使用NI PAC和LabVIEW軟件控制藻類(lèi)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(kāi)發(fā)一個(gè)數據采集系統和控制平臺，用于Solix藻類(lèi)生長(cháng)系統（AGSTM）的工業(yè)部署，需要既靈活方便，又堅固耐用。

The Solution:
使用NI Compact FieldPoint和LabVIEW的集成平臺，監測、控制處理系統，管理數據記錄；同時(shí)采用LabVIEW數據日志與監控（DSC）模塊及NI DIAdem數據管理軟件，存儲、處理數據，進(jìn)行深入、詳細的分析。

背景：藻類(lèi)生物燃料生產(chǎn)

如今，全球對于有限的、不可再生的石油能源的過(guò)度依賴(lài)使人類(lèi)現在面臨諸多環(huán)境及能源的挑戰。同時(shí)，交通燃料的使用也構成了全球變暖的主要因素：在美國，超過(guò)30%的二氧化碳排放就來(lái)自于用于交通的石油燃料的燃燒。[1] 全世界正致力于開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟上切實(shí)可行、并可大規模推廣的替代燃料，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(yáng)光能量將二氧化碳轉化為碳氫化合物，產(chǎn)生化學(xué)能量并進(jìn)行存儲。在消耗二氧化碳的同時(shí)生產(chǎn)了燃料，這樣既解決了燃料供應問(wèn)題，又解決了全球變暖問(wèn)題。

生物燃料可以從任何生物碳來(lái)源中生產(chǎn)，在美國及世界各地，已有多種農作物正在用于生物燃料的生產(chǎn)。這些農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(cháng)通常需要良好的農地，這就增加了對農田的整體要求。而且，農作物生物燃料的生產(chǎn)，也會(huì )消耗其他如灌溉用水及施肥用石油等資源。

使用藻類(lèi)生物燃料產(chǎn)品的優(yōu)勢

藻類(lèi)的生長(cháng)周期比傳統的糧食作物要快50至100倍，因而生產(chǎn)藻類(lèi)生物燃料有可能成為一個(gè)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(lèi)是單細胞有機體，不需要淡水資源或生長(cháng)土壤。藻類(lèi)可以生長(cháng)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)的區域培育水藻，則更多的土地和水資源就可用來(lái)進(jìn)行糧食生產(chǎn)。

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

在2006年，隨著(zhù)油價(jià)較10年前增長(cháng)了近三倍且仍保持增長(cháng)勢頭，以及對溫室氣體排放的日益關(guān)注，將藻類(lèi)當作一種新能源來(lái)源進(jìn)行重新審視的時(shí)刻終于來(lái)臨。Colorado州立大學(xué)的發(fā)動(dòng)機與能量轉換實(shí)驗室（EECL）主要進(jìn)行技術(shù)性與企業(yè)解決方案開(kāi)發(fā)，以應對能源與環(huán)境的挑戰。EECL與認同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)濟的藻類(lèi)生物燃料生產(chǎn)技術(shù)為宗旨。自創(chuàng )立三年以來(lái)，Solix Biofuels已經(jīng)完善了多代藻類(lèi)生長(cháng)系統（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(chǎng)。

Solix的前景

藻類(lèi)可通過(guò)兩種方式進(jìn)行培育――開(kāi)放的水塘系統（無(wú)論是自然形成還是人工制造）或人工制造的封閉系統。藻類(lèi)必須耐寒，并在其生長(cháng)的環(huán)境條件不易控制的開(kāi)放水塘系統中能抵御其他競爭者。在沒(méi)有控制的條件下，維持特定需要的藻類(lèi)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(zhuān)注于開(kāi)發(fā)封閉培育系統。封閉培育系統除了可以進(jìn)行指定目標物種的培育外，還可以以工業(yè)過(guò)程的方式直接為藻類(lèi)提供高濃度的二氧化碳，并且整個(gè)過(guò)程可以控制，從而調節培育環(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(gè)原型封閉系統。在過(guò)去的三年中，我們不斷地改善我們的技術(shù)，擴大藻類(lèi)的培育面積。2009年7月，我們在Coyote Gulch示范工廠(chǎng)開(kāi)始試運行生物燃料生產(chǎn)用大型培育系統。