來源：科技日報
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突破，能將兩者聯(lián)系起來的少之又少。有沒有一種方法能夠在消除污染的同時制造能源？日前美國萊斯大學(xué)的一項研究讓我們看到了些許曙光。
神奇！吃進污水變出油
這項發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《藻類》上的成果基于對美國休斯敦市一座污水處理廠為期5個月的研究。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)美國國家環(huán)保局的數(shù)據(jù)，城市水體中過量的氮和磷正是“美國最普遍和最富挑戰(zhàn)性的環(huán)境問題之一”。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，滿足交通運輸業(yè)的用油需求。
此外，藻類還有一個最大優(yōu)勢是，與傳統(tǒng)的玉米或糖制成乙醇燃料不同，它不與糧食爭地，不與人口爭糧。根據(jù)美國能源部(DOE)2010年的《國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。真是活脫脫的一個寶貝。
難怪！被逼無奈出下策
不過此前對待水藻制油，美國人并沒有這么樂觀。
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)，通過藻類大規(guī)模生產(chǎn)生物燃料是不現(xiàn)實的，因為這需要耗費太多的水、能源和肥料。
美國國家科學(xué)院下屬國家研究理事會(NRC)在2012年的一份研究報告中指出：如果在當(dāng)時的技術(shù)條件下，用藻類每年生產(chǎn)390億升的生物燃料——大約占美國運輸燃料需求的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600萬到1500萬噸的氮，以及100萬到200萬噸的磷。這相當(dāng)于美國44%到107%的全部氮用量，以及20%到51%的全國農(nóng)業(yè)磷用量。
被這一巴掌打醒后，美國的藻類工業(yè)的重心就逐漸轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)藥物、營養(yǎng)品和化妝品，這些高價值、低容量的領(lǐng)域。人們對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)進行了28年的研究。她說，經(jīng)過這些年的發(fā)展，作為高價值產(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，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)展問題。從長期來看，藻類行業(yè)對化肥的過度依賴對整個行業(yè)來說并不是一件好事情：首先這會降低行業(yè)整體利潤空間；其次，對化肥日漸增長的需求，還會導(dǎo)致藻類行業(yè)與本來井水不犯河水的糧食產(chǎn)業(yè)形成競爭和摩擦。因此，廢水養(yǎng)藻其實是一個迫于無奈的選擇。
原來！溫度是個關(guān)鍵點
巴塔查爾吉說，類似的想法在論文和書本中被提出已經(jīng)有相當(dāng)長的一段時間了，只不過還有一些具體的細節(jié)問題沒有解決，如能否在開放的環(huán)境中養(yǎng)殖，使用單一藻類還是混合養(yǎng)殖等。她說：“不知出于何種原因，在我們之前對此進行實踐的人少之又少，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個用于養(yǎng)殖水藻的開放水池，每個水池大約能存水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濾器相連。每個水池中都養(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，其中還包括來自休斯敦當(dāng)?shù)氐脑孱?。一些水池中除了藻類還飼養(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：“此前的研究已經(jīng)表明，對開放養(yǎng)殖而言藻種的不同組合可能效果更好。我們認為在其中飼養(yǎng)魚類還可以消除對藻類有害的浮游生物。五個月下來的結(jié)果讓人非常振奮鼓舞，因為此前的研究更偏向于沒有魚類的單一養(yǎng)殖，我們的研究找到了一種讓藻類生產(chǎn)實現(xiàn)最佳效益、最優(yōu)表現(xiàn)的方法?！?/span>
此外，研究人員還對廢水養(yǎng)藻的適用環(huán)境以及能效比進行了評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在休斯敦當(dāng)?shù)厮M行的實驗對廢水中磷的去除效果要比堪薩斯的實驗高出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，那么在美國東南和西南地區(qū)種植可能會更加經(jīng)濟。
目前，萊斯大學(xué)的團隊正在測試不同的變量會對最終結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響，并據(jù)此對該技術(shù)進行優(yōu)化，以吸引更多的投資者。他們希望未來能夠與更多的城市進行合作，來進一步確定這種藻類的潛力。
