GreenOil:ScientistsTurnAlgaeIntoPetroleumIn30Minutes綠色石油新工藝：30分鐘藻類(lèi)變?cè)蚐cientistsatthePacificNorthwestNationalLaboratoryareclaimingsuccessinperfectingamethodthatcantransformapea-soupysolutionofalgaeintocrudeoilbypressurecookingitforabout30minutes.Theprocess,calledhydrothermalliquefaction,alsoworksonotherstreamsoforganicmatter,suchasmunicipalsewage.Andthecrudeoilcreatedislightweightandlowinsulfurandcanbe“droppedin”torefineriesthatprocessfossilcrudes.美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PacificNorthwestNationalLaboratory ;下簡(jiǎn)稱(chēng)PNNL)的科學(xué)家宣稱(chēng)，他們成功完善了一種將藻類(lèi)轉(zhuǎn)化為原油的新工藝，方法是對(duì)藻類(lèi)原料進(jìn)行30分鐘的〃高壓蒸煮”。這種工藝名為〃水熱液化”，也適用于其他有機(jī)物流(如城市污水)的處理。由此產(chǎn)生的是輕質(zhì)低硫原油，可加入處理化石原油的煉油爐，得到進(jìn)一步的提煉?！癐t’sabitlikeusingapressurecooker,onlythepressuresandtemperaturesweusearemuchhigher,”saidresearcherDouglasElliottinastatement.“Inasense,weareduplicatingtheprocessintheEarththatconvertedalgaeintooiloverthecourseofmillionsofyears.We’rejustdoingitmuch,muchfaster.”“這有點(diǎn)像使用高壓鍋，只不過(guò)我們所采用的壓力和溫度都要高得多，”研究員道格拉斯?艾略特(DouglasElliott)在一份聲明中說(shuō)，“從某種意義上說(shuō)，我們復(fù)制了地球在幾百萬(wàn)年中將藻類(lèi)轉(zhuǎn)化為石油的過(guò)程。只不過(guò)我們大大加速了這—過(guò)程。”Itonlymakessensethatscientistsshouldbeabletofigureouthowtoturnalgaeintocrudeoil.Afterall,mostoftheoilthatwedrilloutofthegroundwasformedbyalgaeandothersea-borneflorathatpiledupatthebottomoftheoceanovermillenia,thengotcompactedandheatedovereonsandtransformedintopetroleum.科學(xué)家找到藻類(lèi)變?cè)偷耐緩绞窃缤淼氖?。畢竟，我們?nèi)缃駨牡叵麻_(kāi)采出來(lái)的大部分石油，都是由藻類(lèi)和其他海洋植物形成的，它們先在海底堆積幾千年，然后再經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的高溫高壓，最終轉(zhuǎn)化成石油。Butfiguringouthowtodoiteconomicallyisachallenge.Ahalf-centuryagoresearchersweregrowingalgaeontheroofofM.I.T.Morerecently,ExxonMobilraisedthehopesofthealgae-to-oilcrowdin2009whenitforgedaresearchventurewithCraigVenter’sSyntheticGenomics.IfVenter(whowasfirsttodecodethehumangenome)couldfindorengineeranalgaestrainadeptatnaturallycreatingoils,Exxonwouldfunddevelopmenttothetuneof$600million.UnfortunatelyVentercalledoffthequestafewyearslater.Algaesjustweren’toilyenoughtobecommerciallyviablesourcesofcrude.但要找到經(jīng)濟(jì)適用之道就沒(méi)那么簡(jiǎn)單了。50年前，研究員們就開(kāi)始在麻省理工學(xué)院(MIT)的樓頂上種植藻類(lèi)。最近的2009年，?？松梨?ExxonMobil)與克雷格?文特爾(CraigVenter)的合成基因組學(xué)公司(SyntheticGenomics)聯(lián)合設(shè)立研究機(jī)構(gòu)，重新點(diǎn)燃了藻類(lèi)變石油的可能性。假如文特爾(人類(lèi)基因組解碼第一人)能夠找到或通過(guò)基因工程構(gòu)造一種特殊藻類(lèi)，使之通過(guò)生物機(jī)制制造石油，那么埃克森美孚將拿出6億美元的贊助。但很遺憾，文特爾在幾年后中斷了這一研究。藻類(lèi)含油量實(shí)在太低，無(wú)法成為商業(yè)上可行的原油來(lái)源。