背景：藻類生物燃料生產(chǎn)

　　美國弗若斯特沙利文公司發(fā)表的研究認(rèn)為，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，石油等化石能源大量消耗、日益匱乏。由藻類制成的綠色可再生燃料因與原油的化學(xué)成分相似，被認(rèn)為是很好的替代燃料。品種繁多、不需新建昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施、滿足軍事和航空領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范、原料生長環(huán)境多樣化、可減少溫室氣體的排放，都將成為藻類生物燃料市場的推動因素。

　　藻類生物燃料市場主要由北美和歐洲公司主導(dǎo)，同時(shí)印度、以色列和中國的一些企業(yè)也在不斷擴(kuò)展業(yè)務(wù)?？偛课挥谂f金山的Solazyme公司獨(dú)特的暗發(fā)酵技術(shù)，可以大規(guī)模地將藻類快速有效地轉(zhuǎn)化為生物然料，今年該公司有望為美國海軍提供超過2萬加侖的燃料；總部位于科林斯堡的Solix生物燃料公司是一家藻類生長系統(tǒng)技術(shù)供應(yīng)商，用于控制光合反應(yīng)器中微藻的培養(yǎng)環(huán)境，其光合反應(yīng)器可生產(chǎn)開放池系統(tǒng)7倍的生物燃料量；總部位于圣地亞哥的Sapphire能源公司，于2008年成功地由藻類生產(chǎn)了符合美國社會檢測和材料標(biāo)準(zhǔn)的91#汽油，2009年其生物燃料參與了波音737-800飛機(jī)的試飛，并為臺越野旅游車提供了藻類綠色燃料。

　　生物燃料可以從任何生物碳來源中生產(chǎn)，在美國及世界各地，已有多種農(nóng)作物正在用于生物燃料的生產(chǎn)。這些農(nóng)作物包括了常用作乙醇原料的含糖玉米、大豆、油菜籽，以及常用于生物柴油原料的棕櫚。但是，這些植物的生長通常需要良好的農(nóng)地，這就增加了對農(nóng)田的整體要求。而且，農(nóng)作物生物燃料的生產(chǎn)，也會消耗其他如灌溉用水及施肥用石油等資源。

　　使用藻類生物燃料產(chǎn)品的優(yōu)勢

　　藻類的生長周期比傳統(tǒng)的糧食作物要快50至100倍，因而生產(chǎn)藻類生物燃料有可能成為一個(gè)可推廣的、終能夠取代石油燃料的替代能源解決方案。此外，藻類是單細(xì)胞有機(jī)體，不需要淡水資源或生長土壤。藻類可以生長在非飲用水和鹽水源的懸浮水域中。在不適宜糧食作物生產(chǎn)的區(qū)域培育水藻，則更多的土地和水資源就可用來進(jìn)行糧食生產(chǎn)。

　　1978年，美國能源部（DOE）啟動了水生物種計(jì)劃，研究藻類能源和生物柴油的生產(chǎn)。但是由于原油價(jià)格在90年代中期持續(xù)下跌，而能源部的目的旨在削減成本，該計(jì)劃于1996年終止。雖然該研究表明藻類生物能夠達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)產(chǎn)量，但研究人員同樣得出結(jié)論：該解決方案只有在油價(jià)翻番的情況下才能體現(xiàn)出成本效益。

　　在2006年，隨著油價(jià)較10年前增長了近三倍且仍保持增長勢頭，以及對溫室氣體排放的日益關(guān)注，將藻類當(dāng)作一種新能源來源進(jìn)行重新審視的時(shí)刻終于來臨。Colorado州立大學(xué)的發(fā)動機(jī)與能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)室（EECL）主要進(jìn)行技術(shù)性與企業(yè)解決方案開發(fā)，以應(yīng)對能源與環(huán)境的挑戰(zhàn)。自創(chuàng)立三年以來，Solix Biofuels已經(jīng)完善了多代藻類生長系統(tǒng)（AGS）技術(shù)，目前這些技術(shù)正用于科羅拉多州西南的 Coyote Gulch示范工廠。

　　Solix的前景

　　藻類可通過兩種方式進(jìn)行培育--開放的水塘系統(tǒng)或人工制造的封閉系統(tǒng)。藻類必須耐寒，并在其生長的環(huán)境條件不易控制的開放水塘系統(tǒng)中能抵御其他競爭者。在沒有控制的條件下，維持特定需要的藻類物種或以速度培育生物量或燃料產(chǎn)品非常困難。因此，我們專注于開發(fā)封閉培育系統(tǒng)。封閉培育系統(tǒng)除了可以進(jìn)行指定目標(biāo)物種的培育外，還可以以工業(yè)過程的方式直接為藻類提供高濃度的二氧化碳，并且整個(gè)過程可以控制，從而調(diào)節(jié)培育環(huán)境，并地增加捕獲二氧化碳的量。2009年7月，我們在Coyote Gulch示范工廠開始試運(yùn)行生物燃料生產(chǎn)用大型培育系統(tǒng)。

