海藻是备受欢迎的新型生质燃料来源,生长速度快、不占耕地,油产量也比大豆、棕梠等传统的生质能材料还要高,只不过对于海藻养殖来说,还是会有不少挑战,像是如何打造兼具长日照、营养丰富的环境。对此美国团队已经研发出“海带电梯(Kelp elevator)”,借由上下调整藻场深浅,时时刻刻满足海带的日照与营养需求。
比起甘蔗、玉米、大豆等第一代生质能,又或是诸如木材、农林废弃物第二代生质能,第三代的藻类生质能不会有与人争粮的疑虑,不需要砍伐森林,免淡水、肥料与杀虫剂,只要在海洋自然生长即可,因此吸引许多厂商投入藻种筛选、反应器开发、养殖系统、采收与萃油制程等量产化开发等等。
只要光照、水流、温度环境适宜,海藻生长速度其实相当快,几天后再收成就好,但仍希望能最大程度地提高产量。好比若将海藻养殖在日照丰沛的地方,虽然能满足光合作用条件,只是鱼与熊掌不可兼得,无法获得海水下层丰富的硝酸盐、磷酸盐等营养盐。
营养盐是海洋浮游植物行光合作用不可缺少的成分,含量多寡都会影响浮游植物的数量,通常海水表层阳光最为充足,生长大量浮游植物,因此硝酸盐含量最低。对此美国南加州大学(USC)与 Marine BioEnergy 合作,研发出两全其美的法子:海带电梯,调整藻场在海中的深度,控制日照量与营养摄取量。
其中海带电梯由玻璃纤维管、不銹钢电缆和横梁(horizontal beams )组成,团队 2019 年开始在加州海岸实际测试海带电梯的成效,在早上日光丰沛时将多年生大型海带梨形囊巨藻(Macrocystis pyrifera)停留在海洋表层,入夜无光后,再下潜到水下 80 米处,借此吸收营养盐。
实验指出,海带的生长速度再次加速,是普通海带的四倍快,而且也发现海带能承受更大的水压。 Marine BioEnergy 联合创办人兼首席工程师Brian Wilcox表示,我们只要使用现成的产品即可,未来这种模式有助促成全年可生产且具经济效益的碳中和燃料。
- “Kelp elevator" for biofuel production boosts growth by four times
- USC scientists may have unlocked kelp’s potential as a major biofuel source
(图片来源:南加大)