Anewgenerationofscientistssaysthat’shogwash.It’snotaboutfindingaparticularlyoilyalgae,it’sabouttheprocessofturninganyalgaeintooil,saysJimOyler,CEOofGenifuel,whohasworkedcloselywithDouglasElliottandotherresearchersatthePNNLforyearsandhaslicensedthetechnology.“We’veprovenitcanbedone.”.而新一代科學(xué)家們表示，這些都是無(wú)稽之談：?jiǎn)栴}不是要找到一種含油豐富的藻類(lèi)，而是要找到能將任何藻類(lèi)轉(zhuǎn)化為石油的工藝，Genifuel公司CEO吉姆?奧耶勒(JimOyler)說(shuō)，他已與道格拉斯?艾略特等PNNL研究人員密切合作多年，并給這項(xiàng)技術(shù)頒發(fā)了許可。"我們已經(jīng)證明了這一技術(shù)的可行性?！彼f(shuō)。Aspateofarticlesinscholarlyjournalswouldseemtobackhimup.IntheOctoberissueofAlgalResearch:Biomass,BiofuelsandBioproducts(ajournalpublishedbyElsevier),youcanreadacoupleofpiecesbyPNNLresearchersincludingonetitled“Processdevelopmentforhydrothermalliquefactionofalgaefeedstocksinacontinuous-flowreactor.”SimilarresearchhasalsobeendoneatOhioStateandatDenmark'sAarhusUniversityandtheUniversityofSydneyinAustralia各學(xué)術(shù)期刊近期不少文章似乎都能為其提供佐證。在由愛(ài)思唯爾出版社(Elsevier)出版的《藻類(lèi)研究：生物量、生物燃料和生物制品》(AlgalResearch:Biomass,BiofuelsandBioproducts)10月刊中，你可以讀到UPNNL研究人員發(fā)表的多篇論文，其中一篇就名為《連續(xù)流反應(yīng)器中藻類(lèi)原料水熱液化工藝的研發(fā)》(Processdevelopmentforhydrothermalliquefactionofalgaefeedstocksinacontinuous-flowreactor)o另外，俄亥俄州立大學(xué)(OhioStateX丹麥奧胡斯大學(xué)(AarhusUniversity)和澳大利亞悉尼大學(xué)(UniversityofSydney)也進(jìn)行了類(lèi)似的研究。Mostofthesepapersarefullofgeekspeak.ThankfullyOylerwaspatientenoughtowalkmethroughtheprocess.Youstartwithasourceofalgaemixedupwithwater.Theidealsolutionis20%algaebyweight.Thenyousendit,continuously,downalongtubethatholdsthealgaeat660degreesFahrenheitand3,000psifor30minuteswhilestirringit.Thetimeinthispressurecookerbreaksdownthealgae(orotherfeedstock)andreformsitintooil.其中大多數(shù)論文都充斥著專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。好在奧耶勒給我作了一番耐心的講解。首先，將藻類(lèi)與水混合。混合液中藻類(lèi)的理想比重大約為20%。然后將混合液緩緩注入—根長(zhǎng)長(zhǎng)的管道之中，在349攝氏度和20.7兆帕氣壓的環(huán)境中保持30分鐘，同時(shí)不斷攪拌。30分鐘后，高壓鍋已將藻類(lèi)（或其他原料）分解，并形成原油。Given100poundsofalgaefeedstock,thesystemwillyield53poundsof“bio-oil”accordingtothePNNLstudies.Theoilischemicallyverysimilartolight,sweetcrude,withacomplexmixtureoflightandheavycompounds,aromatics,phenolics,heterocyclicsandalkanesintheC15toC22range.據(jù)PNNL研究稱(chēng)，每添加100磅的藻類(lèi)原料，該系統(tǒng)就能產(chǎn)出53磅的“生物原油’。這種原油在化學(xué)組成上與輕質(zhì)低硫原油十分接近，是一種復(fù)雜混合物，包括一系列碳原子數(shù)在15-22的輕質(zhì)、重質(zhì)化合物，以及芳烴、酚類(lèi)、雜環(huán)化合物和烷烴。Notalltheorganicmattergetsturnedintooil.Italsoyieldsastreamofcarbondioxide,hydrogenandoxygen,whichcanreadilybeturnedintoastreamofsyntheticnaturalgasandburnedtogenerateheatorelectricity.并不是所有的有機(jī)物最終都轉(zhuǎn)變成了原油。這一過(guò)程還產(chǎn)出了由二氧化碳、氫氣和氧氣，很容易得到合成天然氣，可以通過(guò)燃燒產(chǎn)熱并發(fā)電。Alsoleftoveriswaterrichintheplantnutrients(nitrogen,phosphorousandpotassium)previouslypresentinthealgae.Thiswatercanbesoldbacktothealgaepondsasfertilizer.