英國研究人員的新分析表明,一個以前被忽視的植物群體可能是為未來提供可持續生物能源的關鍵。
傳統的生物燃料,如生物乙醇,由玉米和甘蔗等需要優質農業用地的糧食作物製成——這是一種相對短缺的商品。糧食和燃料作物之間的競爭意味著大規模的生物乙醇生產因此具有爭議。
但是,透過景天酸代謝(CAM)系統進行光合作用的植物可以在不破壞糧食供應的情況下實現生物能源的生產。CAM植物適應於在乾旱和半乾旱的土地上生長,在這些土地上,降雨量低或不可預測,使得傳統農業難以進行。據估計,半乾旱土地佔世界陸地面積的12-18%,其中一些已經用於耕種,但大部分是相對低產的放牧土地。CAM植物可以透過比傳統作物更有效地節約用水而在這裡茁壯成長——它們在夜間從空氣中捕獲二氧化碳並將其轉化為蘋果酸,蘋果酸在白天為光合作用提供燃料。透過避免白天進行氣體交換,它們減少了葉片的蒸發損失,因此與其它植物相比,每單位生物量需要的水少得多。
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儘管眾所周知,但CAM植物作為潛在的生物能源作物幾乎沒有被研究過。然而,來自牛津大學、熱帶能源公司、倫敦帝國學院和邱皇家植物園的研究人員的新分析表明,像Opuntia ficus-indica(刺梨)和Euphorbia tirucallli這樣的CAM物種可以為可持續沼氣生產做出巨大貢獻。
領導這項工作的生物能源企業家 邁克·梅森解釋說,沼氣發電非常靈活,“你可以根據需求的上升和下降來提高或降低發電量。問題是,沒有多少資源可以轉化為沼氣,而且價格非常昂貴。”但是,可以在邊際土地上廉價種植的CAM植物有可能改變這種情況。
梅森估計,需要使用4%到12%的可用半乾旱土地,每年產生5PWh的電力,相當於天然氣產生的電力。厭氧消化的產物,富含營養的廢水和固體消化物,可以重新用於灌溉或作為肥料。廢水還可以用於高產的水產養殖——有可能增加土地種植生物燃料的糧食產量,而不是減少它。
英國薩里大學的生物燃料專家理查德·墨菲指出,“這是對文獻和新資料的寶貴綜合。” “他們提出了一個積極樂觀的案例。” 然而,他提醒說,需要仔細考慮營養迴圈、電力基礎設施和保護管理等問題,以確保此類農業生態系統的長期可持續性。
儘管一些CAM植物,如菠蘿和龍舌蘭,已經大規模種植,但它們目前沒有用於沼氣生產。“毫無疑問,植物科學和育種可以改善作物,”梅森說,問題是“我們在CAM植物方面所處的位置與10000年前的穀類作物一樣。” 但是,隨著研究興趣的增加以及對可持續電力的需求越來越大,這種情況可能會迅速改變。