作者：琼·科卡，阿贡国家实验室

绿藻覆盖着河床中的花岗岩巨石。来源：Shutterstock/Olga Maksimava 

阿贡的研究表明，制造乙醇产生的碳排放可以培养藻类，而藻类又可以用来制造生物燃料。 

当你听到“生物燃料”这个词时，首先想到的可能是玉米。但事实上，如果藻类能够大规模生产，它是另一种可行的替代品。 

藻类是一类能够进行光合作用的水生生物。海藻、池塘浮渣和巨型海带就是一些著名的例子。总的来说，与其他作物相比，藻类每英亩土地产生的燃料是其他作物的10到100倍，但需要大量的水和二氧化碳（CO2）才能生长。这些资源在美国许多地区都是有限的，因此很难维持生产。然而，由于玉米乙醇的生产，中西部地区富含高纯度二氧化碳，这是一个藻类繁殖有可能开花的地区。 

发酵玉米会产生高浓度的二氧化碳和乙醇。美国能源部（DOE）阿贡国家实验室和太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究人员最近发表了一项研究，详细介绍了利用这种二氧化碳在中西部种植藻类所面临的挑战和机遇。 

“这项研究最终显示了在中西部地区生长藻类的潜力，同时减轻了乙醇生产的排放量，这是一个考虑那些试图将藻类碳捕获和利用技术商业化的地区的未来，”阿贡高级科学家Troy Hawkins，一位研究合著者。 

霍金斯和他的团队的研究结果表明，中西部的条件可以支持藻类生长，全年的燃料生产可以通过使用其他材料（如木屑）在藻类生长不好的季节生成燃料来维持。他们还发现，通过这种方式培养藻类，可以减少乙醇生产过程中产生的碳，从而减少乙醇生产过程中的温室气体排放。 

霍金斯说：“像南部各州这样较温暖的地区通常被认为更适合种植藻类，但许多地区获得藻类养殖所需的水和二氧化碳的机会有限。”。“我们在这项研究中试图回答的一个问题是，中西部丰富、高纯度的二氧化碳和淡水的好处是否会抵消该地区不利的增长条件。” 

中西部生产的好处 

中西部各州由于冬季寒冷，一般认为不利于藻类生产。然而，研究人员发现，在温暖的月份，中西部的藻类池塘可以培养出与南部各州一样多的藻类，但水压力较小。当使用玉米乙醇生产中的浓缩二氧化碳与燃煤发电厂中的稀释二氧化碳时，这个过程变得更加节能。 

霍金斯说：“利用玉米发酵产生的浓缩二氧化碳种植藻类，有可能降低乙醇的碳浓度，同时生产更多的藻类生物燃料。”。“这一点很重要，因为玉米发酵会产生大量的二氧化碳，玉米中三分之一的碳进入乙醇，三分之一留在用作动物饲料的酒糟中，三分之一进入大气。” 

生命周期分析详细的影响 

研究人员在对藻类生物燃料的生产过程进行了完整的生命周期分析后得出了他们的结果。他们依赖于阿贡的温室气体、管制排放和能源使用技术（GREET）模型，这是一种独一无二的分析工具，可以模拟各种燃料和车辆组合的能源使用和排放输出。 

“我们过去常常计算生物燃料生产过程中每一步产生的所有排放量，”该研究的主要作者、阿贡能源系统分析师欧龙文（Longwen Ou）说。“这包括研究供应链和生产用电排放的细节。” 

阿贡和PNNL在这方面进行了合作，利用两个实验室开发的建模能力，为寻求生物燃料和生物产品藻类生产商业化的行业以及参与制定影响藻类生物燃料生产和脱碳措施的政策的政府机构提供新的见解。PNNL的藻类生物量可用性工具用于估算藻类生产力。 

该研究还使用了阿贡的美国剩余可用水（AWARE-US）模型来评估与藻类生长相关的水分胁迫。该模型测量了各种技术的水分胁迫。 

这项研究题为“利用高纯度二氧化碳源在美国进行藻类养殖和生物燃料生产：机遇与挑战”，发表在《清洁能源生产杂志》上。

本文转载自微藻博士微信公众号