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2011 年 07 月 23 日 / ctkuo

藻類生質能源(三)藻類培養

作者:郭致廷 / 編輯:歐陽孚、楊卓儒

在前一篇藻類生質能源(二)中,我們介紹了幾種生質燃料裡常用的藻類。 然而不論擁有多麼優良的藻種,若沒有適當的培養環境,仍然無法順利大規模量產藻類。尤其依目前技術,培養藻類所需的成本約佔總成本的50%。如何以工程的方法,大量培養藻類並降低養殖成本是目前藻類培養工程中的一大難題。

藻類生質能源(一)裡有稍微介紹過藻類培養該注意的地方,這次我們將更深入為讀者們介紹大規模藻類培養的重點。第一:提供良好的生長環境。 藻類生長需要陽光、二氧化碳,與適當的營養源如:氮、磷化物。然而這些元素並非越多越好,例如光照、光強不夠時,藻類就會生長緩慢,但是光強過高時(例如正午時刻的陽光),也會抑制藻類生長。同樣情形也適用於二氧化碳與營養鹽濃度,重要的是適量,因此增加了大型培養時控制這些因子的難度。第二:防止培養環境被其他微生物入侵。這點在大規模養殖時尤其困難。當製造出適合藻類生長的優良環境後,通常代表也適合其他微生物生長,因此一旦被入侵之後,對營養源的競爭就會影響到藻類的生長。第三:成本考量,前面提到了許多需要被控制的因子,然而在成本的限制下,很難全面照顧周全。因此如何在維持藻類生長速度以及降低成本之間做平衡就是藻類培養養殖工程師的最大考驗。接下來我們將介紹目前幾種正在被業界使用或是大規模測試的養殖方式。

一、開放式培養:

1.圓池式開放養殖

這段影片是台灣遠東生技公司接受新加坡電視台的專訪影片,影片中3:29所示即為 藻類圓形養殖池。圓形池子有利均勻地混合藻類與水、防止藻體沉澱,讓藻類可以平均地接受日照。池中養殖的藻種主要為螺旋藻,螺旋藻因生長在鹼性環境裡,較不易受到外來微生物污染,因此常用於開放式養殖。

2.跑道式養殖池(Raceway Pond)

圖中為美國Seambiotic公司的跑道式養殖池,僅利用水車促使水流在跑道式養殖池裡流動。其優點為能量輸入更少,僅需提供水車轉動的電量即可。而且跑道式的設計比圓形池能更妥善利用空間。然而缺點也是因僅依靠水車轉動,攪拌不像圓形池均勻。

3.藻輪(Algaewheel)

之前介紹過的AlgaeWheel也是一種開放式的養殖方式。圖中的實驗廠位於美國印第安納州,圖中溫室的主要功能為抵禦該地區冬季的酷寒,讓藻類在寒冷的冬天也能生長,並非防止其他微生物入侵。由輪底輸入氣泡造成藻輪轉動,因此附著於藻輪表面的藻體可以適當的接受陽光。當然曝氣(意思為「讓藻類與氣體接觸」)需要的能量會比轉動跑道池的水車還要多,但是AlgaeWheel同時兼具處理廢水以及產生生質燃料的功能,因此可以額外獲利,相比之下不一定吃虧。

二、密閉式反應器

1.高密度直立式培養系統(High Density Vertical Growth System)

圖為Valcent公司在墨西哥建立的高密度直立式培養系統(High Density Vertical Growth System),利用塑膠材料製成立體懸掛式的封閉型培養反應器。懸掛直立式可以更妥善的利用空間與光線,塑膠材料降低了密閉式反應器的成本,個體式的培養袋也可減少被外來微生物污染的危害。然而需要個別曝氣來進行攪拌也造成較高能量花費,直立式懸掛則需考慮培養袋之間互相屏蔽的問題。

2.、管式光反應器

影片由加州的Biocentric公司所上傳,在地上的曲折管子就是他們的密閉式反應器,因為加州氣候炎熱,影片裡正在撒水降溫。密閉式反應器的缺點之一就是藻類可能會附著於反應器內側,因此光線無法穿透進入反應器內部而被有效利用,而且在密閉環境裡,光合作用產生的氧氣會累積在反應器中並且抑制藻類生長,因此在該公司上傳的其他影片裡有提到,他們將塑膠球放進管狀反應器中,讓球在管內移動,清理管壁並且將氧氣擠出。在影片中宣稱400平方公尺的反應管,每天可以生產38公升的藻油,也就是一公頃一年約可生產30萬公升的藻油。這個數字超出一般反應器十倍左右,因此我個人持保留態度。

本文共介紹了開放式反應器3種、密閉式反應器2種,希望給各位讀者一些粗略的認識,如本文開頭所述,藻類養殖是在成本與反應環境之間取得最佳平衡,因此往往需要因地制宜,以利用當地環境的長處(例:陽光)並彌補短處(例:低溫),當然實際上反應器有更多種形式,這裡只是列出我比較常見的,如果有其他讀者們認為應該補充介紹的形式,也歡迎與我聯絡:bioenergytoday@gmail.com

相關閱讀
藻類生質能源(一)序論
藻類生質能源(二)常見藻種介紹
藻類生質能源(四)收集技術
藻類生質能源(五)燃料轉換方式
藻類生質能源(六)結語

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