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快速将藻类转化为生物浆

2019-11-08 24藻类

长期以来,生物燃料专家一直在寻找一种更经济可行的方法,快速将藻类转化为生物浆,为车辆、船舶甚至飞机提供动力。犹他大学的研究人员相信他们找到了答案。他们已经开发出一种非常快速将藻类转化为生物浆的方法,使用专门设计的喷射混合器来大量地输送具有成本效益的藻类生物浆。

水中的脂类物质

在池塘、湖泊和河流中生长的微生物中含有脂类,这是一种脂肪酸分子,其中含有的油可以被提取出来为柴油发动机提供动力。提取后的脂质称为生物晶体。这使得像微藻这样的生物成为一种有吸引力的生物质形式,有机物可以作为一种可持续的燃料来源。这些脂质也存在于其他各种单细胞生物体中,如用于奶酪加工的酵母。但是,利用藻类作为生物能量的问题一直是,从含水植物中提取脂质或生物浆所需要的能量。在目前的方法下,将藻类转化为生物浆所需要的能量要比从中获得的能量多。

犹他大学(University of Utah)的一组化学工程师开发出了一种新型的喷射式混合机,这种混合机提取油脂的能量比以前的提取方法要少得多,这是一项关键发现,它使这种形式的能量更接近成为一种可行的、经济有效的替代燃料。新的混合器也很快,在几秒钟内就能提取出脂肪。

该团队的研究结果发表在一份新的同行评审期刊《化学工程科学x》(Chemical Engineering Science x)上。

研究目的:实现能源平价

这里的关键是努力实现能源平价。我们还没有达到这一目标,但这确实是迈向实现这一目标的重要一步。“我们已经消除了一个重要的发展障碍,使藻类生物燃料生产更高效、更智能。我们的方法使我们比以前更接近于创造生物燃料能源平等。”

现在,为了从藻类中提取富含石油的脂质,科学家们必须首先从藻类中提取水,留下生物质的泥浆或干粉。这是整个过程中最耗能的部分。然后,这些残渣与一种溶剂混合,在这种溶剂中,脂质从生物量中分离出来。剩下的是一种前体:原油,用于生产藻类生物燃料。然后,这些燃料与柴油混合,为长途卡车、拖拉机和其他大型柴油动力机械提供动力。但是,由于从植物中提取水的过程一开始就需要耗费大量的能源,因此将藻类转化为生物燃料迄今为止还不是一个实用、高效或经济的过程。

“在发展藻类生物燃料方面,已经做出了许多值得称赞的研究努力,但迄今为止,还没有哪项研究能够产生一个能够吸引商业开发的价格点。我们的设计可能会改变这个等式,让藻类生物燃料重新发挥作用”,犹他大学化学工程助理教授Swomitra "Bobby" Mohanty说。其他合著者包括前美国大学化学工程博士生Yen-Hsun "Robert" Tseng 和美国大学化学工程副教授John McLennan。

新型的喷射式混合机:快速将藻类转化为生物浆

该团队已经创造了一种新的混合萃取器,一种反应器,它将溶剂喷射到藻类的喷射处,产生一种局部的乱流,使脂质“跳跃”到溶剂流中一小段距离。然后将溶剂提取出来,在此过程中可以回收再用。Mohanty说:“我们的设计确保你不需要花费所有的能量来烘干藻类,而且比竞争对手的技术更快。”

Mohanty说,这项技术还可以应用于藻类以外的生物,包括各种微生物,如细菌、真菌或任何微生物油。

根据美国能源部(U.S. Department of energy)的数据,2017年,美国约5%的一次能源使用来自生物质。其他形式的生物质包括燃烧木头发电,从玉米和甘蔗等作物中提取乙醇,以及将食物和院子里的垃圾转化成沼气。藻类的好处是,它可以在池塘、跑道或定制设计的生物反应器中生长,然后收获,产生丰富的燃料。大量种植藻类还可以减少空气中的二氧化碳含量,从而对大气产生积极影响。

“这改变了游戏规则,”Pease 这样评价他们在藻类研究方面的工作。“我们正在创造的突破性技术可能会推动藻类和其他细胞衍生生物燃料的发展革命。梦想可能很快就会实现。”

引用

University of Utah. "Engineers develop fast method to convert algae to biocrude." ScienceDaily. ScienceDaily, 4 March 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190304095852.htm.

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