研究人員設(shè)計(jì)出一款包含全球4388個(gè)地區(qū)的微藻模型，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出全球微藻和生物燃料的潛在產(chǎn)量。研究人員稱，微藻每年每英畝（4047平方米）能產(chǎn)出2500加侖（9450升）生物燃料，相比之下，大豆和玉米只能產(chǎn)出48加侖和18加侖。

由于微藻可以在非農(nóng)地中進(jìn)行產(chǎn)出，因此不用占據(jù)農(nóng)田。研究人員預(yù)測(cè)，中國(guó)、加拿大、巴西和美國(guó)不能耕種的土地上轉(zhuǎn)換出來的生物燃料能滿足該國(guó)超過30%的能源需求。

? ? 目前，藻類在被剝奪氮元素的不利條件下，仍能儲(chǔ)存大量被稱為三?；视停═AG）的油，而準(zhǔn)確了解它們這一機(jī)制，對(duì)生物技術(shù)非常關(guān)鍵，因?yàn)門AG可以轉(zhuǎn)化為生物柴油。為此，科學(xué)家們正在研究，將單細(xì)胞紅藻作為模型生物，探索如何改善TAG的生產(chǎn)。

? ? 東京工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新研究所化學(xué)與生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的東村今介領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明，一種名為GPAT1的酶，在紅藻的TAG積累中起著至關(guān)重要的作用，且不需要誘導(dǎo)即可正常生長(zhǎng)。該團(tuán)隊(duì)還證明，與對(duì)照菌株相比，過量表達(dá)的GPAT1的紅藻菌株GAT產(chǎn)量可提高56倍以上，且對(duì)藻類生長(zhǎng)沒有任何負(fù)面影響。

? ? 這一發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的研究結(jié)果，與此前對(duì)GPAT2的研究共同表明，GPAT與紅藻中的TAG積累密切相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)探索GPAT1和GPAT2如何參與TAG積累，下一步的重點(diǎn)是鑒定出能控制各個(gè)目標(biāo)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子。

? ? 研究人員認(rèn)為，如果能夠識(shí)別這些調(diào)節(jié)因子并改變其功能，TAG的生產(chǎn)力將會(huì)進(jìn)一步提高，因?yàn)檗D(zhuǎn)錄因子會(huì)影響包括GPAT1相關(guān)基因在內(nèi)的多種基因表達(dá)?；赥AG合成基本分子機(jī)制的方法，應(yīng)能成功應(yīng)用于紅藻的生物燃料生產(chǎn)商業(yè)化。

? ?轉(zhuǎn)自：科技日?qǐng)?bào)

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)?。它們正是“?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(guó)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(guó)運(yùn)輸燃料的8%，用掉的玉米卻占了全國(guó)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?！皢栴}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(guó)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)有如饕餮。而氮、磷這些營(yíng)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。“只靠人類生活產(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(guó)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(guó)液體燃料，就會(huì)耗盡整個(gè)國(guó)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(yíng)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。“這只是延緩排放，” 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(yíng)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(yíng)

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荚凇氨乔颉惫局械靡詺w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。”洛克說。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(guó)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?！氨乔颉辈]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。”

“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(guó)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)?；蛘?，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。“即便負(fù)碳生物燃料成了‘龍?zhí)住?，它們至少也曾為碳排放量縮減做了點(diǎn)什么”萊曼說，“這屬于一項(xiàng)‘無悔策略’?！?/p>

出處:科學(xué)松鼠會(huì)

來自特拉華大學(xué)的凱瑟琳·柯尼和她的藻類。（自ENS環(huán)境新聞網(wǎng)）

美國(guó)特拉華大學(xué)的科學(xué)家日前證實(shí)，海洋藻類赤潮異彎藻可用于制造機(jī)動(dòng)車燃料生物乙醇。該藻類能存活并生長(zhǎng)于飽含一氧化氮的煙氣環(huán)境中，但在自然環(huán)境中也可形成有毒的過度藻類繁殖。

