德國人卡爾·奔馳研制的第一臺以汽油為動力的汽車于1886年1月29日獲得專利，從此汽油汽車風(fēng)靡全球，燃燒汽油作為動力也似乎成為天經(jīng)地義的事，然而世界經(jīng)濟論壇評出的“2008年科技先驅(qū)”，卻赫然將細菌“開動”小汽車列入其中。我們是否正在告別汽油汽車時代？真正環(huán)保的汽車是否正向我們走來？
細菌是怎么激發(fā)能量的？
細菌、基因與汽車之間有何關(guān)聯(lián)？美國LS9公司就從這三者之間，找到了一把開啟能源寶藏的“金鑰匙”。LS9成立于2005年，創(chuàng)立者是哈佛大學(xué)一名遺傳學(xué)專家和斯坦福大學(xué)一名植物生物學(xué)家。他們發(fā)明了一種合成生物學(xué)的方法，利用生物工程技術(shù)，對包括大腸桿菌在內(nèi)的不同菌株進行了遺傳改造，促使這些微生物充分釋放植物中蘊藏的能量，并最終將這些能量轉(zhuǎn)換成汽油替代物。
中國科學(xué)院微生物研究所馬延和研究員以我們比較熟悉的乙醇為例，向記者介紹了這種新能源的產(chǎn)生過程：“它的基本路線和燃料乙醇是一致的，但最終產(chǎn)品不同。乙醇主要是利用玉米淀粉或其它碳水化合物加入酶，水解轉(zhuǎn)化為單糖，再通過酵母菌發(fā)酵生成；而制造這種新能源時，也是以可發(fā)酵糖為原料，通過改造細菌的基因，延長生產(chǎn)碳氫化合物的代謝途徑，使中間產(chǎn)物脂肪酸進一步生成最終產(chǎn)品———可以作為燃料的脂肪烴。它的突破正在于對一種新細菌的改造與利用。”
LS9公司有時會使用標準DNA重組方法將基因插入微生物基因中，有時他們也會用計算機重組這些已知基因或者合成它們。構(gòu)建的基因工程菌會按照公司要求的鏈長和分子結(jié)構(gòu)來合成分泌碳氫化合物分子。LS9公司負責(zé)研究開發(fā)的副總裁說，公司可生產(chǎn)成百上千種不同的碳氫化合物分子。這項工藝可生產(chǎn)不含硫的原油，然后通過標準的煉制方法生產(chǎn)汽車燃料，噴氣機燃料，柴油機燃料或者其它石油產(chǎn)品。
“可再生石油”比乙醇好在哪？
用玉米、甘蔗等植物生產(chǎn)乙醇來代替汽油，早已成為一種產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，但一直面臨推廣障礙。“乙醇比普通汽油更環(huán)保，成本更低，但要把汽油換成乙醇，并不容易，因為整個汽車行業(yè)可能都要為此‘傷筋動骨’，”LS9現(xiàn)任總裁羅伯特·沃爾什解釋說：“由于乙醇的腐蝕性，汽車發(fā)動機需要改裝，全世界的輸油管道也都要更換成耐腐蝕材料。”而LS9利用微生物技術(shù)生產(chǎn)的“可再生石油”，成功破解了這些難題。沃爾什認為，“可再生石油”的真正優(yōu)勢就是不浪費現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。“它不僅可以直接利用現(xiàn)有的輸油管道輸送，還能為你心愛的跑車提供比其它生物燃料更強勁的動力。”
馬延和研究員談到，相較醇類而言，烴類作為燃料更具有優(yōu)勢，LS9公司的這項技術(shù)重構(gòu)了微生物的自然代謝途徑，產(chǎn)生的烴類燃料熱值更高，同時與現(xiàn)有石化工業(yè)接軌比較容易，對汽車發(fā)動機改進的要求也較低，但由于技術(shù)還不夠成熟，產(chǎn)品的市場化應(yīng)用尚需時日。
據(jù)了解，生產(chǎn)碳氫化合物比酒精的效率要高，因為每加侖碳氫化合物所含的熱量要高大約30%，而生產(chǎn)所用的能量卻少些。酵母產(chǎn)乙醇需要用蒸餾的方法除去其中的水分，但細菌發(fā)酵產(chǎn)生的碳氫化合物容易與水分離，所以生產(chǎn)乙醇比碳氫化合物多需要約65%的能量。
