德國(guó)人卡爾·奔馳研制的第一臺(tái)以汽油為動(dòng)力的汽車(chē)于1886年1月29日獲得專(zhuān)利,，從此汽油汽車(chē)風(fēng)靡全球,，燃燒汽油作為動(dòng)力也似乎成為天經(jīng)地義的事，然而世界經(jīng)濟(jì)論壇評(píng)出的“2008年科技先驅(qū)”,，卻赫然將細(xì)菌“開(kāi)動(dòng)”小汽車(chē)列入其中,。我們是否正在告別汽油汽車(chē)時(shí)代？真正環(huán)保的汽車(chē)是否正向我們走來(lái),？
細(xì)菌是怎么激發(fā)能量的？
細(xì)菌,、基因與汽車(chē)之間有何關(guān)聯(lián),？美國(guó)LS9公司就從這三者之間，找到了一把開(kāi)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(zhuān)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(duì)包括大腸桿菌在內(nèi)的不同菌株進(jìn)行了遺傳改造，促使這些微生物充分釋放植物中蘊(yùn)藏的能量,，并最終將這些能量轉(zhuǎn)換成汽油替代物,。
中國(guó)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(guò)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(guò)酵母菌發(fā)酵生成,；而制造這種新能源時(shí)，也是以可發(fā)酵糖為原料,，通過(guò)改造細(xì)菌的基因,，延長(zhǎng)生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏拇x途徑，使中間產(chǎn)物脂肪酸進(jìn)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(duì)一種新細(xì)菌的改造與利用,。”
LS9公司有時(shí)會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)DNA重組方法將基因插入微生物基因中,，有時(shí)他們也會(huì)用計(jì)算機(jī)重組這些已知基因或者合成它們。構(gòu)建的基因工程菌會(huì)按照公司要求的鏈長(zhǎng)和分子結(jié)構(gòu)來(lái)合成分泌碳?xì)浠衔锓肿?。LS9公司負(fù)責(zé)研究開(kāi)發(fā)的副總裁說(shuō),，公司可生產(chǎn)成百上千種不同的碳?xì)浠衔锓肿印＿@項(xiàng)工藝可生產(chǎn)不含硫的原油,，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的煉制方法生產(chǎn)汽車(chē)燃料,，噴氣機(jī)燃料，柴油機(jī)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(lái)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?yàn)檎麄€(gè)汽車(chē)行業(yè)可能都要為此‘傷筋動(dòng)骨’,，”LS9現(xiàn)任總裁羅伯特·沃爾什解釋說(shuō)：“由于乙醇的腐蝕性，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)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(rèn)為,，“可再生石油”的真正優(yōu)勢(shì)就是不浪費(fèi)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(ài)的跑車(chē)提供比其它生物燃料更強(qiáng)勁的動(dòng)力,。”
馬延和研究員談到，相較醇類(lèi)而言,，烴類(lèi)作為燃料更具有優(yōu)勢(shì),，LS9公司的這項(xiàng)技術(shù)重構(gòu)了微生物的自然代謝途徑，產(chǎn)生的烴類(lèi)燃料熱值更高,，同時(shí)與現(xiàn)有石化工業(yè)接軌比較容易,，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)的要求也較低，但由于技術(shù)還不夠成熟,，產(chǎn)品的市場(chǎng)化應(yīng)用尚需時(shí)日,。
據(jù)了解,，生產(chǎn)碳?xì)浠衔锉染凭男室撸驗(yàn)槊考觼鎏細(xì)浠衔锼臒崃恳叽蠹s30%,，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(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锶菀着c水分離,，所以生產(chǎn)乙醇比碳?xì)浠衔锒嘈枰s65%的能量,。
哪種植物與細(xì)菌才“夠格”？
為了確保糧食供應(yīng),，我國(guó)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(jià)格要低,，不與食品,、飼料競(jìng)爭(zhēng)；同時(shí),，要考慮它與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系,，也就是說(shuō)對(duì)環(huán)境要友好，不影響其它植物的生長(zhǎng),；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(chóng)的……”
聽(tīng)到這記者不禁問(wèn)：“有這樣的植物能同時(shí)滿(mǎn)足這么多條件嗎？”
“這就需要根據(jù)地域特色進(jìn)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?yàn)樗L(zhǎng)快,，光合作用強(qiáng),，也不需要太多的肥料；山區(qū)的話一般選常年生的樹(shù)木,，而耐旱則是對(duì)干旱地區(qū)備選植物的起碼要求,。目前國(guó)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(bǔ)充說(shuō)：“對(duì)微生物來(lái)說(shuō),，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)?；囵B(yǎng)，便于人為改造,。符合條件的細(xì)菌可以稱(chēng)為‘能源微生物’,，符合條件的植物叫做‘能源植物’。”
汽車(chē)新燃料劍指何方,？
