变害为宝:水葫芦能提取清洁燃料

　　由浙江大学能源清洁利用国家重点实验室岑可法院士领导的课题组承担的国家“863”计划项目，在国内外首次提出了微波联合碱对水葫芦降解和糖化的影响规律，用水葫芦制取出燃料酒精、氢气和甲烷，为实现水葫芦的能源化利用和发展清洁可再生的生物新能源做出重要探索。
　　水葫芦被列为世界十大害草之一，被国务院列入首批外来入侵物种名单，在中国南方19个省市的广大水域危害十分严重。水葫芦生长繁殖十分迅速，在适宜条件下每天可增加20％～30％的生物量，在8个月内就能从10棵增至60万棵，造成严重的环境污染：破坏生态、堵塞河道、影响航运，阻碍排灌，危害水电设施等。例如浙江省水域面积共有6515平方公里，据保守估计至少1000多平方公里水域受到水葫芦不同程度的污染，富春江，钱塘江，衢江，京杭大运河等都受到水葫芦不同程度的污染，仅浙江全省潜在的鲜水葫芦量就高达7500万吨。如果能将水葫芦变废变害为宝，高效转化为生物酒精、氢气和甲烷等清洁燃料，则对于治理改善水葫芦环境污染、发展清洁可再生的生物新能源，促进经济社会可持续发展具有重要意义。
　　岑可法院士领导的课题组研究表明，水葫芦属于纤维素类生物质，但是与稻草秸秆等农业废弃物相比，具有三个突出的特点：一是含水率高达95％左右：二是含有丰富的蛋白质：三是根部富集了许多重金属等污染物。如何寻找高效廉价方法使水葫芦高效降解成可资利用的还原糖，是利用其发酵产酒精的关键步骤和技术难点。为了消除水葫芦中木质素和半纤维素等对纤维素酶的无效吸附作用，在酶水解前需要进行必要的预处理。
　　该研究发现，在微波联合碱作用下，水葫芦有机成分包括纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等都发生不同程度的降解，再经过纤维素酶作用后水解生成了大量葡萄糖和木糖，这些糖将用来进一步发酵制取燃料酒精等清洁燃料，为水葫芦的能源化利用开辟了一条新途径。
　　据专家透露，目前，利用水葫芦在0.5立方的中间试验装置已生产出合格的生物酒精、氢气和甲烷等，预计三至五年可利用水域边养殖场建成大型可应用的工厂化设备。
　　该研究成果发表在《中国电机工程学报》2009年第32期的论文《微波碱化预处理对水葫芦酶水解的影响规律》中。
　　
　　拓展阅读——水葫芦
　　
　　什么是水葫芦?
　　水葫芦是一种多年生宿根浮水草本植物，学名凤眼莲，又称凤眼蓝、水葫芦苗，是雨久花科，凤眼莲属。因它浮于水面生长。又叫水浮莲。又因其在根与叶之间有一像葫芦状的大气泡又称水葫芦。凤眼莲茎叶悬垂于水上，蘖枝匍匐于水面。花为多棱喇叭状，花色艳丽美观。叶色翠绿偏深。叶全缘，光滑有质感。须根发达，分蘖繁殖快，管理粗放。是美化环境、净化水质的良好植物。
　　
　　水葫芦的形体特征
　　根生于节上，根系发达，靠毛根吸收养分，主根(肉根)分蘖下一代。叶单生，直立，叶片卵形至肾圆形，顶端微凹，光滑；叶柄处有泡囊承担叶花的重量，悬浮于水面生长。秆(茎)灰色，泡囊稍带点红色，嫩根为白色，老根偏黑色。穗状花序，花为浅蓝色，呈多棱喇叭状，上方的花辦较大：花辦中心生有一明显的鲜黄色斑点，形如凤眼，也像孔雀羽翎尾端的花点，非常耀眼、靓丽。蒴果卵形，有种子多数。
　　
　　繁殖方式
　　无性繁殖能力极强，由腋芽长出的匍匐枝既形成新株。母株与新株的匍匐枝很脆嫩，断离后又可成为新株。
　　
　　水葫芦的危害
　　水葫芦对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡，破坏水下动物的食物链，导致水生动物死亡。同时，任何大小船只也别想在水葫芦的领地里来去自由。不仅如此，水葫芦还有富集重金属的能力，水葫芦死后腐烂体沉入水底形成重金属高含量层，直接杀伤底栖生物。正可谓三位一体式的灭绝战术!
　　由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌(虽然有多种野生、家养动物以其茎叶为食，但取食量较小，与其庞大的生长量相比毫无影响)，在我国南方江河湖泊申发展迅速，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。
　　入侵最严重的地区，最早被报道的有滇池，其他还有太湖流域等。2009年6月央视报道了水浮莲对福建闽江流域水口电站和沙溪口水电站的巨大压力。在库区已经形成数万亩的水浮莲聚集带，壮观之极，犹如茫茫草原。人工打捞需要2个月以上，对发电航运和生态环保构成极大压力。水浮莲的疯长和水电发展饱和、大坝过多、水体流动缓慢、水体富营养化、COD含量严重超标有关。
　　
　　治理措施
　　可以引进儒艮，用儒艮泉治理繁殖力强的水葫芦，相比除草剂有污染，费用高，且不稳定(有可能增强水葫芦的抗药性)，用儒艮治理无污染，又很便宜，控制效果好。
　　为水葫芦正名
　　1　水葫芦被不明事理的人们误认为重要的外泉入侵污染物，实际上水葫芦是人类的良朋益友，以科学的方法趋利避害，可以达到清除污染，发展牧业，有机肥料业，有机果蔬业，绿色天然气业。等等行业，解决当今世界高企的油粮价格难题，解决经济发展的瓶颈问题。
　　2　因为水系里增加了生活污水和农田排出的大量化肥，水质营养丰富，适合水葫芦生长，所以水葫芦的面积不断发展扩大。这本来是大好事，可以清楚水系里的营养物质。可是由于人们没有全面了解这个问题，而是简单地采取打捞清除的办法。这样把能够吸收水中营养物质的水葫芦排除了，但是生活污水和化肥仍然源源不断地进入水系，经过一段时间，营养物大量积累的结果，必然是水葫芦更大规模的复活!
　　3　为了合理利用水葫芦的优点，应该趋利避害科学地进行综合治理：根据各地水体中营养物质经常补充的情况，确定各个地区利用水葫芦事业的规模，按每天打捞十分之一到八分之一的速度，把水葫芦加工用于发展牧业。可以节约大量饲料粮，解决与人争粮和与粮争地的问题：
　　4　水葫芦和人畜禽的粪便进入沼气发生装置，加压用水除去沼气申的二氧化碳，就成了绿色天然气。按各省各国各大洲的产气量计算，将是一个巨大的绿色天然气产业，则人类无忧，生物圈无虑，地球可持续发