　　Solix自動化系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

　　我們的AGS自動化系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)在于數(shù)據(jù)采集及控制的開發(fā)，以用來管理、控制培育過程。我們需要一個(gè)單獨(dú)的技術(shù)平臺支持研發(fā)試驗(yàn)及產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行，加速這項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到示范工廠的轉(zhuǎn)化。出于研發(fā)考慮，平臺必須靈活方便，以方便工程師和科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室的單獨(dú)測試系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。此外，所有數(shù)據(jù)都必須存儲在一個(gè)中央資料庫中，并以多種直觀、有用的格式加以顯示，提供給經(jīng)理、操作員、研發(fā)人員等所有相關(guān)人員。

　　使用NI產(chǎn)品解決藻類生物燃料生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)

　　我們使用labview/zhs">LabVIEW開發(fā)了AGS的整個(gè)監(jiān)測控制及數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，包括操作員的用戶界面，以及用于監(jiān)測控制藻類培育過程的數(shù)據(jù)日志及pactfieldpoint/">Compact FieldPoint 代碼。

　　我們的試驗(yàn)工廠擁有AGS氣流和液流輸送、藻類培育、采收、加工成品（如燃料原料）等一系列系統(tǒng)。我們選擇了LabVIEW和NI公司的可編程自動控制器，因?yàn)槲覀冃枰獙?a target="_blank">仿真器、控制器、SCADA及網(wǎng)絡(luò)集成至一個(gè)單獨(dú)的軟件解決方案。使用NI公司的產(chǎn)品后，我們既擁有了一個(gè)可自定義的測量和分析系統(tǒng)，又同時(shí)具備DCS的功能，為我們提供了極大的便利。

　　Compact FieldPoint系統(tǒng)從傳感器收集所有需要的輸入數(shù)據(jù)，并執(zhí)行專有的控制算法，為藻類生長提供必須的營養(yǎng)物質(zhì)。此外， LabVIEW圖形界面還可顯示關(guān)鍵過程參數(shù)，設(shè)備操作人員可定期進(jìn)行監(jiān)控，了解工廠的運(yùn)行狀況。數(shù)據(jù)將自動保存在LabVIEW DSC模塊數(shù)據(jù)庫中，方便進(jìn)行后期檢索和處理。如果關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)值超過安全范圍，就會通過本地報(bào)警系統(tǒng)、操作員界面和手機(jī)短信或傳呼機(jī)的方式通知操作員。

　　使用LabVIEW,我們可以收集針對不同藻類的各種小型、大型過程試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，并對它們在不同氣候環(huán)境下的反應(yīng)進(jìn)行歸類總結(jié)。除了控制藻類生物燃料生產(chǎn)過程，LabVIEW和NI硬件還可記錄每次試驗(yàn)的一系列測量值，為我們的研究人員和控制工程師提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。然后我們使用DIAdem進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析。在研究中使用此反饋數(shù)據(jù)，可幫助我們確定在特定條件下AGS需要的二氧化碳的等級和其他營養(yǎng)成分，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

　　擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。

　　在Coyote Gulch示范工廠，我們目前用于監(jiān)測、控制AGS系統(tǒng)的是Compact FieldPoint.現(xiàn)在，工廠部署將要擴(kuò)展到更大的區(qū)域，因此我們必須大幅降低每個(gè)控制點(diǎn)的成本，這就要求我們研究可替代的控制解決方案。我們計(jì)劃過渡到較低成本的設(shè)備，考慮使用NI RIO與NI無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）平臺。在未來，我們可將這些產(chǎn)品與現(xiàn)有的NI軟硬件組件集成系統(tǒng)相結(jié)合，可能會更加滿足我們的需求。

　　藻類生物燃料有望從根本上解決能源問題，并在解決溫室氣體排放上發(fā)揮主導(dǎo)作用。NI提供的產(chǎn)品、工具及持續(xù)的技術(shù)支持，幫助我們能夠快速開發(fā)、部署藻類生長技術(shù)，進(jìn)行燃料生產(chǎn)。隨著我們的系統(tǒng)部署不斷擴(kuò)大規(guī)模，我們亦希望與NI的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系能夠繼續(xù)為我們的擴(kuò)大提供支持。