如今,，LS9公司已吸收到2000萬(wàn)美元投資，不少生物燃料研究和利用領(lǐng)域的專(zhuān)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(chē)間來(lái)測(cè)試和完善生產(chǎn)工藝,，并希望能在未來(lái)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(shí)現(xiàn)“可再生石油”的規(guī)?；a(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(jià)格優(yōu)勢(shì),，我們的產(chǎn)品將足以與石油競(jìng)爭(zhēng)。”沃爾什說(shuō),。
“我們國(guó)家也在開(kāi)展類(lèi)似的研究,，包括用微生物發(fā)酵生產(chǎn)碳?xì)浠衔铮壳坝绕涔膭?lì)利用纖維素降解制乙醇,，也在開(kāi)發(fā)乙醇的升級(jí)產(chǎn)品丁醇,。由于這些燃料的原料是植物，它燃燒時(shí)排放的二氧化碳都是植物本身在進(jìn)行光合作用時(shí)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(kāi)發(fā)汽車(chē)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(jìn)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(shuō),，從國(guó)際上看，我國(guó)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(jìn)一步加強(qiáng)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(jì)是依靠化石能源的“化石經(jīng)濟(jì)”,，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(jì)模式?！?/p>
■新聞緣起
哈佛大學(xué)一名遺傳學(xué)專(zhuān)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(xì)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(yùn)藏的能量,，并最終將這些能量轉(zhuǎn)換成汽油替代物。
人類(lèi)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?yàn)橐掖紩?huì)對(duì)輸油管道產(chǎn)生腐蝕性,，若要換成乙醇汽油,，全球的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)需要改裝，整個(gè)汽車(chē)行業(yè)要為此“傷筋動(dòng)骨”,。而且,，輸油管也都得更換成耐腐蝕材料，成本實(shí)在太高,。
而美國(guó)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(rèn)為,，“可再生石油”的真正優(yōu)勢(shì)就是不浪費(fèi)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(ài)的跑車(chē)提供比其他生物燃料更強(qiáng)勁的動(dòng)力,。”預(yù)計(jì)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(xì)菌釋放出清潔的氫燃料
研究人員日前表示,，給細(xì)菌投喂醋與污水，再對(duì)其施以短促電擊,，細(xì)菌將能釋放出清潔的氫燃料,，用于車(chē)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(jī)材料，轉(zhuǎn)化為零排放的氫氣燃料,。與現(xiàn)在的氫能源汽車(chē)相比,，這項(xiàng)技術(shù)更具環(huán)保優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楝F(xiàn)有氫汽車(chē)燃料所用的氫通常來(lái)自化石燃料,，即使車(chē)子本身不釋放溫室氣體,，但在原料生產(chǎn)加工過(guò)程也會(huì)排放。洛根通過(guò)電話采訪說(shuō)：“這是一項(xiàng)利用可再生有機(jī)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(xiàng)技術(shù)比水電解更為高效,，因?yàn)樗碾娊鈺?huì)產(chǎn)生氧氣跟氫氣,。洛根說(shuō)：“這個(gè)技術(shù)的耗能僅是水電解的十分之一。”細(xì)菌做了大部分的工作,，分解有機(jī)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(chē)輛“加油”,。整個(gè)過(guò)程用到纖維素、葡萄糖,、醋酸鹽以及其他揮發(fā)性酸類(lèi),。唯一的排放物僅僅是水。
中國(guó)能源科技發(fā)展的戰(zhàn)略路線圖
從中國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(guó)能源科技發(fā)展的戰(zhàn)略路線圖，是建設(shè)中國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展體系,、實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)的重要保證,。
這一路線圖包括近期（至2020年）重點(diǎn)發(fā)展節(jié)能和清潔能源技術(shù)，提高能源效率,，力爭(zhēng)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(chǔ)存與利用的關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行技術(shù)示范，推進(jìn)煤炭高效液化技術(shù),、煤基醇醚和烯烴代油技術(shù)進(jìn)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(diǎn)推動(dòng)核能和可再生能源向主力能源發(fā)展,。
遠(yuǎn)期（2050年前后）建成中國(guó)可持續(xù)能源體系,，總量上基本滿(mǎn)足中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源需求，結(jié)構(gòu)上對(duì)化石能源的依賴(lài)度降低到60％以下,，可再生能源成為主導(dǎo)能源之一,。重點(diǎn)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(zhēng)突破核聚變能技術(shù),。 （記者 黃橙）
