在西班牙的沙漠里，綠色的污泥在縱橫交錯(cuò)的管道里安靜地冒著泡。它吸收著荒漠的陽光，吞噬著附近工廠排放的CO2，迅速地成長(zhǎng)著。每天，工人們刮掉一些污泥，將他們帶走轉(zhuǎn)化為石油。照這樣看，人們?cè)谝惶靸?nèi)做著地質(zhì)學(xué)上要4億年才能完成的工作。
確實(shí)，這不是什么普通的石油。它屬于一類神奇的“負(fù)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?yuàn)W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?jiān)Ｋ鼈冋恰柏?fù)碳燃料”的關(guān)鍵。如果將這殘?jiān)械奶假A存起來，暫時(shí)阻止它們分解到空氣中，空氣中CO2的減少量就會(huì)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(nèi)最實(shí)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(dāng)你開車或者搭飛機(jī)到某個(gè)陽光明媚的地方去，大氣層里的碳就多了一點(diǎn)點(diǎn)，地球也就又暖了一點(diǎn)點(diǎn)。生物燃料是緩解這一問題的方法，因?yàn)橹参镌谏L(zhǎng)時(shí)從大氣中吸取CO2，從而不會(huì)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(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)“碳平衡”，也就是說，從大氣中每吸收100個(gè)碳原子，燃燒時(shí)這100個(gè)碳原子正好返回大氣。不幸的是，這沒那么簡(jiǎn)單。農(nóng)民翻土、施肥和收獲時(shí)（更別提運(yùn)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(huì)說，“so easy”，只要在生物燃料生產(chǎn)過程中捕捉排放的碳就行了。例如生產(chǎn)乙醇的同時(shí)，也能得到純CO2這個(gè)副產(chǎn)品。為此，今年早些時(shí)候，農(nóng)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(gè)大型碳捕捉及儲(chǔ)存項(xiàng)目。它將公司乙醇工廠中的CO2抽吸，壓縮并就近存入地下。計(jì)劃每年可以儲(chǔ)存超過一百萬噸CO2（見圖表）。
然而靠ADM的乙醇不能實(shí)現(xiàn)真正的碳平衡：生產(chǎn)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(chǎn)生物燃料的另一大難題：它們與食物競(jìng)爭(zhēng)土地。2010年，玉米釀成的乙醇占美國運(yùn)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(huì)把食品價(jià)格推得突破天際，要么逼著農(nóng)民找新的土地——最可能是兩者同時(shí)。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(huì)讓這些生物和土地提供的其它服務(wù)打折扣？”約翰內(nèi)斯·萊曼，康奈爾大學(xué)伊薩卡分校（紐約）的土壤學(xué)家如是說。
這正是為什么藻類這么前途無量，尤其是單細(xì)胞、藍(lán)綠色的變體，也就是我們所說的藍(lán)藻。它們遠(yuǎn)比地上的作物長(zhǎng)得快，可以達(dá)到大豆20倍。它們產(chǎn)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(zhǎng)，不會(huì)妨礙食物生產(chǎn)或者破壞森林(Science, vol 314, p 1598)。
這些特點(diǎn)對(duì)“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(lán)藻細(xì)菌變成“藍(lán)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(diǎn)工廠，后者排放藻類生長(zhǎng)所需的CO2。
藍(lán)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(chǎn)過程如何降低碳排量，結(jié)果發(fā)表在《新科學(xué)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(huì)再放出450千克。剩余的碳——大約相當(dāng)于900千克CO2——呆在剩余物中，那是一種無機(jī)碳污泥，可以被填埋或者混入水泥中?！八鼈冇肋h(yuǎn)不會(huì)回到大氣中?！?埃斯托洛耶佐說。
BFS的試點(diǎn)工廠每天每公頃藻大約生產(chǎn)2.5桶原油。埃斯托洛耶佐稱，照這個(gè)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(dāng)然是很大一塊地方，但如果能產(chǎn)出相當(dāng)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(shí)現(xiàn)了。
不過，這項(xiàng)目還須三思而后行。盡管石油還沒上市，但開銷已經(jīng)成為了巨大的絆腳石：BFS的設(shè)備決不便宜。光是孕育藻類的聚碳酸酯管道每公頃要花費(fèi)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(bào)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(jīng)濟(jì)運(yùn)作，BFS以補(bǔ)品形式售出高價(jià)值的藻類副產(chǎn)品，如ω-3脂肪酸。生物燃料還是新生事物的時(shí)候，這可能還管用，一旦市場(chǎng)上產(chǎn)品泛濫，營養(yǎng)補(bǔ)充劑的需求也將下降。歸根結(jié)底，這也是治標(biāo)不治本。