哪種植物與細菌才“夠格”？
為了確保糧食供應(yīng)，我國已經(jīng)明確規(guī)定不再審批新的以糧食為原料的乙醇加工廠，纖維素和半纖維素將成為生物燃料的主要原料。那么，什么樣的植物才具備成為燃料原料的前提條件呢？
“首先是量要大，價格要低，不與食品、飼料競爭；同時，要考慮它與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，也就是說對環(huán)境要友好，不影響其它植物的生長；它最好還是不占用耕地而能利用其他邊際土地的，節(jié)水節(jié)肥不易招蟲的……”
聽到這記者不禁問：“有這樣的植物能同時滿足這么多條件嗎？”
“這就需要根據(jù)地域特色進行多樣性的布局。比如在潮濕的灘涂地區(qū)可以選擇蘆葦，因為它生長快，光合作用強，也不需要太多的肥料；山區(qū)的話一般選常年生的樹木，而耐旱則是對干旱地區(qū)備選植物的起碼要求。目前國外比較重視的有柳枝稷、芒草、蘆葦、胡麻、木薯等等。”
馬延和研究員補充說：“對微生物來說，它應(yīng)當(dāng)有相關(guān)的基礎(chǔ)代謝途徑，生產(chǎn)率要高，非致病，容易規(guī)模化培養(yǎng)，便于人為改造。符合條件的細菌可以稱為‘能源微生物’，符合條件的植物叫做‘能源植物’。”
汽車新燃料劍指何方？
如今，LS9公司已吸收到2000萬美元投資，不少生物燃料研究和利用領(lǐng)域的專家十分看好“可再生石油”的前景。2008年公司將要在加利福尼亞建立中試車間來測試和完善生產(chǎn)工藝，并希望能在未來三到五年內(nèi)可出售生物柴油或者用于煉制的合成的生物原油。沃爾什表示，公司將在2010年前后實現(xiàn) “可再生石油”的規(guī)模化生產(chǎn)，為此，研究人員們面臨的緊迫任務(wù)就是將每桶“可再生石油”的成本從目前的三位數(shù)，降低到45至50美元。“環(huán)保因素，加上價格優(yōu)勢，我們的產(chǎn)品將足以與石油競爭。”沃爾什說。
“我們國家也在開展類似的研究，包括用微生物發(fā)酵生產(chǎn)碳氫化合物，目前尤其鼓勵利用纖維素降解制乙醇，也在開發(fā)乙醇的升級產(chǎn)品丁醇。由于這些燃料的原料是植物，它燃燒時排放的二氧化碳都是植物本身在進行光合作用時吸收的二氧化碳，所以可將二氧化碳的凈排放視為零。”馬延和研究員告訴記者。
“在開發(fā)汽車新能源的研究中，微生物還能起什么作用？”
“還可以利用微生物制氫，再進一步制成氫燃料電池；此外，微生物發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣作為燃料，微生物也能在制造生物柴油中發(fā)揮作用。”
馬延和研究員最后說，從國際上看，我國研制生物燃料的水平是落后的，在能源植物的選擇和培育上需要進一步加強總體布局和規(guī)劃，在微生物菌種改造的新技術(shù)應(yīng)用方面差距也比較大，但我們正在不斷努力。工業(yè)經(jīng)濟是依靠化石能源的“化石經(jīng)濟”，如果生物燃料能大范圍地取代石油，那么將催生出一種全新的經(jīng)濟模式。
■新聞緣起
哈佛大學(xué)一名遺傳學(xué)專家和斯坦福大學(xué)一名植物生物學(xué)家發(fā)明了一種方法，利用生物工程技術(shù)，改變一些細菌(如大腸桿菌)的基因，促使這些變異微生物充分釋放植物中蘊藏的能量，并最終將這些能量轉(zhuǎn)換成汽油替代物。
人類一直在探索各種從生物中提取能源的方法，試圖用玉米、甘蔗等生產(chǎn)乙醇代替汽油，減少二氧化碳的排放。這看上去很美，但卻不適合推廣使用。因為乙醇會對輸油管道產(chǎn)生腐蝕性，若要換成乙醇汽油，全球的汽車發(fā)動機需要改裝，整個汽車行業(yè)要為此“傷筋動骨”。而且，輸油管也都得更換成耐腐蝕材料，成本實在太高。
