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科學人新聞

光合細菌的工業革命

2005/09/29 胡斯托(Patrick Di Justo)
用藍綠細菌來對付工廠排放的二氧化碳!

重點提要

隨著工業的發展,二氧化碳的排放量也日益增加。俄亥俄大學教授貝里斯選擇大自然的方式:利用細菌的光合作用來移除空氣中的二氧化碳,這可不是曬曬太陽那麼輕鬆!
如果把污染的水、化石燃料的廢氣、陽光、嗜熱的綠色黏液統統放進一個金屬箱裡,會得到什麼東西呢?如果這個箱子屬於貝里斯(David Bayless)的話,就可以變出純淨的氧氣、乾淨的水,以及一種可將溫室氣體自大氣中移除的方法。


貝里斯是美國俄亥俄大學俄亥俄煤炭研究中心的主任。他認為,要清除燃煤發電廠排放出來的二氧化碳,最簡便的方法就是使用大自然的方法,即光合作用。可是工廠大量排放出來的二氧化碳,也需要相對應的光合作用量。因此,貝里斯在美國能源部的經費補助下,研發出一種裡面放置藍綠細菌(俗稱藍綠藻),還可調整容量大小的光合作用反應箱。


在貝里斯的生物反應箱裡,藍綠細菌生長在寬60公分,長120公分、類似紗窗的紡織纖維薄膜上。毛細作用會將水吸給藍綠細菌,而輸送管則會導入高溫廢氣。貝里斯解釋道,把藍綠細菌塗抹在薄膜上,「你就可以製造大面積的生長介面,而不需要太多水。」這種細菌會利用既有的二氧化碳和水,來繁殖新的細菌,並在過程中釋放出氧氣和水蒸氣。另外,藍綠細菌也會吸收形成酸雨的物質:氧化氮、二氧化硫。


由於排氣管的廢氣和水份,進入生物反應箱時的溫度是暖烘烘的55℃,所以貝里斯需要的是一種耐熱的細菌。他說:「在這個計畫中,我們非常反對使用基因改造的手法,因為我們繁殖的細菌量非常大。」為了找出合適的細菌,他與蒙大拿州立大學的微生物學家庫克西(Keith Cooksey)聯絡,因為庫克西以前研究過黃石國家公園礦質溫泉中的細菌。庫克西說:「我們拿了一些貝里斯的纖維薄膜,放在黃石國家公園附近的溫泉裡。我們知道,不管附著在薄膜上的是什麼細菌,都值得用來放手一搏。」最後篩選出來的是一種新近發現的嗜鐵藍綠細菌,庫克西目前暫時命名為 Chroogloeocystis siderophila。


又為了在生物反應箱內投射少量陽光,貝里斯還求助於橡樹嶺國家實驗室的科學家。他們研發出一種系統,利用拋物面鏡採光,然後透過光纖纜線傳輸。這種系統一般用來提供辦公室和工廠照明,但在經過改裝之後,則可用在「光板」上,也就是可以直接將陽光投射在細菌薄膜上的丙烯酸厚塑膠板。橡樹嶺實驗室的厄爾(Duncan Earl)說:「由於這些細菌只用了10%光照的能量,所以我們只需將一平方公尺的日照,分散到10平方公尺的光板上即可。」


比較麻煩的問題是,該如何處理生物反應箱製造出來的大量細菌; C. siderophila 如果釋放到黃石國家公園以外的地方,很可能會在該處成為入侵生物。貝里斯坦承:「那絕對是一項不利因素。」目前的方案是自動沖下多的細菌,收集起來,或許能當做燃料。


利用細菌的光合作用來對抗污染的想法,已經不算新鮮了。位在麻州劍橋的綠色燃料科技公司,也在麻省理工學院一座2100萬瓦氣油發電廠的屋頂上,測試30台生物反應箱。他們也是使用自然光,但是方法有點不太一樣:不同於貝里斯將太陽光傳輸照射到細菌上的做法,綠色燃料科技是讓細菌輪流照射太陽光,這樣的過程稱為「光調節」,綠色燃料科技的共同創辦人貝爾金(Isaac Berzin)如此解釋。不過貝里斯比較喜歡他自己的光纖傳輸系統,因為所需的光照面積較小,只用到1/10而已。


目前貝里斯初步研發的機具模型,每分鐘可以處理140立方公尺的廢氣,相當於50部車輛,或是一座300萬瓦發電廠排放出來的廢氣量。如果在田納西河谷管理局的發電廠測試成功,貝里斯希望能將完整大小的生物反應箱上場運作,實際使用125萬平方公尺的細菌薄膜,來處理1000萬瓦發電廠所排放出來的廢氣,運作的時間則訂在2010年之前。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2005年第44期10月號】


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