據《日本經濟新聞》6月15日報道,利用生物生產凈零排放燃料的研究取得進展。
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全球規模最大的藻類培養設施,利用二氧化碳生產燃料原料。該公司的目標是,未來將生產成本控制在能與化石燃料競爭的水平。
為實現脫碳,以電動化難度較大的飛機為主,各領域對凈零排放燃料的需求不斷增長。可持續航空燃料(SAF)目前主要是利用廢棄食用油生產的。鑒于廢棄食用油供應量有限,有必要向其他燃料轉型。如果可以降低成本,則利用藻類生產燃料的做法較有發展前景。
在馬來西亞沙撈越州首府附近的火力發電站內,千歲實驗室公司設立的藻類培養設施正式啟動。
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。透明聚乙烯袋的厚度約為10厘米,高度接近一米。該公司對藻類培養用袋進行了多次改良。據稱,若將所有袋子橫向放置,連在一起的長度約為64千米。
熱帶特有的強烈陽光會刺激藻類活動。被稱為“衣藻”的藻類吸收二氧化碳,在通過光合作用進行代謝的過程中生成類脂質。工作人員接著從類脂質中提取脂肪酸,脂肪酸是生產油的原料。然后再對其進行精煉,用于驅動飛機和汽車等。
日本四季溫差較大,藻類生長速度變化大。在高溫多濕環境下,容易混入雜菌。而且,臺風等自然災害頻發。而馬來西亞位于赤道附近,溫度變化較小,自然災害少,適合設置藻類培養槽。
用于培養藻類的二氧化碳來自火力發電站排放的氣體。工作人員培養藻類三天左右,然后提取類脂質和蛋白質等。按干燥重量計算,每年可產出350噸藻類,最多可生產8噸SAF。
傳統做法是在戶外大型水池內培養藻類。問題是容易混入雜菌等。建設大型水池的成本也較高。千歲實驗室公司使用的是價格低廉的聚乙烯袋,可以輕松開展大規模生產。該公司的目標是,自2027年起動工建設規模達2000公頃的培養設施,是現有規模的約400倍。隨著生產規模擴大,將來利用藻類生產生物燃料的成本將降至每升約3美元。該公司首席執行官藤田朋宏表示:“希望進一步降低設施建設成本和藻類培養成本。”
利特爾日本公司的浜田研一表示:“如果能實現將成本降至每升約3美元的目標,則可以與包括化石燃料在內的其他燃料競爭。”
日本政府提出了2030年生產成本降至每升約100日元(約合0.7美元)的目標。為進一步降低成本,有必要進行技術革新。
讓藻類干燥、將油分離出來,需要耗費很多時間和勞力,這是成本較高的主要原因。大成建設公司和埼玉大學等開發出了不在體內儲油而是將之排出體外的藻類。由此可以省去藻類干燥和油類分離工序,而這一工序需要消耗大量能源。
油的回收變得更加簡便,藻類也可以繼續生存下去。
許多企業對藻類寄予厚望。千歲實驗室公司主導的藻類利用項目名為MATSURI,ENEOS、三井化學和資生堂等企業參與了這一項目。
在海外,有些公司也開始在類似工廠的環境里穩定培養產油藻類。德國費斯托有限公司等推出了“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。
該裝置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。后期油的精煉工藝使用的是生物酶。
有望實現凈零排放的燃料有很多種,但各有長處和短板,尚無法確定最佳選項。至于利用玉米等谷物生產燃料,雖然相關技術已經確立,但受糧食行情等因素影響,成本不穩定。
適合耕種的土地有限。如果擴大耕地面積,可能引發森林砍伐等問題,給環境造成影響。
歐洲等地則在大力推進對餐飲店和食品廠等產生的廢棄食用油加以利用。芬蘭耐思特公司在新加坡建廠,可利用廢棄食用油等生產多達100萬噸的SAF。不過,廢棄食用油供應量有限,無法完全滿足需求。
還有一種方法是,通過分解木材和農作物殘余物所含纖維素來生產燃料。該方法尚未成功實現批量生產,大規模收集殘余物等的方法尚未確立,并沒有真正進入實用化階段。
利用沙漠等農作物無法生長的地方來培養藻類令人倍感期待。另一方面,也曾出現因無法確立批量生產技術而陷入僵局的情況。美國埃克森美孚公司曾出資支持初創企業維里多斯公司,但后來退出了該項目。
雖然現階段全球SAF產量較少,但據預測,到2030年其產量將增至230億升,2050年將擴大至4490億升。難以利用一種原料生產全部SAF,有必要開展更廣泛的研發活動。