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Highlighting JAPAN

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科学技术

蕴含神秘力量的藻类

作为实用能源开发的藻类生物



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在对包括石油在内的化石燃料会在未来几十年面临枯竭的声称和担忧中,作为可再生能源的生物资源获得越来越多的关注。在筑波大学生物环境系,由渡边信教授带领的团队正在研究对藻类生物的实用开发以找到解决这一能源问题的方法。

一提到“可再生能源”会让大家联想到电力资源,但对日本来说,电力资源作为能源的一种只占到了20%左右。而作为交通运输用的汽油,以及生产像塑料等石油衍生品的原油需求却超过了50%以上的比例。也就是说,仅仅依靠电力是不够的,我们需要找到能替代石油以供工业原料和燃料使用的新能源。

从这一点出发,藻类在光合作用中新陈代谢的产物能成为非常有效的替代资源。而且,使用各种谷物来生产生物燃料会带来人类粮食和动物饲料等价格大幅上涨的风险,但藻类却能很好地规避这样的风险。

有一些藻类生物的细胞里会含有大量的脂质,这种脂质是可以作为油来看待。尽管如此,有记载的藻类就有超过4万种,据估计未被记载的藻类还有30万到1千万以上。在如此多的种类中,要选择出具有高效率,低成本和稳定产出的藻类就显得尤为重要。渡边教授把目光聚焦在了其中的两种藻类生物资源,Aurantiochytrium和Botryococcus(布朗葡萄藻)。

通过光合作用,布朗葡萄藻能够产生出作为石油主要成分的碳氢化合物——“烃”,从而可以用来作为交通运输用的燃料。然而,日本的气象条件具有全年低温期较长、日照时间较短的特点,这对布朗葡萄藻的大规模养殖是一个不小的障碍。

这就到了渡边教授团队发现的Aurantiochytrium大显身手的时候了,当没有光合作用时,这种藻类通过摄取体外的有机物来生长。尽管它的碳氢化合物含量没有布朗葡萄藻多,但它的生长速度和碳氢化合物生产效率却大大超过了布朗葡萄藻。由于不需要光合作用,Aurantiochytrium可以养殖在深海的栽培槽里,这非常适合于国土面积有限的日本。通过浓度适宜的有机性废水(家庭及工业排水)和污水处理后的污泥就能很好地生长,这使得Aurantiochytrium可以达到对生物能源高效率、低成本的要求。

渡边教授构想的理念是一个混合系统,那就是让这两种藻类以优势互补的方式来养殖和产出。有机性废水可以用作Aurantiochytrium养殖的食饵,而Aurantiochytrium养殖后的废水中还含有大量的氮和磷,这又可以作为布朗葡萄藻养殖的无机营养盐来利用。渡边教授同时还说到,这个混合养殖方法还能发展成为循环系统,从两种藻类提取生物燃料油后的残留物是很好的牲畜饲料。

同时,研究者们还正在研发藻类的基因改良技术,以提高生产效率。除了技术攻关,在大范围层面上把污水处理系统和农田等其他重要因素综合起来一体化运作也变得越来越重要。渡边教授最后指出“建立起一个全国范围的系统合作对日本来说是必不可少的。”虽然缓慢,但我们正稳步朝着通过藻类养殖提取燃料让日本变成产油国的那一天前进。



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