剩下的還有富含植物營(yíng)養(yǎng)素(氮、磷、鉀)的水，這些營(yíng)養(yǎng)素原先存在于藻類(lèi)之中，這種水可以賣(mài)回藻類(lèi)養(yǎng)殖場(chǎng)作為肥料。“Nothavingtodrythealgaeisabigwininthisprocess;thatcutsthecostagreatdeal,”saidElliottinastatement.“Thentherearebonuses,likebeingabletoextractusablegasfromthewaterandthenrecycletheremainingwaterandnutrientstohelpgrowmorealgae,whichfurtherreducescosts.”“不用對(duì)藻類(lèi)進(jìn)行干燥處理是該工藝的一大突破，這大大降低了成本，”艾略特在一份聲明中稱(chēng)，“還有其他額外好處，比如可以將水中的可用氣體提取出來(lái)，再將剩余的水連同養(yǎng)分進(jìn)行回收再利用，幫助種植更多的藻類(lèi)，這又進(jìn)一步降低了成本?！盩heresearchersfigurethatatcurrentalgaepricesofseveralhundreddollarsatontheycouldmakealgae-basedfuelforthegasolineequivalentoflessthan$5pergallon.研究人員推測(cè)，按照現(xiàn)在一噸幾百美元的藻類(lèi)價(jià)格，他們制造相當(dāng)于汽油的藻基燃料的成本低于每加侖5美元。Andalgae’sonlythemostviableoilsource.Thesametrickscanoil-ifyallsortsofotherorganicwastessuchasmanure,municipalsewage,vegetablecompost,evenfishheads.Indeed,ifthetechnologycanbesuccessfullyscaleduptocommercialsize,saysOylerourstinkystreamsofhumanwastealonecouldprovidethefeedstocktomeet10%ofourworldwidepetroleumdemand.而藻類(lèi)只是原油來(lái)源中可行性最大的一種。同樣的工藝還能用來(lái)對(duì)各種有機(jī)廢物——如糞便、城市污水、蔬菜堆肥乃至魚(yú)頭——進(jìn)行原油化處理。奧耶勒說(shuō)，其實(shí)，如果該技術(shù)可以成功擴(kuò)大到商業(yè)化規(guī)模，那么單是人類(lèi)排泄物提取的燃料就足以供應(yīng)全球10%的石油需求。Firstthey’llneedtoexpandtheirsystemsbeyondthepilotscale—itwillcostabout$1milliontobuildaplantthatcanhandleatonofalgaeperday.首先，他們需要擴(kuò)大到試點(diǎn)規(guī)模之外——建造一座藻類(lèi)日處理能力為一噸的工廠將需要100萬(wàn)美元。Yes,I’mskepticaltoo.Butlookatwhatwe’vedonewithcorninrecentyears.“Cornethanolwasanamazingaccomplishment—tothinkthatwemake15billiongallonsayearusingonlyasmallpartoftheplant,”saysOyler."Butwecanallacceptthatcornisnottherightpathforward.Youcangrowalgaeanywhereandinanywater.Comparedtocornit’snotveryfinicky.”的確，我也將信將疑。但不妨先看看玉米乙醇。“玉米乙醇取得了驚人的成就——試想，每年由此生產(chǎn)的乙醇達(dá)到150億加侖，而且只用到了這種作物的一小部分，”奧耶勒說(shuō)，"但我們都承認(rèn)的一點(diǎn)是，玉米不是正途。而藻類(lèi)在任何地方、任何水質(zhì)都能養(yǎng)殖，它沒(méi)有玉米那么嬌氣。”Abigcriticismofcornethanolovertheyearsisthattheprocessofgrowingitrequiressomuchfertilizer,waterandotherenergyinputsthatbythetimeyou’vegotitturnedintoethanolyou’velostenergynotgainedit.Ifanenergysystemhasanegativenetenergybalanceitisnecessarilycannibalizingotherenergysources.這些年來(lái)，玉米乙醇面臨的一大批評(píng)是：種植玉米需要大量施肥灌溉并投入其他能源，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖贾畷r(shí)，在能源的投入與產(chǎn)出方面其實(shí)是得不償失的。如果一個(gè)能源系統(tǒng)的凈能量節(jié)余為負(fù)，那么它必定額外耗費(fèi)了其他能源。Thisappearstobeaninconvenienttruthforalgaeaswell.Mostmethodsofcultivatingitsimplyeatmoreenergythaniscontainedinthealgae.而這似乎也是藻類(lèi)產(chǎn)油中一個(gè)不可忽視的真相。在很多種植方法下，藻類(lèi)中最終固定下來(lái)的能量最終都要小于種植過(guò)程中所投入的能量。Thekeywillbeinfiguringouthowtom