随着美国努力转向清洁能源经济并 到 2050 年实现净零碳排放，似乎 生物燃料正迎来其发展时刻。这些可再生来源的液体可以成为石油消耗型汽车或工业流程的 直接能源替代品，而无需改变整个电网基础设施。
特别是，政府似乎正在加大对可能满足美国部分能源需求的绿色粘稠物——藻类的关注。
2 月初，美国能源部生物能源技术办公室 (BETO) 宣布了一项价值 1900 万美元的新一轮资金，用于 提高藻类系统捕获二氧化碳能力 的项目。目标是双重的：减少温室气体排放，并培养用于生物燃料和其他生物产品的藻类。
此公告建立在 往年资助 的基础上，包括 2021 年夏季发布的 总计 800 万美元的拨款。尽管这些数字与 能源部 2022 年总预算 403 亿美元 相比相形见绌，但藻类生物能源似乎越来越受到关注——甚至还有 一项新的学生竞赛 来创新水生生物。
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德克萨斯大学奥斯汀分校分子生物科学系研究助理教授 Schonna Manning 表示，最终目标是利用生物能源取代对化石燃料的依赖。Manning 也是该大学 藻类培养物收藏 的研发总监，该收藏向水产养殖和生物技术公司以及个人研究人员和小企业主出售其菌株。但她指出，从藻类生产的各个阶段都存在一些障碍，从培养到收获再到下游转化为市场产品的操作。
从技术上讲，大多数主流能源已经来自藻类。为化石燃料行业提供动力的原油是 古代藻类沉积物 的结果。经过数百万年的加热和加压，海洋生物（如植物和真核生物）转化为构成当今石油的碳氢化合物。但通过工程改造藻类按需产油，可以为能源需求提供一种碳排放更少的解决方案。获奖项目代表了各种方法，包括利用直接空气捕获的藻类和用作动物饲料的原料。
在亚利桑那州立大学的 亚利桑那藻类技术创新中心，使用大型开放式跑道池塘来培养藻类。藻类技术用于创造可再生产品，如生物燃料、塑料替代品和营养保健品，这些是营养食品，也可作为药物使用，类似于绿茶和人参。
Manning 提到的一个关键问题是，尽管这些池塘可能看起来像浓豌豆汤，但藻类只占池塘总体积的 *百分之一*。其余的漂浮生物质是水。这代表了藻类大规模培养的主要挑战之一：要生产高密度，需要从方程中去除大量水（其中大部分最终会在系统中重复使用）。根据 Manning 的估计，收获和脱水过程可能占资本成本的 70%。
为了寻找解决方案，太平洋西北国家实验室的工程师从地球的自然过程汲取灵感，发明了一种 称为水热液化 的燃料形成方法。他们不单独提取油，而是将藻类（包括其中的蛋白质）在极高的温度和压力下烹饪，以模仿石油在水下形成的原理。尽管目前仅在小规模进行，但这可能是跳过昂贵的脱水成本的一种提议解决方案。
伊利诺伊州可持续技术中心另一项新资助的项目旨 通过利用附近发电厂排放的烟气中的二氧化碳以及废水处理厂的营养物质来降低培养和资源成本。该系统将设在伊利诺伊州斯普林菲尔德的城市水、电和动力厂内，旨在种植藻类作为动物饲料的替代品。
根据参与斯普林菲尔德项目的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校动物科学助理教授 Josh McCann 的说法，蛋白质是饲料中最昂贵的宏观分子之一。如果藻类能够与更成熟的饲料形成成本竞争力，那么它将是畜牧生产者便宜但高质量的选择。
McCann 指出，由于牲畜是最不挑剔的消费者之一，问题不在于动物是否会食用藻类。更重要的是藻类能否以足够低的成本生产出其提供的营养。McCann 希望该种植项目的独特方法能够解决其中一些担忧。通过创建富含蛋白质的替代品，藻类饲料可以取代大豆和其他需要大量土地和水才能种植的传统配料。研究人员预计将在今年春天获得第一批产量，之后 McCann 将进行分析，评估藻类的营养水平并相应地为其农业销售定价。
与此同时，成本仍然是藻类生物燃料的一个棘手因素。价格估计因生产商和规模而异，但到目前为止，没有任何一种能够与目前每加仑 3.53 美元的汽油平均价格竞争。一个名为杜克大学 海洋藻类工业化联盟 的项目，正试图在商业规模上以每加仑 5 美元的价格生产藻类生物燃料。
尽管没有确凿的证据表明藻类生物燃料燃烧时产生的温室气体比化石燃料少，但其净二氧化碳产物低于传统燃料。一公斤藻类 生长需要消耗约 1.8 公斤二氧化碳；相比之下，一棵成熟的树每年吸收约 22 公斤二氧化碳。此外，光合作用生物不需要淡水或耕地来生长，从而减轻了对日益稀缺的自然资源的压力。
但在此之前，藻类中的微小油滴需要被收获。根据 Manning 的说法，这些细胞的宽度约为 10 微米或 0.001 毫米。
她说：“我们正在处理细节。我们正在处理微小的细胞，以及这些细胞内部微小的油滴。” “因此，藻类产油量存在很大差异，从每生物体 15% 到 50% 不等。”
有时为了 增加这些脂质储存，藻类会受到胁迫或饥饿，这会导致油产量增加。种植者可以通过减少硫和氮等营养物质的供应，或增加温度和光照来提高产量。藻类的特定物种也起着作用。
总而言之，伟大的实验（们）将继续进行。虽然美国 几十年来一直在试验工业级藻类，但 BETO 最近的推动为该领域增加了新的紧迫性。“藻类技术不仅提供了卓越的碳汇，还是一种多功能的材料产品，可为从燃料到塑料的可持续性挑战提供解决方案，”能源效率和可再生能源办公室 在关于近期拨款的声明中表示。但除非成本下降，否则这些想法仍将停留在实验室和跑道池塘里——仅此而已。
