科技日報記者?劉霞
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據《日本經濟新聞》最近報道，今年4月，總部位于日本川崎市的千歲實驗室公司在馬來西亞設立了全球規模最大的藻類培養設施，旨在利用二氧化碳生產生物燃料。該公司的目標是在用培養藻類制造生物燃料時，將其成本控制在能與化石燃料競爭的水平。
千歲實驗室公司并非唯一對培養藻類制造生物燃料寄予厚望的公司，其志同道合者還有來自德國等國家的企業，他們都希望培養藻類來制造燃料，實現凈零排放。當然，就目前而言，讓培養藻類“變身”生物燃料還面臨成本高昂、需要技術革新等難題。
生物燃料收到關注
近年來，生物燃料受到極大關注，因為它們被認為是碳中和的，有助于取代化石燃料，緩解全球變暖。用藻類作原料來制造生物燃料極有潛力，但大規模的藻類生產仍然面臨碳供應、水供應和土地需求等挑戰。
據報道，千歲實驗室公司設立的藻類培養設施位于馬來西亞沙撈越州首府附近的火力發電站內。研究團隊在約4.6公頃的區域內，密集擺放著裝有培養液的透明袋，用于培養淡綠色藻類，熱帶特有的強烈陽光會刺激藻類活動。
培養出的藻類稱為“衣藻”，能吸收二氧化碳，借助光合作用進行代謝，在此過程中生成類脂質。研究人員可從類脂質中提取脂肪酸（生產油的原料），再對其進行精煉，獲得的生物燃料可用于飛機和汽車。
據悉，用于培養藻類的二氧化碳來自火力發電站排放的氣體。工作人員培養藻類3天左右，就可提取類脂質和蛋白質。按干燥重量計算，每年可產出350噸藻類，最多可生產8噸可持續航空燃料（SAF）。
多家公司對藻類寄予厚望
千歲實驗室公司主導的項目名為MATSURI，三井化學、ENEOS和資生堂等企業參與了該項目。
此外，德國費斯托有限公司也推出了“仿生細胞工廠”，這是一種在鮮少接觸外界空氣的透明管內培養藻類的裝置。通過“光仿生細胞”項目，費斯托在2022年漢諾威工業博覽會上展示了其首款用于藻類自動化培養的生物反應器。
費斯托公司展示的仿生細胞工廠圖片來源：費斯托公司官網
在2023年的漢諾威工業博覽會上，該公司展示了生物轉化產業化道路上的下一步：仿生細胞工廠。仿生細胞工廠包括了一個整體的生物過程：從持續監測和分析優化藻類培養到收獲、再到各種成分的進一步加工和精煉。獲得的產品可用于化學、食品或制藥行業。與化學過程相反，整個操作不需要高溫高壓，也不涉及毒素。
據介紹，該裝置能從空氣中吸收二氧化碳，將之濃縮后提供給藻類，還能自動管理溫度，提供磷和氮等營養成分。它還會記錄藻類的大小和數量，掌握生長情況，后期使用生物酶對脂質進行精煉。
降低成本是重中之重
盡管培養藻類制造生物燃料具有廣闊前景，但與傳統化石燃料和其他生物燃料相比，其成本仍然相對較高。
首先，藻類的培養需要仔細控制環境條件，例如光線、溫度和營養物質，這可能極具技術挑戰且會消耗大量能源。《日本經濟新聞》網站在報道中指出，傳統做法是在戶外大型水池內培養藻類，但這種方法容易混入雜菌，而且建設大型水池的成本也比較高。
鑒于此，千歲實驗室公司使用的是價格低廉的聚乙烯袋，可輕松開展大規模生產。該公司的目標是，自2027年開始動工建設規模達2000公頃的培養設施，約是現有規模的400倍。公司表示，隨著生產規模的擴大，將來利用藻類制造生物燃料的成本將降至每升約3美元。
有科技咨詢公司指出，如果實現每升約3美元，則藻類制造的生物燃料可與包括化石燃料在內的其他燃料競爭。據悉，日本政府提出了2030年將生產成本降至每升約100日元（約合0.7美元）的目標。
此外，讓藻類干燥，將脂質分離出來，也需要耗費很多時間和勞力，這也是成本高企不下的主要原因。大成建設公司和埼玉大學等開發出了能將脂質排出體外的藻類，由此可省去耗費大量能源的干燥和脂質分離工序。這種方法不僅更加簡單，藻類也可繼續生長。
技術革新不可或缺
業界一致認為，為進一步降低成本，有必要進行技術革新。
研究人員一直在改進藻類培養系統，例如開放式池塘、封閉式光生物反應器等，以優化藻類生長條件并提高生產力。先進的監測和控制系統，包括自動化和人工智能，也已被集成到藻類培養系統中，以優化養分吸收、光照和其他生長參數。
研究人員也一直在開發更先進的收獲和提取方法，例如絮凝、離心和無溶劑方法，以提高脂質回收效率，同時降低能耗和生產成本。此外，利用沙漠等農作物無法生長的地方來培養藻類也令人期待。
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