追求生物原料多样化以满足世界燃料和化学品的大量需求是人类可持续发展的重要课题。对美国而言, 如果将美国所有的大豆都以植物油形式生产生物柴油, 也只能满足现在柴油需求量约16%。换言之, 即使美国全部的大豆等油料作物用于生产生物柴油, 每年也只能生产37 亿L, 而美国现在每年使用柴油量达2 270 亿L。要发展生物质生产柴油, 必须另辟蹊径。
因为海藻含油量高于谷物, 并且较少的占地就可较大量的生产。为此, 从海藻生产乙醇和生物柴油燃料的途径正在脱颖而出。美国能源部实验室和加利福尼亚州LiveFuels公司正在开展合作项目, 从海藻中提炼原油。该公司表示, 海藻有望成为一个很有潜力的燃料新来源, 他们已经资助美国圣地亚国家实验室的数十项工程, 目标是到2010 年可得到经济可行的生物柴油。
圣地亚国家实验室研究人员在5 年前就已开展相关研究, 目前已积累了丰富经验。据介绍, 海藻油与大豆油类似, 可以用来生产生物燃料。然而海藻可以在不适合种植庄稼的土地上种植, 甚至可以生长在咸水里。圣地亚国家实验室表示, 通过对一种特种海藻的研究表明, 仅需美国土地的0.3%就可生产出满足美国全部运输燃料用海藻。为了将生物质原油的成本控制在每桶60 美元之内, 海藻必须生长肥硕而富含油质。商用海藻( 如螺旋藻) 富含蛋白质和淀粉, 但油脂不足。少数富含油质的海藻( 如雨生红球藻) 有希望用于商业化生产, 但在美国, 其油脂价格为2 643 美元/kg 左右, 过于昂贵而无法用作汽车燃料。
“富油海藻”,听上去与生物质原油原料毫不相干, 但人类目前使用的石油正是源自史前的生物质( 包括海藻) 。在高热、高压条件下, 自然界生物质的分解过程持续数百万年之久。我们今天使用的很多石油都起至2 亿多年前的石炭纪。LiveFuels 公司称目前面临的挑战是在短期内扩大种植海藻面积并将其转变为廉价的生物质原油。用810 万~1 620 万hm2 的贫瘠土地种植海藻, 其转化的油便相当全美国进口的石油量。而其余18 200 万hm2 肥沃的土地仍足够生产美国所需的粮食。该公司表示, 使用海藻生产的生物质原油可减少温室气体排放, 其原因是燃烧过程中产生的二氧化碳, 大部分可以通过种植的海藻吸收,实现简单循环利用。而其他生物柴油原料, 由于需要大量的耕地, 因此工业化前景并不乐观。利用海藻生产生物质原油则不存在这个问题, 海藻每公顷原油的生产率是大豆的600 多倍。因此认为, 利用海藻生产生物柴油的前景更为广阔。
海藻繁殖作为燃料的另一个潜在来源, 已有一些公司在开发这一系统。位于美国剑桥的GreenFuel 技术公司与亚历桑那公共服务公司(APS) 合作利用从燃气电站排放的CO2, 供给可转化成生物柴油或生物乙醇的海藻。GreenFuel 公司的技术已在Arizona 的APS 电厂于2005 年完成中试。该技术使用了高生长率的海藻, 将海藻置于装有水的大型试管内, 并直接曝置于阳光照射下。该系统的设计优化了光合作用。据称, 该验证项目需有足够的阳光和CO2 供应。实验取得了成功, 该项目将在电厂所在地扩大到一系列的绿色房间似的建筑物内, 面积达4 575m2。当大量生产时, 每年每公顷将得到493 t海藻。该公司预计, 2008 年将在Arizona 开始商业化生产, 以后的发展目标地是澳大利亚和南非。
美国正在开发海藻作为燃料替代来源。位于美国亚利桑那州的XL 牛奶集团拥有专有的、低成本海藻生产系统, 将会组合到XL 生物炼油厂中, 以降低操作成本和扩大生产车用燃料和动物饲料的数量。将从海藻生产乙醇和生物柴油燃料,预计将于2008 年开始在7 500 头奶牛场生产。该奶牛场位于Phoenix 西部的160 km 的Vicksburg。XL 牛奶集团正在当地建设一体化生物炼油厂, 每年将生产2 455 万L 乙醇和2 273 万L 生物柴油, 该公司使用海藻生产生物燃料后, 目标是在今后5 年内使乙醇产量扩大到4 546 万L, 生物柴油产量扩大到11 365~13 638 万L。
美国PetroSun 公司的子公司Algae BioFuels公司于2007 年4 月初宣布, 向澳大利亚转让生物柴油技术, 公司可将海藻油炼制成生物柴油。生产装置将包括设计年生产9 092 万L 生物柴油的生物燃料炼油厂。研究已验证, 海藻的产油率超过5.5 万kg/( a.hm2) 。来自常规作物的生产生物柴油的产率都大大低于海藻。如棕榈油为5 000 kg/( a.hm2) 、花生油为890 kg/( a.hm2) 、菜籽油和葵花籽油为675 kg/( a.hm2) 、大豆油为450 kg/( a.hm2) 、棉花籽油为225 kg/( a.hm2) 。
以色列一家生物公司也开发出一项新技术,利用发电厂排放的二氧化碳养殖海藻, 进而从中制取生物燃料。锡姆生物公司于2004 年在阿什克隆发电厂的一个实验农场里启动了这项研究。研究人员从发电厂排放的废气中分离出二氧化碳,冷却后将其释放到养殖海藻的池塘里。经过培养,海藻长势迅猛, 产量大大提高, 这为用海藻制取生物燃料提供了原料保障。以前科学家认为发电厂的二氧化碳不可能用来养殖海藻, 因为其中含有大量污染物质。但锡姆生物公司成功实现了技术突破, 在减少工业污染的同时制造出新型绿色能源, 缓解能源危机, 可谓一举两得。此外, 使用二氧化碳可以将海藻的养殖成本降低约一半。锡姆生物公司已在美国申请了技术专利。