來(lái)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)。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(biāo)。

此外，讓藻類干燥，將脂質(zhì)分離出來(lái)，也需要耗費(fèi)很多時(shí)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(xué)等開(kāi)發(fā)出了能將脂質(zhì)排出體外的藻類，由此可省去耗費(fèi)大量能源的干燥和脂質(zhì)分離工序。這種方法不僅更加簡(jiǎn)單，藻類也可繼續(xù)生長(zhǎng)。

技術(shù)革新不可或缺

業(yè)界一致認(rèn)為，為進(jìn)一步降低成本，有必要進(jìn)行技術(shù)革新。

研究人員一直在改進(jìn)藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，例如開(kāi)放式池塘、封閉式光生物反應(yīng)器等，以優(yōu)化藻類生長(zhǎng)條件并提高生產(chǎn)力。先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，包括自動(dòng)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(zhǎng)參數(shù)。

研究人員也一直在開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的收獲和提取方法，例如絮凝、離心和無(wú)溶劑方法，以提高脂質(zhì)回收效率，同時(shí)降低能耗和生產(chǎn)成本。此外，利用沙漠等農(nóng)作物無(wú)法生長(zhǎng)的地方來(lái)培養(yǎng)藻類也令人期待。

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