關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞報道以支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關當今世界發現和塑造我們世界的有影響力的故事的未來。
印度班加羅爾——在不斷尋找具有成本效益的替代燃料來源的過程中，研究人員正在研究利用基因工程改造的矽藻製造生物燃料，矽藻是一種單細胞藻類，其外殼由玻璃狀二氧化矽構成。
這些微小的植物，通常在河流和湖泊中作為覆蓋在水下石頭上的棕色薄膜以及海洋中的浮游植物被觀察到，通常在其細胞內部含有油滴。石油是植物在食物匱乏時的食物來源。對矽藻油的科學分析表明，它非常適合用作生物燃料，T. V. Ramachandra 說，他是印度科學研究所（IISc）的生態科學教授，他與 IISc 研究人員 Durga Mahapatra 和 Karthick Balasubramanian 以及理查德·戈登一起從事該專案，他是馬尼托巴大學溫尼伯分校的放射學教授。
Ramachandra 坐在班加羅爾 IISc 校區綠樹成蔭的一角，他在堆滿書籍的辦公室裡提出，或許有可能“像擠牛奶一樣從矽藻中提取石油”。他和他的同事一直在討論一種可以提取這種石油而不是發電的太陽能電池板。
石油可以佔矽藻細胞總質量的四分之一，如果能找到一種有效的方法從矽藻中提取石油，他補充說，“一公頃的矽藻養殖可以產生大豆養殖 10 到 200 倍的石油，” Ramachandra 說。(其他獨立研究小組也證實了這一估計。)
研究人員建議建立一個生物太陽能電池板，其中包含矽藻而不是光伏電池。矽藻將在營養豐富的水溶液中漂浮，並在陽光照射下產生石油。矽藻已經透過胞吐作用分泌二氧化矽——這是一種細胞將分泌物引導到細胞壁外的生物過程。如果可以使矽藻同樣分泌它們產生的石油，那麼它就可以很容易地被收穫。（由於石油被用作儲備營養——就像脂肪一樣——矽藻沒有進化出分泌它的機制。）
新的矽藻物種
矽藻在石油生產方面可能還有其他優勢。它們繁殖迅速——一些物種在短短五小時內將其生物量增加一倍。矽藻數量也相當多，估計物種數量超過一百萬。“僅在印度就有 2500 種矽藻，”Balasubramanian 說，他正在撰寫有關這些藻類的博士論文。他在尋找含油量最高的矽藻時在印度發現了三個新物種。
Ramachandra 和他的同事建議透過操縱產生石油的基因來基因改造矽藻，從而提高其產量。“有可能對矽藻進行基因改造，使其胞吐[釋放]它們的油滴，”研究人員在最近一期美國化學學會雜誌《工業與工程化學研究》上發表的一篇概述他們想法的論文中寫道：“這可以實現連續收穫，並由矽藻本身提供清潔的油與矽藻的分離。”
例如，太陽能電池板中水基營養液將導致油分離出來。Ramachandra 設想的過程類似於牛奶中奶油上升到頂部。
正如他和他的合作者所說，“在矽藻上至少有一層水的情況下，分泌的油滴會在重力作用下分離，上升到傾斜面板的頂部，形成不穩定的乳液，該乳液應逐漸分離。然後可以撇去石油，這非常類似於未均質化的哺乳動物牛奶中上升到頂部的奶油。”
生產成本
許多專家對這項研究很感興趣，但指出現在要知道它將如何發展還為時過早。馬克·希爾德布蘭德是加州大學聖地亞哥分校斯克裡普斯海洋學研究所的研究員，他說，這種技術發展中的“主要考慮因素”是“生產的經濟成本”。
迄今為止，模型顯示，“唯一經濟可行的生產大量生物質的方法，以取代我們大部分的化石燃料需求，需要一個開放的池塘系統，” 希爾德布蘭德說。儘管他不否認 Ramachandra 等人提出的系統的價值，該系統可能對研究特別有用，但他表示現在要知道還為時過早。
他說：“基本概念類似於建議在溫室而不是在露天種植農業作物。” “大規模地，它的成本太高了。”
可持續農業
但 Ramachandra 堅持認為，矽藻太陽能電池板的一個優點是，它可以利用廉價的裝置和方法來建立和維護。Ramachandra 說，這與需要複雜製造設施的光伏太陽能電池板不同。在像印度這樣陽光充足的熱帶國家，每個村莊都可以放置含有當地矽藻的生物燃料生產太陽能電池板。研究表明，矽藻油可以直接用作生物燃料，無需進一步加工，Ramachandra 說，這是另一個優勢。另一個優勢是矽藻會消耗二氧化碳，因此矽藻太陽能電池板將非常可持續。
到目前為止，該團隊已經培養和研究了不同的矽藻，並探索了基因改造它們的方法，但尚未構建太陽能電池板。儘管如此，包括印度聯合利華有限公司（跨國公司聯合利華的印度子公司）在內的公司已經多次與研究人員交談，表現出了興趣。
Ramachandra 說，下一步是以儘可能低的成本弄清楚如何實施矽藻太陽能電池板。