盡管是這樣的形勢(shì)，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?cè)诳拷０兜?5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(qiáng)，且自然的波浪能完成混合攪拌藻類的任務(wù)。公司還計(jì)劃充入富氮廢水來促進(jìn)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(gè)幾公頃的試點(diǎn)工廠，預(yù)計(jì)明年年初投入生產(chǎn)。如果所有部分都像在實(shí)驗(yàn)室里那樣正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該能得到負(fù)碳的燃料，公司主席馬修·阿特伍德表示。三四年內(nèi)化石燃料的價(jià)格將因此下降，他補(bǔ)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(zhì)價(jià)格著實(shí)不菲。如果是藻類系統(tǒng)那樣小規(guī)模的公司，城市及農(nóng)耕用地的廢水就足夠了，但隨著規(guī)模擴(kuò)大，這些就不再能滿足需求了?！爸豢咳祟惿町a(chǎn)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(yuǎn)比你在廁所中排泄的要多?！钡拇_，據(jù)桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)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(chǎn)十分之一的美國液體燃料，就會(huì)耗盡整個(gè)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(huì)解決營養(yǎng)供應(yīng)的難題，但是擴(kuò)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(jì)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(chǎn)大概750億升藻類生物燃料，還不足目前全球運(yùn)輸用燃料需求的一成。此外，事實(shí)上依賴這些工業(yè)煙囪生產(chǎn)生物燃料，僅僅是在二次利用化石燃料產(chǎn)能?！斑@只是延緩排放，” 位于比利時(shí)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(gè)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(jīng)研發(fā)出用化學(xué)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(gè)試點(diǎn)工廠已經(jīng)在舊金山附近運(yùn)營了一年多，并且第二個(gè)也正在籌建。她說，公司已經(jīng)與藻類系統(tǒng)公司簽署了技術(shù)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(jīng)營
若能解決這些難題，藻類將成為最有前景的負(fù)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(jià)的原料是有機(jī)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(jīng)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(jīng)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(jìn)工藝，即用高溫、高壓和催化劑把生物直接轉(zhuǎn)化為汽油、柴油和噴氣機(jī)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(qiáng)度（碳強(qiáng)度：提供一定能量排放的CO2總量）。
今年早些時(shí)候，谷歌作為投資方之一，在加州山景城總部用GRide汽車路測(cè)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(dá)到了加利福尼亞2020年的低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)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?xì)堅(jiān)盥窕蛘邔⑵鋼饺胨嗖煌?，碳在“冰爽星球”公司中得以歸還土壤。
這樣的碳有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它不依靠合適的地質(zhì)構(gòu)造，也容易運(yùn)輸。最大的優(yōu)勢(shì)在于，生物炭使土壤更肥沃，提高了糧食產(chǎn)量，因?yàn)樗拇蟊砻娣e幫助持水和固定養(yǎng)分?！斑@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(gè)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(huì)對(duì)碳封存的定義。
這還不是唯一令生物燃料負(fù)碳的手法。“冰爽星球”并沒有將化石燃料浪費(fèi)在向中心工廠運(yùn)輸物料上，相反，它將建造400個(gè)模塊單元，每個(gè)每年都有能力生產(chǎn)4千萬至2億升汽油。這些單元會(huì)利用一切在方圓50公里內(nèi)可得到的生物物料。“哪里有物料，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?xì)w還回大氣層，將另一半以生物炭的形式儲(chǔ)存起來，使燃料變成，按洛克的說法，“百分百負(fù)碳”。不過，為了打入市場(chǎng)，公司計(jì)劃先實(shí)現(xiàn)60%負(fù)碳的版本，只儲(chǔ)存植物中大概三分之一的碳。在這個(gè)合適的時(shí)機(jī)下，洛克認(rèn)為公司應(yīng)該能夠以大約40美分每公升的價(jià)格賣出其燃料。
時(shí)至今日，研究設(shè)施只生產(chǎn)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(gè)試點(diǎn)工廠會(huì)在這個(gè)月（本文發(fā)表于2012年9月）開始運(yùn)作，每年會(huì)有約一百萬升產(chǎn)量。未來20年內(nèi)，他們打算據(jù)此建造2000個(gè)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(huì)的報(bào)告，為了使世界免于氣候變化的災(zāi)難，碳排放應(yīng)當(dāng)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(jìn)入大氣，那就只有兩種方法避免麻煩。我們可以著手進(jìn)行地質(zhì)大工程，設(shè)計(jì)冷卻整個(gè)星球的方案，與此同時(shí)，承擔(dān)造成意外的巨大風(fēng)險(xiǎn)。或者，我們也可以試著將CO2從大氣中收回，一步一個(gè)腳印地付出努力?！凹幢阖?fù)碳生物燃料成了‘龍?zhí)住鼈冎辽僖苍鵀樘寂欧帕靠s減做了點(diǎn)什么”萊曼說，“這屬于一項(xiàng)‘無悔策略’?！?/p>
