使用NI PAC和LabVIEW軟件控制藻類生物燃料的生產(chǎn)

Author(s):
David Rausen - Solix Biofuels

Industry:
Biotechnology, Research, Energy/Power

Products:
DIAdem, Compact FieldPoint, LabVIEW, Wireless Sensor Network, Control Design and Simulation Module, Datalogging and Supervisory Control

The Challenge:
開發(fā)一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制平臺，用于Solix藻類生長系統(tǒng)（AGSTM）的工業(yè)部署，需要既靈活方便，又堅(jiān)固耐用。

The Solution:
使用NI Compact FieldPoint和LabVIEW的集成平臺，監(jiān)測、控制處理系統(tǒng)，管理數(shù)據(jù)記錄；同時采用LabVIEW數(shù)據(jù)日志與監(jiān)控（DSC）模塊及NI DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件，存儲、處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行深入、詳細(xì)的分析。

背景：藻類生物燃料生產(chǎn)

如今，全球?qū)τ谟邢薜?、不可再生的石油能源的過度依賴使人類現(xiàn)在面臨諸多環(huán)境及能源的挑戰(zhàn)。同時，交通燃料的使用也構(gòu)成了全球變暖的主要因素：在美國，超過30%的二氧化碳排放就來自于用于交通的石油燃料的燃燒。[1] 全世界正致力于開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)上切實(shí)可行、并可大規(guī)模推廣的替代燃料，并減少大氣中二氧化碳的凈排放。

生物燃料即可作為石油燃料的一種替代品，而且也可以減少二氧化碳的總排放量。從定義上講，生物燃料是指用新近死亡的生物材料生成的固體、液體或氣體燃料。對于光合生物而言（例如玉米或大豆），它們使用陽光能量將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?，產(chǎn)生化學(xué)能量并進(jìn)行存儲。在消耗二氧化碳的同時生產(chǎn)了燃料，這樣既解決了燃料供應(yīng)問題，又解決了全球變暖問題。

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可推廣的、最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翻番的情況下才能體現(xiàn)出成本效益。

在2006年，隨著油價較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)。EECL與認(rèn)同DOE研究潛力的企業(yè)家共同合作，創(chuàng)立了Solix Biofuels，以提供可推廣、經(jīng)濟(jì)的藻類生物燃料生產(chǎn)技術(shù)為宗旨。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)（無論是自然形成還是人工制造）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最優(yōu)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，并且整個過程可以控制，從而調(diào)節(jié)培育環(huán)境，并最大程度地增加捕獲二氧化碳的量。2006年8月，我們部署了AGS第一個原型封閉系統(tǒng)。在過去的三年中，我們不斷地改善我們的技術(shù)，擴(kuò)大藻類的培育面積。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)。