丁醇(Butanol)一種很有前途的下一代生物燃料,，包含的能量多于乙醇(ethanol),，而且可以通過石油管道傳送。但是,，就像乙醇一樣,，生物丁醇生產(chǎn)也是集中使用食用原料，比如甜菜,、玉米淀粉和甘蔗,。
現(xiàn)在,，加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles)生物分子工程師詹姆斯·廖(James Liao)，已開發(fā)出兩種方法,，使丁醇擺脫對糧食作物的依賴,。詹姆斯·廖說,，有一項紀錄,，就是商業(yè)化推廣了創(chuàng)新的生物燃料工藝，他已經(jīng)證明,，微生物生產(chǎn)先進生物燃料,，可以直接用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)，也可以用蛋白質(zhì)原料生產(chǎn),，比如用藻類,。
詹姆斯·廖示范的直接從纖維素向丁醇轉(zhuǎn)化，可以降低成本,，生產(chǎn)纖維素生物燃料,，這一成本目前還過高。他的蛋白質(zhì)為基礎的工藝,，為生物燃料領域提供了全新的原料選擇,。
雖然它們是可再生能源，但是,，生物燃料面臨著攻擊,，這些攻擊來自環(huán)境和食品活動家，生物丁醇(biobutanol)也不例外：第一代生物丁醇廠正在開發(fā)中,，它們的運行將依賴玉米為基礎的糖和淀粉,。“丁醇有一些技術優(yōu)勢，但真正的問題,，是用于制造一加侖燃料的作物數(shù)量,，”杰里米·馬丁(Jeremy Martin)說，他是一位資深科學家,，在憂思科學家聯(lián)盟(Union of Concerned Scientists),，這個聯(lián)盟是馬薩諸塞州(Massachusetts)劍橋(Cambridge)的一個吁請團，屬于一個廣泛聯(lián)盟的一部分,，他們推動國會結束對玉米乙醇利潤豐厚的稅收抵免(tax credits),。
詹姆斯·廖的創(chuàng)新可能終止生物丁醇與玉米的關聯(lián)，這種關聯(lián),，具有諷刺意味的是,，部分原因是他造成的。2008年,，詹姆斯·廖開發(fā)出一種微生物途徑,，可以把糖轉(zhuǎn)換為異丁醇(isobutanol),，就是丁醇的一種高辛烷值(high-octane)的異構體。這項創(chuàng)新目前正在商業(yè)化,，實施者是格沃公司(Gevo),，就是科羅拉多州(Colorado)恩格爾伍德(Englewood)的一家初創(chuàng)公司，是這么說詹姆斯·廖共同創(chuàng)辦的,。格沃公司籌資1.07億美元,，是上個月首次公開募股籌集的，可以支持其計劃,，改造玉米乙醇廠,，生產(chǎn)異丁醇。
這些計劃就是轉(zhuǎn)向生物燃料生產(chǎn),，采用的是生物質(zhì)原料,，如柳枝稷，玉米秸稈,，甘蔗渣(或植物殘體)的,，但是，進展很慢,，這是由于成本較高,。美國環(huán)境保護機構(U.S. Environmental Protection Agency)的指令是，今年只使用660萬加侖的纖維素乙醇,，不到3%的2.50億加侖的目標,，這一目標是美國國會四年前設定的。障礙來自需要增加加工步驟,，用以分解這些纖維素原料,，從而產(chǎn)生糖，進行發(fā)酵;這種加工大大提升了成本,，使生產(chǎn)設施難以融資,。
詹姆斯·廖的直接從纖維素轉(zhuǎn)為丁醇的工藝，在開發(fā)中與橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人員合作,，這種工藝有望簡化過程,，擴展發(fā)酵微生物的性能。關鍵是增加了詹姆斯?廖的從糖到異丁醇的方法,，增加到一種微生物,，就是解纖維梭菌，就像是喜歡咀嚼生物質(zhì),，但通常不會制成丁醇,。最初，這種微生物的分離是來自草堆肥(composted grass)，兩年前,，美國能源部聯(lián)合基因組研究所(Joint Genome Institute)完成了它的基因組排列,。
這一基因工程成果發(fā)表在本月雜志《應用與環(huán)境微生物學》(Applied and Environmental Microbiology)上，這一成果是一個單一的有機體,，它攝入纖維素,，制成異丁醇。詹姆斯·廖說,，產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率都很低,，但是他說，這種“原理循證”可能是開發(fā)過程中最棘手的部分,。 “其余的相對簡單,。不是不重要,，而是簡單,。它就成了一個資金和資源的問題，”詹姆斯·廖說,。
下一步是進行基因改良,，形成生長較快的梭菌變體或其他微生物。詹姆斯·廖打賭說,，這一技術準備好生產(chǎn),，只需要短短兩年。
有一個障礙可能使事情慢下來,，就是訴訟,，是針對詹姆斯?廖的技術的使用權。格沃正在被起訴侵犯了專利權,，原告是競爭對手布塔馬克斯先進生物燃料公司(Butamax Advanced Biofuels),，是英國石油公司(BP)和杜邦公司(DuPont)的合資企業(yè)，這家公司像格沃一樣,，也計劃把玉米為基礎的乙醇植物轉(zhuǎn)化成異丁醇,。布塔馬克斯公司稱，格沃使用基因工程制造丁醇,，違反了一項泛美國專利,，這項專利是2010年12月發(fā)給布塔馬克斯公司的。
另一個障礙是擔心環(huán)境影響大型生物質(zhì)的使用,。今年一月,，美國環(huán)保局(EPA)向國會頒布了一份報告草案，探討生物燃料生產(chǎn)對環(huán)境的影響,。該報告概述了幾個問題,，都是有關生產(chǎn)生物質(zhì)為基礎的燃料。報告指出，用玉米秸稈(收獲后的葉和莖)生產(chǎn)燃料,，而不是耕作時把秸稈返回農(nóng)田來,，可能會導致土壤退化，堵塞溪流和河流,，增加徑流量,。環(huán)保人士提出，要關注耕種邊緣土地,，這些土地已經(jīng)被預留,，以增加生物多樣性，并提供保護屏障圍繞水體,。
詹姆斯·廖演示了基因工程改造的大腸桿菌(E. coli),，可以把蛋白質(zhì)變成異丁醇，也提供了一種潛在的替代品,，可替代生物質(zhì)原料,，這種替代品就是快速生長、具有光合作用的藻類?，F(xiàn)有的研發(fā)項目開發(fā)藻類為基礎的生物燃料,，都尋求轉(zhuǎn)換藻類生產(chǎn)的油脂，油脂約占四分之一的藻類質(zhì)量,。相反,，蛋白質(zhì)約占三分之二。
詹姆斯·廖說,，有可能創(chuàng)造一種再生生產(chǎn)系統(tǒng),，其中，生產(chǎn)異丁醇的微生物可以持續(xù),，就采用藻類蛋白,，以及工業(yè)發(fā)酵殘余物，這是回收利用前一輪的丁醇生產(chǎn),。像藻類一樣,，發(fā)酵殘留物主要成分是蛋白質(zhì)。
“這些結果表明,，使用蛋白質(zhì)進行生物煉制是可行的,，”詹姆斯·遼和加州大學洛杉磯分校(UCLA)的同事們這個月的《自然生物技術》雜志上說。（生物谷Bioon.com）
