英国研究人员的新分析表明,一个以前被忽视的植物群体可能是为未来提供可持续生物能源的关键。
传统的生物燃料,如生物乙醇,由玉米和甘蔗等需要优质农业用地的粮食作物制成——这是一种相对短缺的商品。粮食和燃料作物之间的竞争意味着大规模的生物乙醇生产因此具有争议。
但是,通过景天酸代谢(CAM)系统进行光合作用的植物可以在不破坏粮食供应的情况下实现生物能源的生产。CAM植物适应于在干旱和半干旱的土地上生长,在这些土地上,降雨量低或不可预测,使得传统农业难以进行。据估计,半干旱土地占世界陆地面积的12-18%,其中一些已经用于耕种,但大部分是相对低产的放牧土地。CAM植物可以通过比传统作物更有效地节约用水而在这里茁壮成长——它们在夜间从空气中捕获二氧化碳并将其转化为苹果酸,苹果酸在白天为光合作用提供燃料。通过避免白天进行气体交换,它们减少了叶片的蒸发损失,因此与其它植物相比,每单位生物量需要的水少得多。
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尽管众所周知,但CAM植物作为潜在的生物能源作物几乎没有被研究过。然而,来自牛津大学、热带能源公司、伦敦帝国学院和邱皇家植物园的研究人员的新分析表明,像Opuntia ficus-indica(刺梨)和Euphorbia tirucallli这样的CAM物种可以为可持续沼气生产做出巨大贡献。
领导这项工作的生物能源企业家 迈克·梅森解释说,沼气发电非常灵活,“你可以根据需求的上升和下降来提高或降低发电量。问题是,没有多少资源可以转化为沼气,而且价格非常昂贵。”但是,可以在边际土地上廉价种植的CAM植物有可能改变这种情况。
梅森估计,需要使用4%到12%的可用半干旱土地,每年产生5PWh的电力,相当于天然气产生的电力。厌氧消化的产物,富含营养的废水和固体消化物,可以重新用于灌溉或作为肥料。废水还可以用于高产的水产养殖——有可能增加土地种植生物燃料的粮食产量,而不是减少它。
英国萨里大学的生物燃料专家理查德·墨菲指出,“这是对文献和新数据的宝贵综合。” “他们提出了一个积极乐观的案例。” 然而,他提醒说,需要仔细考虑营养循环、电力基础设施和保护管理等问题,以确保此类农业生态系统的长期可持续性。
尽管一些CAM植物,如菠萝和龙舌兰,已经大规模种植,但它们目前没有用于沼气生产。“毫无疑问,植物科学和育种可以改善作物,”梅森说,问题是“我们在CAM植物方面所处的位置与10000年前的谷类作物一样。” 但是,随着研究兴趣的增加以及对可持续电力的需求越来越大,这种情况可能会迅速改变。