最强的生物燃料-“藻类”

最强的生物燃料——“藻类”作为不依靠于化石资源的燃料，生物燃料渐渐得到普遍认可。但在应用上，使用高等植物的现有手段还存在极限。其缘由在于单位面积的收获量较小，并且还会铺张贵重的水资源。作为解决之策，业界开头开发使用藻类的生物燃料。这样的话，不仅单位面积的收获量可到达现有手段的3～40倍，而且根本上不用水。不过，要想有用化，今后还必需要降低本钱，不断摸索与吸取2相结合的方法。202335日就生物燃料提出方针，表示“LCA〔生命周期评估〕计算，假设2减排量达不到％以上的话，就不能获得碳中和n〕。这是一项格外严格的规定，目前只有利用巴西现有农田种植的玉米、日本国内的甜菜以及建筑废料制成的燃料能够获得碳中和认证。对于目前仅靠经济合理性尚无法成立、依靠于扶持及补助的生物燃料来说，能否获得碳中和认证，将关系到其盈利与否。这样一来，通过开拓森林来栽培燃料用植物的业务模式就变得不再可行。荷兰壳牌〔Shell〕、美国埃克森美孚〔ExxonMobil〕等石头巨头，以及美国陶氏化学〔DowChemical〕6亿美元的巨资，其力度之大可见一斑。美国拥有大约200家生物风险公司，大量风险投资纷纷涌向通过养殖藻类来制备燃料的领域。在日本的汽车关联厂商中走在前列的是日本电装。该公司已开头在根底争论室内进展藻类培育〔1〕。培育了两种目前最受关注的微细绿藻〔Pseudochoricystis〕*及葡萄藻(Botryococcus)*。在微细绿藻方面与庆应义塾大学、中心大学及京都大学合作，而在葡萄藻方面则与筑波大学合作，根本囊括了日本国内的主要参与者。*Pseudochoricystisellipsoidea。是一种绿色的单细胞植物。*Botryococcusbrauniibraunii之外，还有两种。各种藻类大量排列在一起培育。微细绿藻是日本海洋生物技术争论所的藏野宪秀等从温泉中觉察的，电装挖来藏野并以其为争论骨干开头争论。在该争论所关闭后，电装获得了该争论所转让的微细绿藻使用权。可制造大量燃料藻类的优势在于单位占地面积的收获量较大。目前开发的藻类，其目标值为每公顷土地每684GJ的燃料〔2〕。2位面积收获量为生物柴油燃料，为生物乙醇。藻类虽然远远高于高等植假设用高等植物来制造生物柴油燃料〔BDF〕的话，大豆为17GJ，油菜籽为46GJ，油棕230GJ3～4064GJ，141GJ5～10倍。“收获”4800GJ。因此有争论认为，“假设是铺设太阳能电池，而不是制造生物燃料的话，或许可以驱动EV〔电动汽车〕”。但问题是太阳能电池的初期投资很大，而且车载充电电池的价格目前也较高，在经济上并不划算，因此从发动机车型仍将长期处于主流地位来看，最好还是进展综合推断。虽说如此，假设在收获量的数字上处于确定下风的话，“进展综合推断”的建议自然也无法站住脚。生物燃料要想与太阳能电池竞争，只有凭借藻类而非高等植物，才有取胜的期望。通过澡类能够猎取大量能源的缘由在于其生物效率较高。微细绿藻的细胞大小为5μm，是一种小型、单细胞、无干无枝无根的藻类〔图3〕。而葡萄藻是一种以群簇〔同类细胞聚拢而成的群〕30～500μm的藻类。这两种藻类均浮游于水中，无需生成用于支撑自已的构造物，因此不消耗能源。通过光合作用生长生殖，生存方式格外简洁。3：镜照片该藻类是物。脂呈黄色。藻类不仅节约土地，还不会铺张水资源。在农业用水原本就面临枯竭的当今时代，假设生物燃料的产量不断增加，就会危及到水资源的供给。高等植物将气孔蒸腾作为抽水泵来为各细“负压”，通过根来吸取水分。而作为水生单细胞植物的藻类则是通过集中由细胞膜吸入水分，因此只要水量能够完成光合作用即可。无需后处理即可直接用作燃料另外，通过藻类获得的燃料，其质量还有望超过由高等植物获得的燃料。通过高等植物制造出的燃料为淀粉、油脂及纤维素等多种物质。但是，除了油脂之外，其他物质都不能直接形成燃料，需要进展发酵等处理制成乙醇，工序颇为简单〔图4〕。这一过程不仅会使获得的能源有所削减，而且还要投入设备本钱。4：制造生物燃料序。而藻类可直接生成油脂。准确的说，在能够生成油脂的藻类中，可供选择的就是微细绿藻在微细绿藻和葡萄藻中，构成油脂的分子不含氧元素〔O〕或含量极少。高等植物形成的油脂准确地说并不是油脂，而是统称为生物柴油燃料的物质，在碳元素〔C〕排列中含有氧元素。这些氧元素可在长期内引起发动机受损，以及在固化温度高的有用区域消灭凝固等问题。这就是现在轻油只能按几个百分点混合生物柴油燃料的缘由。目前被看好的微细绿藻和葡萄藻各具特点。微细绿藻可生成相当于轻油的油脂，而葡萄藻可生成相当于重油的油脂。要说缺点的话，只是微细绿藻的外壳坚硬，油脂难以提取，而葡萄藻则需要花时间进展培育。微细绿藻具有在氮元素〔N〕缺乏的环境中会大量形成油脂的特点。