海带收获和鱼类加工废料转化为能源生物燃料

为偏远的阿拉斯加沿海社区提供更便宜、更环保的燃料的可能性

来源：Kelsey Adkisson，PNNL

海带在偏远的阿拉斯加沿海地区盛产。燃料不是。而且很贵。

许多与世隔绝的社区依靠柴油发电机发电，因为它们没有与管道或电网连接。但柴油价格昂贵，因为必须用驳船或空运。

为了寻找更便宜、可持续的燃料，太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的研究人员求助于阿拉斯加的两种丰富的海洋资源：海带和鱼类加工废料。

他们发现，通过使用现有的鱼类加工厂，阿拉斯加的海带收获和鱼类废物可以转化为碳中和的类似柴油的燃料。然后，废物转化为能源的燃料可用于为发电机或渔船提供动力。该团队的研究由美国能源部能源效率和可再生能源办公室 (EERE) 赞助，在近期的一份报告中得到了强调。

“那里的柴油很贵，尤其是在冬天。这就是他们用来保持加热器运转的方法，”PNNL 项目经理 Michael Rinker 说。 “我们想看看我们是否可以将现有的废物转化为燃料，这种方式对阿拉斯加的小而偏远的弱势地区来说具有经济意义。”

有海带，找市场

海带用于从食品和包装到冰淇淋、牙膏和洗发水的增稠剂的各个领域。在医学上，它用于治疗癌症、糖尿病和哮喘。海带收获是一个世界性的产业，尤其是在中国。然而，在美国，大规模养殖海带生产还处于起步阶段，由于盈利能力的挑战，缺乏有效的供应链，以及在食品和其他产品的稳定市场上站稳脚跟的问题，海带在全球竞争中举步维艰。

阿拉斯加冰冷的海水是养殖海藻的好地方，人们对海藻的兴趣也在上升。这是一个把拼图碎片拼在一起，使供给与需求相匹配的问题。

“阿拉斯加有发展海藻产业的机会，这可以使我们的经济基础多样化，并为沿海社区带来巨大利益，”西南阿拉斯加市政会议的执行董事雪莉·马夸特 (Shirly Marquardt) 说。 “一些养殖的海带被用作食物。但我们问——剩下的我们能做什么？我们知道那里有潜力。”

研究小组穿越了阿拉斯加生长的不同种类的海带，其潜在用途从肥料到从海洋中回收稀土金属。但在经济上，实用的机会是将液体燃料与鱼类废物结合使用。这对阿拉斯加的农村地区来说是个好消息，这些地区的燃料成本是非常高的。

Rinker 说：“面临的挑战是以一种具有经济意义的方式将所有部分组合在一起，并导致比使用柴油飞行或运输更便宜的燃料。”

海带收获 + 鱼内脏 = 燃料

研究团队有三个目标：(1) 使用现有废物，(2) 利用现有设施，以及 (3) 开发将废物转化为燃料的小规模燃料加工结构。

“最终，我们想使用已经存在的东西。无论是海带收获废物还是已经到位的鱼类加工设施，”林克说。

研究人员发现，如果他们将鱼类废物与海藻结合起来，他们可以将其转化为可用的生物原油或低级燃料，其成本可能在每加仑 3.18-3.64 美元之间，具体取决于启动成本。这比必须空运的燃料每加仑大约 7 美元便宜得多。

转化过程依赖于水热液化，它使用高温和高压来生产类似燃料的柴油。

这种高度含氧的燃料不适用于柴油卡车，但可用作发电机的海上燃料或船用燃料。研究人员指出，将生物原油转化为更高质量的燃料需要额外的步骤和添加氢气，这最终会导致成本超出经济合理的范围。

“最终产品不像你在加油站找到的那样高价值燃料，但它在某些情况下是有用的，而且在成本方面比现在更好，”林克说。

为处理提供动力

生物燃料加工本身增加了另一个挑战——如何在不增加更多燃料或成本的情况下为其提供动力？

“我们有这个计划，然后跟进：你将使用热液液化——太棒了！——但是，你从哪里获得动力来做到这一点？液化需要动力，我们正在努力避免使用昂贵的柴油，”Rinker 说。

这就是海洋可再生能源的用武之地。虽然它不适用于每个社区和村庄，但将其纳入未来规划对某些社区具有经济意义。

“例如，如果有人正在规划一个新的鱼类加工厂，可能值得考虑该设施与未来潮汐或海洋能源的距离，”PNNL 环境研究工程师莫莉·格里尔说。 “我们希望制定标准，以帮助了解什么在经济上更有意义。”

除了海带收获和鱼类加工废物，研究团队还研究了城市废物的附加值，以帮助进一步降低成本。他们还探索了发酵过程以产生可用于制造蒸汽和动力涡轮机的甲烷。

后一种选择不太可行，因为发酵消化器占用大量空间并且在寒冷的环境中不能很好地工作。

“这些初步结果无疑为我们指明了方向，并展示了一些可行的选择，”Rinker 说，“但我们希望进行额外的废物流测试，看看我们是否能提供更多的帮助。”

结果是了解从海带和鱼类废物生产生物燃料是否是经济上可行的选择的第一步。设想未来的研究，林克问道：“既然我们知道这可能奏效，那么如果我们在几个特定的沿海社区进行测试以了解细节呢？”

他指出，不同社区面临不同的特定地点挑战，因此仍需要充实不同程度的不确定性。此外，还需要根据物流和劳动力需求评估整个供应链。此外，就每种海藻可能提供的未开发机会而言，关于不同海带物种的化学成分仍然未知。

在减少碳排放的过程中，探索非化石燃料机会同时利用目前未使用的副产品有很大的好处。

这项研究得到了 EERE 先进制造办公室和水力技术办公室的支持。

原文网址：https://www.pnnl.gov/news-media/waste-energy-biofuel-kelp-harvesting-and-fish

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