生物制药

在西班牙的沙漠里，绿色的污泥在纵横交错的管道里安静地冒着泡。它吸收着荒漠的阳光，吞噬着附近工厂排放的CO2，迅速地成长着。每天，工人们刮掉一些污泥，将他们带走转化为石油。照这样看，人们在一天内做着地质学上要4亿年才能完成的工作。

确实，这不是什么普通的石油。它属于一类神奇的“负碳”燃料，能把碳从大气中抽出并一劳永逸地封锁起来。其中倒也没什么深奥的原理——你栽种某种植物（在这里是藻类），待它们从空气中吸收一定的CO2，将它们的油份榨出，就能得到碳含量丰富的残渣。它们正是“负碳燃料”的关键。如果将这残渣中的碳贮存起来，暂时阻止它们分解到空气中，空气中CO2的减少量就会超过这些生物燃料的排放量。

这可不是什么账面花招——这大概是短期内最实用的气候改善方案了。虽然它还处于萌芽阶段，可像通用电气，英国石油公司和谷歌这样的公司都纷纷为此掏腰包了。

每当你开车或者搭飞机到某个阳光明媚的地方去，大气层里的碳就多了一点点，地球也就又暖了一点点。生物燃料是缓解这一问题的方法，因为植物在生长时从大气中吸取CO2，从而不会增加碳足迹。今天，最广泛使用的生物燃料是由玉米制得的乙醇。

理论上，这样的燃料应该能够实现“碳平衡”，也就是说，从大气中每吸收100个碳原子，燃烧时这100个碳原子正好返回大气。不幸的是，这没那么简单。农民翻土、施肥和收获时（更别提运行乙醇工厂燃烧的天然气和煤了），需要大量的化石燃料支撑，这使得碳平衡成为天方夜谭。

你可能会说，“so easy”，只要在生物燃料生产过程中捕捉排放的碳就行了。例如生产乙醇的同时，也能得到纯CO2这个副产品。为此，今年早些时候，农业巨头阿彻·丹尼尔斯·米德兰公司（ADM）开始在伊利诺伊州的迪凯特建造全美首个大型碳捕捉及储存项目。它将公司乙醇工厂中的CO2抽吸，压缩并就近存入地下。计划每年可以储存超过一百万吨CO2（见图表）。



然而靠ADM的乙醇不能实现真正的碳平衡：生产乙醇的能耗令碳排放量只比化石燃料减少了两三成。

或许可以用可再生能源替代所有乙醇工厂消耗的化石燃料。但这不能解决粮食作物生产生物燃料的另一大难题：它们与食物竞争土地。2010年，玉米酿成的乙醇占美国运输燃料的8%，用掉的玉米却占了全国总量快40%。如果乙醇替代了所有的化石燃料，它要么会把食品价格推得突破天际，要么逼着农民找新的土地——最可能是两者同时。为了削减大气中的温室气体，我们需要想些办法。“问题是我们能找到的这些办法里，有多少不会让这些生物和土地提供的其它服务打折扣？”约翰内斯·莱曼，康奈尔大学伊萨卡分校（纽约）的土壤学家如是说。

这正是为什么藻类这么前途无量，尤其是单细胞、蓝绿色的变体，也就是我们所说的蓝藻。它们远比地上的作物长得快，可以达到大豆20倍。它们产石油的能力也能通过基因工程轻易提高。最厉害的是，他们能在海水或者不能耕种的碱地上的微咸水中生长，不会妨碍食物生产或者破坏森林(Science, vol 314, p 1598)。

这些特点对“生物燃料系统”（BFS）公司尤其有吸引力，这家西班牙阿利坎特的小公司做的生意是将蓝藻细菌变成“蓝色石油”。公司在位于西班牙沿海沙漠上的水泥厂旁搭建了试点工厂，后者排放藻类生长所需的CO2。

蓝色石油

BFS主席伯纳德·埃斯托洛耶佐用数据揭示了生产过程如何降低碳排量，结果发表在《新科学家》杂志上。为获得一桶石油，这些藻从水泥作坊的烟囱中吸收超过两吨的CO2。然而，这里不是所有的CO2都能永别大气层。培育藻类需要定期混合，这需要能量，而提供肥料和制造石油的过程（已获得专利）需要高温高压，自然也需要能量。这些过程需要的所有化石燃料总共排放700千克CO2。燃料自己被使用（比如在汽车引擎里）又会再放出450千克。剩余的碳——大约相当于900千克CO2——呆在剩余物中，那是一种无机碳污泥，可以被填埋或者混入水泥中。“它们永远不会回到大气中。”