可形成约为枯燥重量30“作为一种防卫反响”〔庆应义塾大学尖端生命科学争论所争论员伊藤卓朗〕。由于生成油脂时微细绿藻的生长、生殖也会停顿，因此实际上要分为充分供给氮元素使其生长、生殖的阶段，以及停顿氮元素的供给使其生成油脂的阶段。8～92是几何倍增，因此两者差距巨大。而葡萄藻则具有可在自已细胞的外侧生成油脂的特点〔图5〕。在“收获”油脂时可将油脂20～75循环使用，连续生成油脂。生长过程中用掉的能源就会被铺张。而且在处理藻类“尸体”时，还要投入能源和劳力。而假设能够循环再利用的话，就不会消灭这种铺张。这就是将藻类当“肉牛”饲养与当“奶牛”饲养的不同。5：葡萄藻的显微镜照片可形成群簇。染色后，油脂呈黄色。油脂在细胞外面。本钱仍旧较高筑波大学对两种藻类的能源收支进展了推算，估量能源投入的回收时间〔能源回收期，EnergyPaybackTime〕为0.19年。而风力发电为0.2～2.0年，住宅用太阳能发电为20年以上，因此利用藻类的手段格外有用。但问题并不在于能源，而在于金钱收支。利用日本国内的30万公顷弃耕地培育葡萄藻，155日元/L500日元/L714日元/L，因此藻类在生物燃料方面已具备竞争力。不过，以废食用油为原料的生物柴油燃料为72～87日元/L，更具优势。但这一数值是以志愿者供给废食用油，不花费回收费用为前提计算本钱而来的。图6：人工费明细油脂提取所占的比例较大。藻类生物燃料虽说单独来看的话价格竞争力略显缺乏，但是还可考虑以副产品等其他手段来平衡收支的方法。CO吸取装置的用途。也就是用其对发电站及炼铁厂商等排放的2CO进展光合处理。这样，便可通过排放权交易获得收入，从而降低燃料本钱。2图6：人工费明细油脂提取所占的比例较大。藻类生物燃料虽说单独来看的话价格竞争力略显缺乏，但是还可考虑以副产品等其他手段来平衡收支的方法。CO吸取装置的用途。也就是用其对发电站及炼铁厂商等排放的2CO进展光合处理。这样，便可通过排放权交易获得收入，从而降低燃料本钱。2电装认为倒不如将重点放在这一方面，“打算在将藻类制成燃料之前，先以吸取、固定CO2为目的”〔8争论室室长渥美欣也“可作为长期目标”这一次要位置。另外，在吸取CO的使用方法上也可充分发挥本身为藻类这一优点。假设利用高等植物来2COCO到达叶绿素是一个大问题。为了将CO输送到叶子四周而铺设管道222是几乎不行能的事情。虽然也可进展温室栽培，在温室中布满CO，但是利用温室栽培甘蔗和2玉米的状况并不多，在这种状况下投入CO吸取专用设备的话并不划算。而藻类不同，利用向2水中吹送的方式，CO便可到达细胞。2除了排放权以外，还有其他收入途径。比方，使用排污水中的有机物来培育藻类，收取污水处理费。而反过来说，还可考虑出售在藻类培育过程中产生的物质。假设能够从藻类中提取局部成分，获得医药及保健食品等高附加值产品的话，即使降低燃料价格也可确保盈利。电装将MicroAlgae吸引到了共同开发成员中，该公司原本就是养分补充剂的产销公司，拥有这方面的技术阅历。开放式跑道型养殖设施最为看好另外，在养殖设施方面也有多种方案被提出。目前共有三种，包括建筑环形跑道式水池，通过桨片使水循环的“跑道型”、将含有藻类的水注入透亮管道中的“管道型”，以及排列薄水槽的“面板型”〔表〕。电装比较各种方式进展了开发〔图7〕。从产量来看，面板型最多。但面板型在运转时所需要的能源也最多。由于要通过从下方通气进展搅拌来防止细胞下沉，因此搅拌动力必需要很大。而管道型则存在清洗麻烦的问题。目前，电装看好的是跑道型〔图8〕。跑道型为开放式，其余两种为封装式。开放式近似“农业”，初期本钱较低，但无法避开杂草生长及虫害。而封闭式与“工厂”接近，初期本钱较高，但却能够与外界隔绝。CO吸取相结合时，开放式存在水面释放出的CO会直接逃逸到大气中的问题。可通过2 2光合作用处理掉的O只占水下吹送量的22

8争论室主管藏野宪秀。而封闭式可通过使水面释放出的2性价比就会下降。其承受程度是需要争论的课题。装置从薄水槽的两侧照耀光。养殖设施的试验装置利用白色桨片使水循环。微细绿藻、葡萄藻能否成为最终选择？目前业界正以微细绿藻及葡萄藻为轴心进展开发，而其他藻类尚未提上议事日程。相关开发方似乎已认定“这两种藻类最为看好”。筑波大学在比较上百种藻类后最终锁定了葡萄藻，所以其中自有理由。不过，也有观点看好其他藻类。美国在很多时候甚至连水藻的种类都予以保密，看来很可能已经有了其他选项。微细绿藻及葡萄藻令人不满足的一个点是碳数。微细绿藻的油脂与轻油相当，葡萄藻的油“汽车厂商要求藻类生物”〔筑波大学争论生院生命环境科学争论系生命共存科学专业教授渡边信〕。“生物生成油脂大多是为了用其构成细胞膜。很少有藻类生成的油脂具备在常温下可变成液相的碳数”。为了在适用藻类很少的状况也可制造出高质量的油脂，庆应大学正在利用相位谱分析技术对藻类进展改进〔图9〕。