利用從木屑和紙漿中生產(chǎn)纖維素生產(chǎn)乙醇,其過程有點像按照一份復(fù)雜的法式菜譜做菜一樣:需要許多價值不菲的配料以及多種多樣的炊具,每一樣都有其本身特點的設(shè)置和使用方法,才能做出最終的成品,而整個過程耗資巨大卻效率不高。
現(xiàn)在,一家新罕布什爾州(Lebanon,NH)黎巴嫩市的纖維素生物燃料公司--Mascoma公司,公布了其在簡化纖維素乙醇生產(chǎn)過程這一目標(biāo)上的顯著進展,簡化方案的生產(chǎn)過程跳過了多種昂貴的酶制劑的使用,從而可能會降低纖維素乙醇20%-30%的生產(chǎn)成本,。
纖維素乙醇當(dāng)?shù)?/p>
近年來,作為替代能源之一的燃料乙醇方興未艾,。美國使用的“主流”方法是從玉米顆粒的發(fā)酵中提取乙醇,其玉米乙醇的產(chǎn)量飛速增長,5年前便達(dá)到了36億加侖。按規(guī)劃,2012年,美國玉米乙醇年產(chǎn)量將達(dá)到75億加侖,。
然而,生產(chǎn)36億加侖玉米乙醇,需要消耗當(dāng)年美國全部玉米收成的15%,燃料乙醇也因“與民爭糧”引發(fā)巨大爭議,。
相對于以玉米和大豆等糧食為原料的第一代生物燃料來說,以稻草、秸稈等植物纖維為原料的纖維素乙醇被稱為第二代生物燃料,其最大優(yōu)勢在于避免了“與人爭糧,、與糧爭地”的風(fēng)險,。纖維素是地球上最豐富的可再生資源,也是當(dāng)前利用率最低的資源,自然也成了各國新資源戰(zhàn)略的重點,。
但困難也顯而易見。目前,6~7噸秸稈僅能產(chǎn)出1噸左右的乙醇,。“盡管木質(zhì)纖維素原料本身非常廉價,但是將其轉(zhuǎn)化成乙醇的工藝過程非常復(fù)雜,需要大量的能耗,。這主要是由木質(zhì)纖維素自身的結(jié)構(gòu)特性決定的,而得到的目標(biāo)產(chǎn)物是經(jīng)濟附加值并不很高的乙醇,致使單位乙醇的經(jīng)濟效益并不具備較強的市場優(yōu)勢。”專家指出,近年來,很多企業(yè)均在加快步伐整合自身的纖維素處理能力,最大幅度地提高用纖維素生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)出率,降低總體生產(chǎn)成本,。
借力“超級細(xì)菌”
“纖維素生物燃料代表了下一代可替代能源技術(shù)的發(fā)展趨勢,在減少對石油燃料依賴,、降低溫室氣體排放、刺激地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展等方面有著不可限量的應(yīng)用潛力,。我們獨特的轉(zhuǎn)化技術(shù)可以使我們在不消耗糧食的前提下,實現(xiàn)乙醇燃料更快速,、更有效率、更具經(jīng)濟性的低成本生產(chǎn),這是其它生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)不可企及的優(yōu)勢,。”Mascoma公司董事長兼首席執(zhí)行官Bruce Jamerson如是稱,。
Mascoma,這家全球領(lǐng)先的低碳能源生物技術(shù)供應(yīng)商所提供的策略,被稱為合并生物處理技術(shù),其目的在于將乙醇生產(chǎn)過程中的多個步驟合而為一,而這一目標(biāo)的實現(xiàn)只需要使用一種基因經(jīng)過人為改良的超級細(xì)菌。Mascoma公司報告了一系列的研究進展,宣稱這將使其(纖維素乙醇生產(chǎn))“商業(yè)化進程出現(xiàn)實質(zhì)性的進展”,。
現(xiàn)有的纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)包含了多個步驟:植物原料如紙漿和柳枝稷首先要經(jīng)過預(yù)處理,從而將纖維素和其它植物組織相分離,然后將纖維素與多種酶相混合從而將其分解為糖,再使用酵母將糖酵解為乙醇,。
作為一個成本較低的選擇方案,Mascoma的研究人員們正在改良微生物,從而將生產(chǎn)過程中的最后兩步進行聯(lián)合:分解纖維素,并將糖轉(zhuǎn)化為乙醇。他們宣稱,如果他們能使微生物的乙醇生產(chǎn)反應(yīng)率足夠高,他們就可以在纖維素分解過程中減少所需昂貴酶制劑的用量,這將自然而然地降低乙醇生產(chǎn)一半的成本,。
Mascoma公司正在研究探索乙醇生產(chǎn)中可能會應(yīng)用的三種微生物:兩種細(xì)菌,以及一株酵母菌,。熱纖梭菌(C.thermocellum)和解糖梭菌(T.saCC[綜述 圖片 論壇]harolyticum)為嗜熱桿菌,能夠耐受反應(yīng)中所產(chǎn)生的高溫。近幾年來,研究者對這兩株細(xì)菌一直都很有興趣,因為他們都具有將纖維素分解轉(zhuǎn)化為糖,再將糖酵解為乙醇的自然能力,。
然而,這些菌株所產(chǎn)生乙醇的量非常低,。其限制因素為其副產(chǎn)物:兩種細(xì)菌都可將纖維素分解為葡萄糖和其他糖類,比如說木糖。細(xì)菌可以再將葡萄糖酵解為乙醇,但對其它糖類,例如木糖,卻無能為力,。更嚴(yán)重的是,因為細(xì)菌在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生其它有機酸類副產(chǎn)物,例如乙酸和乳酸,從而導(dǎo)致乙醇的產(chǎn)量頗低,。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),這些細(xì)菌在乙醇含量較高的環(huán)境中會受到抑制并且停止生長,。
