據專家推測,全球綠色植物貯存的總能量大約相當於8萬億噸標準煤,其中有90%貯存於森林中。
在自然界生長的這類植物,能夠生出“石油”,引起了科學家們的極大興趣。這種“石油”實際上是一種低分子量的碳氫化合物,它的汁液含有的分子量在1000~5000之間,與礦物石油性質相近,科學家們把這類能產低分子量的植物美譽為“石油類”植物。近幾年還發現了一年生的“千金子”以及“綠玉樹”,它們也都含有類似的烴類混合物的油類。美國加利福尼亞大學一位化學家卡爾文根據這些植物的特性,1978年專門研究了幾種富含碳氫類化合物的大戟科屬“石油植物”,在加利福尼亞州種植。這些“石油植物”的莖杆內含有一種碳氫化合物的白色乳狀液,割開它們的表皮,白色乳狀液就會流出來,經提煉,每公頃竟能生產14~16立方米的“石油”。這種植物耐旱性強,成活率高,在貧瘠的幹旱地區也能生長。
而且,這些“石油”在燃料時,不會產生一氧化碳和氧化硫等有害成分,因此,不會汙染環境,確是一種理想的清潔的植物燃料。人們把這類植物稱為“石油草”。由於卡爾文培育出的“石油草”為人類開辟了一個通過光合作用利用太陽能的新天地,從而獲得了諾貝爾獎金。
科學家們近年特別強調應大力開發和利用“高光效植物”。所謂“高光效植物”,就是指那些光合作用效率高於5‰的植物,例如甘蔗、玉米、甜菜、甘薯等,它們具有更高的吸收二氧化碳的能力。
選育和大麵積種植高光效植物,已成為生物質能開發利用的重要途徑,在林業方麵研究和培育光合作用效率高、成長快、繁殖力強的樹種,十分重要。新西蘭用“無土栽培法”快速繁殖楊樹,一個樹芽在一年內就可繁殖出100萬棵樹苗,這種小樹苗,3個月內便可長成15米高的幼樹。
為了快速、增量獲得生物質能的原料,許多科學家在研究林木培育技術。美國賓夕法尼亞州大學培育出一種雜交白楊。這種白楊能使6‰的太陽能轉化為碳水化合物,生長得特別快,且可密植,每平方米平均可栽培2~3棵。成材砍伐後,留下的樹樁還會長出新樹。種植這種雜交白楊,生產、砍伐、管理都很簡便。美國加利福尼亞大學還成功地用“無土栽培法”無性繁殖了一種紅杉。采用這種方法,能使同一良種木材產量增加50%。
“遠古家族”——發電又吃油的藻類
人們常常在潮濕的地表上看到泛起的藍綠色、滑膩膩的“地皮”,這些東西的學名就叫“藍藻”,有人也叫它“藍細菌”、“藍綠藻”、“粘藻”。這種藻類是地球最古老的生物,遠在30億年前的遠古時代,地球剛剛誕生17億年左右時,它就誕生了,據說生物界那時隻有這類藍藻。它在極為險惡的環境下,潛伏在水層裏,依靠它所含有的葉綠素和藻藍素成功地利用透射和散射的太陽光進行光合作用,成功地把二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成碳水化物〔(CH2O)n〕。光合作用是太陽能的生物轉換過程。這一過程合成的碳水化合物便是太陽能的化身。藍藻可以說是世界上最早的太陽能收集器、貯存器。它的出現意味著地球上以太陽能為動力的生命形式由低級走向高級,從簡單走向複雜的開始。藍藻是一個龐大的生物家庭。目前,已發現的藍藻有2000多種,分隸於140屬20科。
藍藻與其他光合細菌最大的區別是,其他光合細菌在光合過程中不會放出氧氣,而藍藻卻能源源不斷地往空中輸送氧氣。經過長期不斷地施放氧氣,終於改變了大氣的組成,進而在高空形成臭氧層,擋住了紫外線,為以後的需氧生物提供了有利的生存環境,並為海洋生物登陸提供了條件。因此,人們把藍藻看成是植物界的先驅,進化長河的源流,地球上最早的拓荒者。
藍藻還能把大氣中的遊離氮(N2)同氫(H)合成氨(NH3),這就是藍藻所進行的固氮作用。能進行固氮的藍藻大多分化為兩種細胞:營養細胞和異形胞。在光合過程中,營養細胞能製糖和發電,而異形胞在特定條件下,能催化放出理想的燃料——氫來。
這樣說來,藍藻是一種既能光合(發電、放氧、製糖),又能固氮(合成氨),還能放氫的“綜合工廠”,這不僅是植物界絕無僅有的,就是人類社會上也無法與之比擬。可見,藍藻是一種貢獻獨特的微生物了。
人類認識和利用藍藻的曆史並不長。1889年首先由弗蘭克發現藍藻能固氮,但當時未能確證,直到1928年才為德雷韋斯所證實。20世紀40年代藍藻開始在稻田裏使用,它生長過程中分泌出的氮化合物和激素物質能大大幫助水稻生長,稻田養藻,水稻一般能增產10%。