藻类能源研究史
把藻类作为能源作物的构想起源于二十世纪中叶,五六十年代的一系列实验证明,在周围环境缺少氮元素或硅元素等必须矿物质时,某些藻类会在这种“饥饿”状态下产生大量脂质,最终在细胞内形成油滴。虽然缺乏养分能刺激藻类产油,但养分太过贫乏时,又会造成藻类抑制细胞分裂,生长也过度放缓,总产油量将不升反降。因此,要让藻类大量产油,矿物质的含量控制必须十分精确。兴味索然的研究者并没有花费太多力气去寻找微妙的最优条件,这方向的研究被搁置了约二十年。
七十年代早期的石油禁运导致油价一路高企时,美国政府才猛然警觉到自己对化石燃料的过度依赖。这场危机最终推动美国能源部开展了水生物种计划(Aquatic Species Program)。最初的研究是用藻类的生物质进行厌氧分解,以产生甲烷(沼气)与氢气。1978年前后的一系列实验也成功地把产气的成本控制在一个相当有竞争力的范围内。后来随着部分能大量产油的藻类品系被发现,脂类燃料--即俗称的“生物柴油”才成为研究重心。某些藻类内含的油脂(主要是三酸甘油酯)能占到干重的60%以上。例如硅藻类的一种隐秘小环藻(Cyclotella cryptica)就是许多研究者共同瞩目的品种,它的细胞壁合成需要硅,在缺硅环境下即大量产油。
从1978到1996年,美国能源部下属的国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)一直支持着这项研究计划,十八年间总计约投入2500万美元。研究者们从美国各地收集了三千多种藻类,测试它们在温度盐度酸碱度各异的水体中的产油能力,并最终筛选出三百多种希望之星--大多是绿藻和硅藻。
但炼油总成本依然是个问题。1995年的石油价格是每桶 20美元。而同期的藻类柴油成本在每桶59到186美元之间。与化石燃料相比,藻类柴油实在太不划算了。1996年,因削减预算,水生物种计划被最终喊停。当时的研究计划领导者之一,现在明尼苏达双城大学任教的约翰·希恩(John Sheehan)回想往事时发出了这样的感叹,“藻类并非解决能源危机的王牌--或许所谓的‘王牌’根本不存在。”
脱颖而出的新一代藻类柴油
“藻类就是解决之道,就是最终答案。”辛西娅·华纳(Cynthia Warner)斩钉截铁地如是说。
2008年1月,阴郁的乌云笼罩着伦敦。当时还身为英国石油公司(BP)炼油部门高管的辛西娅在她宽敞的办公室中会见了蓝宝石能源公司的CEO杰森·派尔(Jason Pyle),蓝宝石能源公司是藻类柴油公司中的领军者之一,他们刚刚获得了大笔风险投资,连比尔盖茨的瀑布投资公司(Cascade Investment)也在他们身上下注了一亿美元。
起初辛西娅只把这看成一次礼节性的会谈--不过是“又一个生物燃料的大饼”,但随着杰森充满热情的介绍,她的兴趣被逐渐唤起。他们从中午12:30开始,一连谈了七个小时,最后辛西娅完全被杰森说服了。2008年底,49岁的辛西娅从英国石油公司辞职,离开了她服务了二十多年的石油业,,举家横越大西洋,从伦敦搬到了加州,不再每日指挥来自五大洲的一万多下属,转而成为了蓝宝石能源这家仅百余名雇员的新创公司的总裁。
“我承认放弃在石油业的一切起初确实有点令我动摇,”辛西娅表示,“但一旦我了解藻类技术的潜能,我立刻意识到绝不能把这个机会拱手让人。”
任何能源要有效替代化石燃料,都必须克服两大难关--产量与成本。而与其他燃料作物相比,藻类在这两点上都有着过人之处。
首先,藻类的单位产量极高。藻类是地球上长得最快的生命体之一,在适宜的培养条件下,它的质量可以在数小时内倍增,这是其他植物望尘莫及的。同时,与其他作物的季节性产出不同,藻类可以不断生长、持续收割。美国能源部今年五月提供的一份《藻类生物燃料路线图》报告中提及,目前特定藻类的出油量已经达到大豆的60倍。研究更显示未来每英亩藻类最高可年产6500加仑的油(每平米年产6升),这个产量是传统燃料作物油棕榈的十倍,葵花的六十倍,大豆的一百三十五倍。