特拉華大學(xué)地球、海洋和環(huán)境學(xué)院海洋生物科學(xué)副教授凱瑟琳·柯尼（Kathryn Coyne）和她的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，藻類在煙氣環(huán)境中比在空氣中能產(chǎn)生更多的碳水化合物。她表示，赤潮異彎藻可以存活于一氧化氮的煙氣環(huán)境中，且生長(zhǎng)速度能提高一倍，細(xì)胞大小也會(huì)超過普通環(huán)境中的正常值。事實(shí)上，藻類細(xì)胞在二氧化碳和一氧化氮的氣體混合物中可以迅速生長(zhǎng)。

赤潮異彎藻遍布全球，它的生長(zhǎng)不僅可以產(chǎn)生大量的碳水化合物，而且能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成生物乙醇。柯尼說，這種藻類具有特殊的功能，能消除對(duì)環(huán)境和人類健康構(gòu)成威脅的有害氣體——一氧化氮。

據(jù)美國(guó)有毒物質(zhì)研究資料顯示，一氧化氮為一種在室溫下不可燃但屬于最具毒性的氮氧化物。汽車尾氣排放、煤炭、石油、天然氣燃料燃燒以及電弧焊接、電鍍、電雕刻甚至炸藥爆破等過程，都會(huì)向空氣中釋放氮氧化物?？諝庵械蜐舛鹊牡趸飼?huì)刺激眼睛、鼻子、喉嚨和肺部，而吸入高濃度的氮氧化物將有致命危害。

赤潮異彎藻這種在一氧化碳中成長(zhǎng)并轉(zhuǎn)化一氧化碳的特性給柯尼的研究團(tuán)隊(duì)帶來了巨大的動(dòng)力，使他們進(jìn)一步研究其是否可在電廠煙氣中依靠二氧化碳生長(zhǎng)而不被高濃度一氧化氮所殺。

經(jīng)過一年的努力，柯尼團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，赤潮異彎藻不僅可以忍受在煙氣環(huán)境下生存，反而生長(zhǎng)得更加茁壯，這些藻類在煙氣中生長(zhǎng)除一氧化氮以外不再需要其他氮源，因此可節(jié)約不少培養(yǎng)成本。柯尼說“僅憑這一點(diǎn)，便可以節(jié)省高達(dá)45％的制造生物燃料所需的能量開銷?！?/p>

受特拉華海格蘭特資助的大學(xué)計(jì)劃，研究人員還將進(jìn)一步探討如何加強(qiáng)赤潮異彎藻的生長(zhǎng)。目前，他們正在積極探索與企業(yè)合作的機(jī)會(huì)，縮短海藻成長(zhǎng)期，盡早實(shí)現(xiàn)用赤潮異彎藻生產(chǎn)生物燃料。

柯尼說，企業(yè)自身的技術(shù)發(fā)展將會(huì)支持美國(guó)國(guó)家重點(diǎn)的碳污染減排工作，這樣不僅可以生產(chǎn)生物燃料，還能利用藻類修復(fù)功能來降低工業(yè)廢氣的污染，進(jìn)而改善氣候。

英國(guó)研究人員正研發(fā)人工光和作用技術(shù)，將太陽能轉(zhuǎn)變成為氫燃料。

。東英吉利大學(xué)的生物物理化學(xué)家朱樂爾?巴特（Julea Butt）說：“化石燃料的儲(chǔ)量正在減少，燃油價(jià)格正不斷上漲，所以我們擴(kuò)大可再生能源的供應(yīng)至關(guān)重要。我們從自然植物得到靈感，在植物的光合作用過程 中，陽光中的能量能夠自然地轉(zhuǎn)化為燃料?！?/p>

巴特表示，在進(jìn)行人工光合作用時(shí)，將為微生物配備微型太陽能電池板。他解釋稱：“這將高效利用陽光，并且促使氫氣的產(chǎn)生，如果此項(xiàng)技術(shù)能夠成功，將能夠被用于創(chuàng)造其它燃料或者藥物?！?/p>

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