而美國LS9生命科技公司利用微生物的“可再生石油”，成功破解了這些難題。他們認為，“可再生石油”的真正優(yōu)勢就是不浪費現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。 “它不僅可以直接利用現(xiàn)有的輸油管道輸送，還能為你心愛的跑車提供比其他生物燃料更強勁的動力。”預(yù)計它在2010年左右可投入規(guī)模化生產(chǎn)。（據(jù)新華網(wǎng)）
■相關(guān)鏈接
細菌釋放出清潔的氫燃料
研究人員日前表示，給細菌投喂醋與污水，再對其施以短促電擊，細菌將能釋放出清潔的氫燃料，用于車輛“加油”，以替代現(xiàn)有的汽油。
賓夕法尼亞州立大學(xué)的布魯斯·洛根（BruceLogan）指出，這種所謂微生物燃料電池，能將幾乎所有可分解的有機材料，轉(zhuǎn)化為零排放的氫氣燃料。與現(xiàn)在的氫能源汽車相比，這項技術(shù)更具環(huán)保優(yōu)勢。因為現(xiàn)有氫汽車燃料所用的氫通常來自化石燃料，即使車子本身不釋放溫室氣體，但在原料生產(chǎn)加工過程也會排放。洛根通過電話采訪說：“這是一項利用可再生有機物質(zhì)的方法，只要材料可以生物降解，并且能夠產(chǎn)生氫就可以。”
這項技術(shù)比水電解更為高效，因為水的電解會產(chǎn)生氧氣跟氫氣。洛根說：“這個技術(shù)的耗能僅是水電解的十分之一。”細菌做了大部分的工作，分解有機材料，釋放出亞原子微粒，因此所需的電量只是把這些微粒形成氫氣。
洛根表示，產(chǎn)生的燃料雖然是氣體，而不是液體，但仍可以用作車輛“加油”。整個過程用到纖維素、葡萄糖、醋酸鹽以及其他揮發(fā)性酸類。唯一的排放物僅僅是水。
中國能源科技發(fā)展的戰(zhàn)略路線圖
從中國未來經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略需求出發(fā)，前瞻世界能源科技發(fā)展前沿，制定中國能源科技發(fā)展的戰(zhàn)略路線圖，是建設(shè)中國能源可持續(xù)發(fā)展體系、實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標的重要保證。
這一路線圖包括近期（至2020年）重點發(fā)展節(jié)能和清潔能源技術(shù)，提高能源效率，力爭突破新一代零排放、多聯(lián)產(chǎn)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)、增壓流化床聯(lián)合循環(huán)技術(shù)等，解決CO2捕捉、儲存與利用的關(guān)鍵技術(shù)并進行技術(shù)示范，推進煤炭高效液化技術(shù)、煤基醇醚和烯烴代油技術(shù)進入工程示范和大規(guī)模應(yīng)用階段，積極發(fā)展安全清潔核能技術(shù)和非水能的可再生能源技術(shù)，前瞻部署非傳統(tǒng)化石能源技術(shù)。
中期（2030年前后）重點推動核能和可再生能源向主力能源發(fā)展。
遠期（2050年前后）建成中國可持續(xù)能源體系，總量上基本滿足中國經(jīng)濟社會發(fā)展的能源需求，結(jié)構(gòu)上對化石能源的依賴度降低到60％以下，可再生能源成為主導(dǎo)能源之一。重點發(fā)展可再生能源技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用和商業(yè)化，力爭突破核聚變能技術(shù)。 （記者 黃橙）
發(fā)布信息