埃斯托洛耶佐说。

BFS的试点工厂每天每公顷藻大约生产2.5桶原油。埃斯托洛耶佐称，照这个速度，BFS这样的系统能替代现在全球的原油模式，只需占用利比亚沙漠四分之一大的一块地方就行。三千五百万公顷当然是很大一块地方，但如果能产出相当于我们每天使用的九千万桶石油的话，也不算太过分。这也是大约全球田地总面积的1%，工厂分散到世界各地的话，就能很快实现了。

不过，这项目还须三思而后行。尽管石油还没上市，但开销已经成为了巨大的绊脚石：BFS的设备决不便宜。光是孕育藻类的聚碳酸酯管道每公顷要花费一百万美元还多，而搅拌藻类需要大量电力。2010年国际能源总署的报告显示，藻类生物燃料的成本至少5美元每公升。

为了保证公司经济运作，BFS以补品形式售出高价值的藻类副产品，如ω-3脂肪酸。生物燃料还是新生事物的时候，这可能还管用，一旦市场上产品泛滥，营养补充剂的需求也将下降。归根结底，这也是治标不治本。

尽管是这样的形势，其它公司也不愿坐视。旧金山附近的“藻类系统”（Algae

System）公司通过在海洋中种植藻类来缩减成本。它们在靠近海岸的25米塑料袋里培育藻类。袋子保证藻类浮于海水表面，那里光线最强，且自然的波浪能完成混合搅拌藻类的任务。公司还计划充入富氮废水来促进藻类繁殖。


在阿拉巴马海岸线的莫比尔湾，“藻类系统”公司正筹建一个几公顷的试点工厂，预计明年年初投入生产。如果所有部分都像在实验室里那样正常运转，应该能得到负碳的燃料，公司主席马修·阿特伍德表示。三四年内化石燃料的价格将因此下降，他补充道。

然而，藻类生物燃料还要解决肥料的难题。藻类吸收营养有如饕餮。而氮、磷这些营养物质价格着实不菲。如果是藻类系统那样小规模的公司，城市及农耕用地的废水就足够了，但随着规模扩大，这些就不再能满足需求了。“只靠人类生活产生的养分输入还不够，”斯蒂芬·乌纳什，“加州生命周期联合咨询公司”的能量分析师和工程师这样说，“你的汽车消耗的远比你在厕所中排泄的要多。”的确，据桑迪亚国家实验室（新墨西哥州）的藻类生物燃料专家，罗纳德·佩特的说法，即使只靠藻类生产十分之一的美国液体燃料，就会耗尽整个国家的氮磷供给(Applied Energy, vol 88, p 3377)。

通过提取、再利用藻渣中的氮和磷，研究者有一天可能会解决营养供应的难题，但是扩大规模后最为棘手的问题是，如何得到所需要的全部CO2。据佩特的计算，即使藻类养殖者能染指全美所有烟囱，每年也只够生产大概750亿升藻类生物燃料，还不足目前全球运输用燃料需求的一成。此外，事实上依赖这些工业烟囱生产生物燃料，仅仅是在二次利用化石燃料产能。“这只是延缓排放，”

位于比利时布鲁塞尔的“欧洲战神”环境基金的主管乔纳斯·黑塞斯说。

迄今为止，这个问题尚无周全的解决方案。一些公司正在研发浓缩提取空气中CO2的科技。位于纽约的“地球恒温器”公司，已经研发出用化学品和低温废热（大约90℃）捕获气流中的CO2的流程工艺并获得了专利。据联合创始者格拉谢拉·齐齐尔尼斯基透露，它的一个试点工厂已经在旧金山附近运营了一年多，并且第二个也正在筹建。她说，公司已经与藻类系统公司签署了技术支持协议，与其它藻类生物能源公司的合作也在商谈中。

生物燃料经营

若能解决这些难题，藻类将成为最有前景的负碳生物燃料。在那之前，一种不那么富有魅力的降低碳排放方法正方兴未艾。

生物燃料最廉价的原料是有机废料，如玉米收获后留下的玉米芯和秸秆，巨芒草等多年生草本植物，死树等。这些原材料已经用来制造乙醇，但其效率由于分解困难而受到限制。在加利福尼亚州的卡马里奥，洛杉矶北部的“冰爽星球能源系统”公司已经找到了更好的处理它们的方法。它开发了一种称为“热解”的改进工艺，即用高温、高压和催化剂把生物直接转化为汽油、柴油和喷气机油中的烃类。这意味着这家公司的燃料可以直接混入常规汽油，以此减少化石燃料的用量，换言之，它降低了汽油的碳强度（碳强度：提供一定能量排放的CO2总量）。