国正在不断采取措施来改善本国的能源安全，相比较进口能源，自产能源必然变得越来越重要。一种新型燃料资源是利用水中的藻类，将太阳能转化为能量，以油的形式储存在藻类体内，并将油从藻中提取、精制成生物燃料。美国能源部和国家实验室的科学家和工程师正在研究藻类的最好菌株，并开发最有效的耕作方法。本文将大致介绍藻类提油制备生物燃料的概况。
燃料在我们的生活当中必不可少，去哪里都离不开燃料。世界各国的科学家都在不断地寻找和开发新型燃料资源，而生长在水中的藻类就是其中一种新型燃料资源。
美国能源部门正在进行一项研究，如何从藻类中提取能源，制备燃料。图1所示是一个藻类种植场，由一些大型人造池子组成，池子内部设有水渠。每周这里都会制备一批新型的藻类。
藻类，更加确切地说，应该是微藻，是一种极小型的水生生物体。这种生物体可以通过光合作用将太阳光转化为能量，储存在体内。有些藻类可以将能量转化为自然油脂。只要在合适的条件下，藻类就可以产生大量的油，这些油经过加工可以制备生物燃料(图2)。
研究表明，每亩藻类产生的油量可以是同等面积陆地植物产油量的60倍以上。制备得到的生物燃料可以供给汽车、火车和飞机等交通运输工具。在未来，任何一种依赖于汽油或者柴油的交通工具也许都可以改为由藻类制备的生物燃料。
藻类提油首先需要打开藻类细胞结构，再加入溶解剂，在超声降解的作用下，将细胞内的脂肪萃取出来，然后对整体溶液进行加热，溶解剂被蒸发掉，萃取得到的脂肪经过生物精炼厂的加工，制成生物燃料(图3)。
藻类制备生物燃料还有一个优点
因为藻类的生长必须通过光合作用，所以需要消耗大量的二氧化碳，从这一角度来说，这种生物行为对环境碳中和极为有利。甚至在未来，可以把藻类种植场建在电厂旁边，以便藻类直接利用电厂排放的二氧化碳进行光合作用，更是一石二鸟。
藻类的生物种群非常庞大，有十万种以上，并且各种藻类的生长环境都有所不同。有的藻类适合于在清水中生长，有些适合于盐水，而有些甚至适合于污水。所以，科学家们在不断进行试验，以找到适合于不同种类藻类的最佳生长条件，并筛选出最佳的种类并逐步拓展为生产性试验(图4)。
西班牙沿海的奇克拉纳-德拉弗龙特拉镇污水处理厂是一座从污水中提取清洁能源的污水处理厂。而这项工程更高一层的目的也是为了响应欧盟可再生能源指令，即截止到2020年，将运输类生物燃料的利用率从2.4%提升到10%。这项工程包括了用藻类制备生物燃料，这在全球是史无前例的。
“虽然这个方法是可持续且环保的，但还没有人真正尝试过如何从污水中制备生物燃料。”工程负责人Frank Rogalla说。
虽然一些工业废水处理厂可以通过生产沼气来满足自己的能源需求，但是西班牙的这座污水厂是第一座系统的通过在污水中培育藻类，生产净出口生物能源的污水厂，这些能源包括生物燃料。
在污水处理过程中，首先通过厌氧反应将污水中的污染物降解去除，产生的沼气用于本厂能源需求。在此之后，向水池内投加藻类，并保证充足的阳光照射，在达到一个临界质量后，藻类被捞出并处理，提取出油。剩余留下的藻类可用来制备生物甲烷和矿物质。这项工程的目标是每天生产3000公斤含油量为20%的干藻类，制成的燃料相当于200辆汽车正常行驶所需的生物柴油量(图5)。
▲ 图5 每天生产3000公斤含油量为20%的干藻类，制成的燃料相当于200辆汽车正常行驶所需的生物柴油量
研究人员说，藻类制备生物燃料商业化可能还需要几年时间，但是最终，这种生物燃料一定可以替代部分的石油。在这个领域，欧盟和美国都已经开始着手相关科研工作，相信很快就能看到技术创新带来的硕果。
