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环球零碳
碳中和领域的《新青年》
撰文 | 小博
编辑 | 郭郭
→这是《环球零碳》的第398篇原创
35亿年前,远古菌种蓝绿藻的出现,改变了早期地球上的大气结构。
藻类是一种微生物,与其他植物一样依赖光合作用成长,如同一部巨大的气体交换机,经由水、二氧化碳及阳光之间的交互作用,将二氧化碳转换为氧气,地球也因此得以演化出丰富多样的生命体。
这些曾经改变地球早期大气的远古生物,在温室效应持续延续的今日,再一次被人类发现,成为减碳、固碳和改变地球环境的希望之星。
微藻近年来被认为是用于燃料、食品和材料等大量产品的有前途的原料。微藻走进大家的生活,是以一种保养品或者保健食品为大众所知。
微藻饱含维生素和抗氧化剂等其他微量营养素,还可以提供大量的营养蛋白质和人体必需氨基酸,所以以微藻为主的藻类,被联合国列为解决人类粮食危机的重要替代品。关于藻类作为粮食的替代品,可以阅读《环球零碳》此前写的“地球的未来粮仓:藻类农场可养活100亿人”一文。
除了这些用途外,藻类还能够固定大量用于生长的二氧化碳。大约 50% 的藻类生物质是碳,因此,微藻在支持应对气候变化方面具有巨大潜力。在相同面积下,“种微藻”甚至比“种树”能更有效减碳,减碳效率是种树的10-30倍。
今天我们就重点谈一谈微藻作为固碳高手,是如何在人类应对气候变化方面发挥作用的。
1
微藻如何减碳
微藻是微米大小藻类的统称,其中常见的品种,包括绿藻、小球藻、蓝绿藻等,属于一种原生生物。
目前,在合成生物技术下,可进行大量培养或生产的微藻,分属于4个藻门:蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。
微藻利用吸收的二氧化碳,来进行光合作用生长,淡水与海水皆可看到微藻的踪迹,甚至在一些小区河川内,都不难看见“绿色藻团”浮在水面上。
微藻固碳的原理与植树造林减碳一样,是利用光合作用将二氧化碳(无机碳)转换为有机体(有机碳)及氧气。一般绿色植物因生长速度缓慢,且所需土地面积广大,故减碳效益有限;相对而言,自然界的藻类,具有生长速率较快及较低的土地面积依存度等优势。
以同样一公顷面积相比,植树一年可吸收10-16吨的二氧化碳,而微藻一年则有220多吨的固碳量,是植树的10倍以上,减碳成效很高。
微藻成为气候变迁下大家需要的“生物”,也陆续出现各公司开发相关产品,从桌上型盆栽、空气清净机,到一栋建筑大楼等,都充满微藻的身影。
比如,有些人将藻类养在水缸等器皿中,来净化空气。器皿中的微藻在生长时,会吸收空气中的二氧化碳,并释放氧气。微藻可以吸收比体积大两倍的碳。以实例来看,一株微藻的小盆栽,能抵消“一杯拿铁”所产生约 340 克的碳排。
在日常生活中,还有许多地方可利用微藻,成为“固碳社群“的一份子:
比如美国人工智能公司 Hypergiant 制造了装满微藻的空气清净机。摆下约一扇门高度的仪器在办公室,将等同 400 棵树能吸收的碳排。
图说:位于汉堡的生物智能住宅BIQ,被称为世界首座绿藻建筑
来源:维基百科
英国建筑商Arup 打造出微藻大楼。将 15 层的大楼外墙,设置微藻反应器,不仅在城市中固碳,也能吸收光源,为建筑供电。
美国石油巨头埃克森美孚利用微藻炼油,通过微藻,提炼出的生质柴油,产量比常见的以玉米提炼还高出七倍。
2
利用微藻发展循环经济
由于微藻没有根、叶和茎,它们可以比陆地植物更有效地利用二氧化碳和营养物质,使它们能够更迅速地生长。它们可以相对容易地栽培和收获,以生产生物质作物("藻类养殖"),可用作食品或生物能源。
藻类生物质还含有广泛的有用分子,可用于生物塑料、生物燃料、健康产品、化妆品和食品成分。
微藻的另一个惊人之处在于其多样性。还有数以万计的其他物种,其形式和功能的多样性令人叹为观止,仍在等待人类去探索。
正因为微藻的这些特点,所以可利用微藻打造循环经济。
图为夏威夷大岛科纳海岸沿线的微藻种植工厂
来源:scitechdaily, Cyanotech Corporation
微藻在帮助减少与食品安全有关的问题方面具有强大的潜力,如土地稀缺、气候变化、低效和不可持续的化肥使用,以及相关的营养物质泄漏和水污染,促进循环经济和保护自然。
因为微藻是地球上“吃碳”最快的生物,可以把制造生质能过程中产生的CO2全部吃光,并开发出零排碳生物质能源系统。
在我国台湾地区的中钢集团,就跟张嘉修教授合作,直接把高炉烟道里的二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等废气导入微藻玻璃管中,由微藻吸收进行光合作用,这项计划进行一年,结果发现,微藻可以吃掉烟道中50%的二氧化碳,同时可吃掉75∼90%硫氧化物、氮氧化物。
这项结果显示,微藻具有减碳与减轻空气污染的效果。
现实操作中,如果工厂排出大量CO2与废气,必须大量培养微藻,利用海面培养微藻是较可行的作法。
而且这些“吃碳”的微藻很营养,含有丰富的叶黄素、虾红素、Omega-3脂防酸(深海鱼油主要成份),所以还可以利用微藻开发保健食品;微藻富含抗过敏、抗氧化物,可增加免疫力,还可以提炼制造药品。
微藻可制造有机的动物、水产饲料,也可用于制造化妆品、色素,在化妆品方面如口红、面霜和精华液;食品方面,如冰淇淋、果冻、饼干等。
生物精炼方面,微藻可以提炼糖;有些油藻富含油脂,可开发生物质能源,提炼生质柴油、生质酒精等。
另外,微藻富含蛋白质、矿物质,可制成有机肥料。
微藻除了可以跟重工业结合外,还可以跟养殖业结合。比如一些养猪户,猪粪尿废水任意排放至河流,会造成严重污染,这些猪粪尿废水可由微藻来吸收净化,加上烟囱排放的二氧化碳,可让微藻快速生长,微藻一生大约半天,可以进行采收,制成微藻粉或藻液,萃取叶黄素、虾红素等制造保健食品,也可制成饲料添加物,用来养鱼虾、养猪,也可以制成有机液肥,用来种植蔬果,每个环节都充分利用,是真正的循环经济。
注:首图来源于labmanager
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