在已知的生产清洁能源的方法中，利用藻类生产的生物燃料最接近于海底沉积物产生的原油。在数百万年的时间里，海底的沉积物经由微生物的作用变成了我们所熟知的石油。而最近，美国能源部的科学家们的研究成果，使得这一需要进行数百万年的反应得以在1小时内完成。
这项研究由美国能源部西北太平洋国家实验室（PNNL）的科学家进行。研究人员找到了一种能够重复并加速这一“发酵”反应的方法。在一个复杂的反应体系中，水和藻类的混合物会在不到一个小时的时间中转化成的原油。在产生这些燃料的同时，人们可以通过这一技术获得一些有用的副产物，包括化学原料和矿物质。如果藻类的数量够大，也许还能获得一些肥料。这一研究将使得藻类产油能够更好的被应用于日常生活，有分析认为，利用这一成果产生的原油成本将低至每加仑2美元。
作为原料的藻类（左）、反应后得到的生物原油（中），以及精炼后得到的烃类燃料（右）。图片来源：PNNL
负责这项研究的科学家道格拉斯·埃利奥特（Douglas C. Elliott）评论说，“美国人不像欧洲人那么在乎他们的碳排放量，如果这项研究最终使得油价更加便宜，那么大多数人都会欣然接纳这一技术。”
埃利奥特教授的研究小组依据水热液化（HTL）反应设计了一套反应装置。在这套系统中，藻类和水的混合物被连续的加入到反应釜中进行反应。反应釜中的高压使得水的温度能够达到300-400摄氏度，此时的水处于介于液相和气相之间的超临界态。在这样的条件下，藻类中的生物质能够被快速降解。之后利用一系列收集和过滤装置，研究人员即可得到原油及一系列副产物。
在一次HTL反应中，每100克藻类最终可以产生41克原油。这样的转化效率令人满意。图片来源：D.C. Elliott et al.（2013）Algal Research.
科学家们在寻找替代能源方面已经进行了多年的努力，而利用海藻生产原油或将成为这一问题的更好答案。相较于之前的生物燃料，藻类原油有着更大的优势。根据美国能源部的估算，生产满足美国本土每日油耗的燃油，需要种植面积约达美国国土面积一半的大豆。而如果使用藻类原油，则仅需大约15000平方英里（约39000平方千米）的土地——这大约只相当于一个马里兰州的大小。
除去更高的产量，相对于汽油而言利用藻类生产燃油更为清洁。藻类在生长过程中能够吸收大气中的二氧化碳，这一定程度上降低了碳排放。且由于藻类可以在废水中大量繁殖，其产物也可以生物降解。在整个生产过程中对环境造成的负担都较小。
相对于粮食作物产生的生物燃料来说，藻类转化生产的燃油具有高热值的优点。 埃利奥特表示：“由玉米等粮食作物生产得到的乙醇在用作燃料时需要与汽油进行混合，而藻类原油则可以直接用来燃烧。”。与此同时另一名致力于藻类研究的学着尤尔根·波利（Juergen Polle）也指出：“乙醇不能让我们发动飞机，我们需要的是油。”
埃利奥特的研究团队同时开发了一套系统，这套系统可以利用藻类转化过程中产生的副产物来繁殖更多的藻类。这样的循环系统更好的解决了藻类获取的问题。
埃利奥特团队设计的循环系统，经由回收装置，反应中分离的磷酸盐和纯净水可以被回收用于下一轮的藻类繁殖。1.藻类样本脱水；2.水热液化反应；3.固态沉淀物分离；4.油相/水相分离；5.油相产物加氢处理生成烃类；6.水相碳催化转化为气体燃料及可回收肥料。图片来源：D.C. Elliott et al.（2013）Algal Research.
埃利奥特指出，人们通常会认为藻类生长在各种水环境中，所以非常容易获得。但实际上收集足够多的用于原油生产的藻类是一件很困难的事。埃利奥特的系统不仅可以使得藻类的繁殖更为简便，其优化的设计也使得更多种类的藻类得以被用于原油转化。
目前，埃利奥特的团队已经与位于犹他州的Genifuel公司开展商业合作，希望能利用这种方法进行大规模生产。埃利奥特指出，为了保证公司的正常运转，每天大概需要投入608吨干藻进行生产。利用藻类生产生物燃料的技术，很可能解决能源问题的又一有力工具。
参考文献：
- Douglas C.Elliott, et al. Process development for hydrothermal liquefaction of algae feedstocks in a continuous-flow reactor，Algal Research 2 (2013) 445–454
信息来源：pnnl.gov
文章题图：D.C. Elliott et al.（2013）Algal Research.
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