藻类生物燃料作为替代能源

藻类生物燃料——指的是将类似植物的光合生物产生的能量进行转化变成生物柴油-自20世纪50年代初就被提出作为一种替代能源。

这一想法在20世纪70年代的能源危机期间得到了发展，实际上最终刺激了美国经济的进一步增长太阳能技术的商业化甚至在20世纪80年代和90年代，在美国能源部水生物种计划(ASP)的支持下。

从1978年到1996年，ASP投入了大约2500万美元用于从微藻中生产石油的研究，测试了数千种不同物种的营养成分、二氧化碳浓度，以及为燃料大规模生产藻类可能带来的任何工程挑战。然而，到了20世纪90年代中期，由于金融障碍和廉价石油的上涨，该计划被终止。

近年来，全球对燃料的需求、环境的担忧和威胁beplay体育官网电脑“石油峰值”重新激起了美国和世界各地对藻类生物燃料的兴趣。

藻类生物燃料的重生和随后的挫折

作为对传统石油生产的负面财务和环境影响的解决方案，藻类生物燃料的开发得到了大公司的大量投资。beplay体育官网电脑

一旦需要大规模保持生产力，这些公司就会遇到相当多的限制，主要是因为提供足够的光线和营养来保持农场健康的费用很高。伴随着油价的再次下跌，大多数公司选择减少损失，停止藻类生物燃料的研究。

今天，美国能源部的能源效率和可再生能源生物能源技术办公室支持生产生物燃料的技术。具体来说,先进的藻类系统该项目进行研究和开发，以降低从藻类生产生物燃料的相关成本。

到目前为止，该项目的太平洋西北国家实验室已经开发出一种在几分钟内将藻类转化为生物原油的工艺，而斯克里普斯海洋研究所的参与研究人员在藻类代谢工程方面取得了突破，以提高用于生物燃料生产的储存能量的脂肪分子的产量。

尽管壳牌(Shell)和雪佛龙(Chevron)等大公司此前曾投资藻类生物燃料的研究和开发，但除了埃克森美孚(ExxonMobil)之外，几乎所有公司近年来都停止了积极的发展。

藻类生物燃料有多高效?

研究测试了不同比例的传统柴油与藻类生物柴油的混合，结果表明，30%生物燃料的混合物比柴油燃料的效率略高。

在2017年发表在《可再生和可持续能源评论》上的一项研究中，尽管使用藻类生物燃料时一氧化碳减少了10%，但发动机废气(氮氧化物)在燃料之间没有显着差异。

藻类生物燃料可以被大多数柴油汽车使用，而不需要对发动机或基础设施进行重大改变——问题在于藻类生物柴油的商业生产能力。

藻类生物燃料的利弊

藻类是一种快速生长、易于培育的可再生资源，除了用作生物燃料外，它们还有多种用途。藻类生物质中的碳氢化合物可用于不同种类的产品，如化肥和工业清洁剂。此外，培养蛋白可用于人类和动物饲料。

也许最重要的是，藻类从大气中吸收二氧化碳。

另一方面，藻类生物燃料方面的研究仍然缺乏，而且由于藻类通常是转基因的，人们对人类暴露于藻类衍生的毒素、过敏原和致癌物有一些担忧。

藻类也需要大量的水，通常需要化肥，而且成本很高。

尽管如此，许多阻碍藻类生物燃料成为主流的障碍正在被顶尖人才和研究人员所解决。例如，慕尼黑工业大学的化学家们目前正在研究用这种方法来培育藻类咸水而不是淡水．同样，来自加州大学河滨分校的研究人员正在研究如何种植藻类用于生物燃料使用太阳能发电．

如何从藻类中提取油脂

毫不奇怪，有许多方法可以去除脂肪或油脂，从壁藻类细胞。但你可能会惊讶地发现，这些方法都不是特别惊天动地的方法。比如，听说过橄榄榨汁机吗?从藻类中提取石油的方法之一与榨油机使用的技术非常相似。这是从藻类中提取油的最简单和最常见的方法，从藻类植物中提取的油约占总可用油的75%。

另一种常用的方法是己烷溶剂法。当与榨油方法相结合时，这一步可以从藻类中产生高达95%的可用油。它采用了两步流程。第一种是利用油压法。然后，并不是就此停止，而是将剩余的藻类与己烷混合，经过过滤和清洗，以去除油中所有化学物质的痕迹。

超临界流体法使用频率较低，可从藻类中提取高达100%的可用油。二氧化碳被加压和加热以改变其组成为液体和气体。然后将其与藻类混合，藻类完全变成油。虽然它可以生产100%的可用石油，但充足的藻类供应，加上所需的额外设备和工作，使它成为最不受欢迎的选择之一。

种植藻类生产生物柴油

以一种特定的方式促进藻类生长以获得最多石油的方法比提取过程更加多样化。不像实际普遍的提取方法，藻类生长生物柴油使用的过程和方法差别很大。有可能确定三种主要的藻类生长方法，生物柴油制造商一直在努力调整这些过程，以定制和完善生长过程。

旷野水池增长

最容易理解的过程之一，开放池生长也是最自然的培养藻类生产生物柴油的方式。顾名思义，藻类以这种方法生长在开放的池塘中，特别是在地球上非常温暖和阳光充足的地方，希望最大限度地提高产量。虽然这是最简单的生产形式，但它有严重的缺点，比如相对较高的污染潜力。要真正以这种方式最大限度地生产藻类，需要控制水温，这可能是非常困难的。这种方法也比其他方法更依赖于天气，这是另一个无法控制的变量。

垂直增长

另一种藻类生长的方法是垂直生长或闭环生产系统。这一过程的产生是因为生物燃料公司试图比池塘生长更快、更有效地生产藻类。垂直生长将藻类放在透明的塑料袋中，塑料袋被堆叠起来，覆盖起来以保护藻类免受外界因素的影响。这些袋子可以从多个方向暴露在阳光下。额外的光照不是小事，因为透明塑料袋可以提供足够的曝光来提高产量。显然，藻类产量越大，提取的油量就越大。另外，与将藻类暴露于污染的开放池塘法不同，垂直生长法将藻类与污染隔离开来。

闭式生物反应器

生物柴油公司使用的第三种提取方法是闭罐生物反应器工厂，这种方法在内部生长藻类，提高已经很高的石油产量。室内植物由大而圆的桶建造，可以在近乎完美的条件下生长藻类。藻类可以在这些桶中被操纵到最大水平生长，甚至达到每日收获的程度。可以理解的是，这种方法会产生非常高的藻类和生物柴油油产量。密闭的生物反应器工厂可以建在能源工厂附近，回收多余的二氧化碳，而不是污染空气．

生物柴油制造商继续改进密闭容器和密闭池工艺，一些制造商还开发了一种称为发酵的变种。这种技术培育的藻类在封闭的容器中“吃”糖以刺激生长。发酵对种植者很有吸引力，因为它提供了对环境的完全控制。beplay体育官网电脑另一个优点是它不依赖于天气或类似的气候条件。然而，这一过程促使研究人员思考可持续的方法，以获得足够的糖，最大限度地提高藻类产量。