作为不依赖于化石资源的燃料,生物燃料逐渐得到普遍认可。但在应用上,使用高等植物的现有手段还存在极限。其原因在于单位面积的收获量较小,并且还会浪费珍贵的水资源。作为解决之策,业界开始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达到现有手段的3~40倍,而且基本上不用水。不过,要想实用化,今后还必须要降低成本,不断摸索与吸收CO2相结合的方法。
日本经济产业省2010年3月5日就生物燃料提出方针,表示“按LCA(生命周期评估)计算,如果CO2减排量达不到50%以上的话,就不能获得碳中和(Carbon Neutral)认证”。这是一项非常严格的规定,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、依赖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,通过开辟森林来栽培燃料用植物的业务模式就变得不再可行。
而藻类则可解决这一问题。通过养殖藻类来制备燃料的技术从生物学阶段迈向工程学阶段。荷兰壳牌(Shell)、美国埃克森美孚(Exxon Mobil)等石头巨头,以及美国陶氏化学(Dow Chemical)等化学品厂商已开始着手开发。其中,埃克森美孚甚至投入了超过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。该公司已开始在基础研究室内进行藻类培养(图1)。培养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、中央大学及京都大学合作,而在葡萄藻方面则与筑波大学合作,基本囊括了日本国内的主要参与者。
*准确的名称为Pseudochoricystis ellipsoidea。是一种绿色的单细胞植物。
*准确的名称为Botryococcus braunii。葡萄藻除了braunii之外,还有两种。
微细绿藻是日本海洋生物技术研究所的藏野宪秀等从温泉中发现的,电装挖来藏野并以其为研究骨干开始研究。在该研究所关闭后,电装获得了该研究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年可制造684GJ的燃料(图2)。
如果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,油棕榈为230GJ,因此藻类可达到这些作物的3~40倍。另外,在生物乙醇的原料中,玉米为64GJ,甘蔗为141GJ,而改用藻类的话,则可达到5~10倍。
不过,在相同面积上设置太阳能电池的话,一年便可“收获”4800GJ。因此有争论认为,“如果是铺设太阳能电池,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,{zh0}还是进行综合判断。
虽说如此,如果在收获量的数字上处于{jd1}下风的话,“进行综合判断”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,才有取胜的希望。
通过澡类能够获取大量能源的原因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(同类细胞聚集而成的群)形式存在、藻体大小为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,因此不耗费能源。通过光合作用生长繁殖,生存方式十分简单。
藻类不仅节省土地,还不会浪费水资源。在农业用水原本就面临枯竭的当今时代,如果生物燃料的产量不断增加,就会危及到水资源的供应。高等植物将气孔蒸腾作为抽水泵来为各细胞供应水分。具体而言,就是进行超过光合作用所需水量的蒸发,凭借水分失去后形成的“负压”,通过根来汲取水分。而作为水生单细胞植物的藻类则是通过扩散由细胞膜吸入水分,因此只要水量能够完成光合作用即可。(未完待续,记者:浜田基彦)
■日文原文:最強のバイオ燃料、「藻」
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