讓汽車喝纖維素乙醇

高　波

纖維素恐怕是人類使用最久的一種聚合物。所謂纖維素，是指由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑。它是世界上最豐富的天然有機(jī)物，要找到實(shí)在太容易了。有植物的地方就有它的身影，因?yàn)樗侵参锛?xì)胞壁的主要成分。一般木材中，纖維素占其總成分的一半左右。就算想要得到純天然的最純的纖維素，也不是難事，去棉花地或者鉆被窩都可以。棉花這種給過我們太多溫暖的東西，可能是纖維素含量最高的“天然產(chǎn)品”，接近100％。

人類用木材建房子，用棉花做被窩，可以說是對纖維素的利用，實(shí)在還談不上改造纖維素。纖維素還有一個(gè)眾所皆知的用途，那就是造紙，但這種已經(jīng)有些技術(shù)含量的“工藝”仍舊不算是改造纖維素，而更像是對一堆原材料進(jìn)行去雜提純，去掉木質(zhì)素等成分，保留纖維素。當(dāng)然，木質(zhì)素通常都不會被完全“消滅”。一些造紙廠為了節(jié)約成本，往往馬虎行事，生產(chǎn)出來的紙很容易變黃，就是因?yàn)榧埨镞€有大量木質(zhì)素。木質(zhì)素在空氣中被氧化，便呈黃色。

對纖維素的改造是從化學(xué)家那開始的。

瑞士化學(xué)家舍恩拜因相信很多人都不陌生，他就是1839年發(fā)現(xiàn)臭氧的那個(gè)家伙。1846年的一天，他的妻子不在家。之所以強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，是因?yàn)槠拮尤绻诩业脑?，是絕對禁止他跑到廚房里去做實(shí)驗(yàn)的。那天，他在廚房里到底是做一個(gè)什么實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)很少有人知道，但他忙中出亂弄灑了一種酸的混合物卻是千真萬確的事情。由于擔(dān)心妻子回家“抓現(xiàn)場”，舍恩拜因隨手抓起妻子的一條棉布圍裙擦拭污跡。為了不讓妻子在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)“罪證”，他決定把圍裙掛在火爐上烘干，結(jié)果圍裙“撲”的一聲著了火，瞬間變成了一小撮灰。

作為化學(xué)家的舍恩拜因，自然不會認(rèn)為這只是一場普通的意外失火事件。他意識到其中的不正常，比如說圍裙并未接觸火焰，并且烘烤時(shí)間很短，溫度上升不會很快。于是，他從中受到啟發(fā)，開始著手改造“棉布圍裙”，即改造纖維素。他將硝酸根（１個(gè)氮原子和３個(gè)氧原子）與葡萄糖中的氫氧根（羥基）連接，然后再用硝酸和硫酸的混合物來處理纖維素。這樣做當(dāng)然不是為了制造有神奇功能的衣服或者棉被，實(shí)驗(yàn)的最終產(chǎn)物可不是溫柔體貼的家伙，而是一種十分恐怖的東西——烈性炸藥。

舍恩拜因所制得的化合物叫做硝化纖維素，他為其取了一個(gè)“市場名”——火藥棉。舍恩拜因有很強(qiáng)的市場意識，在認(rèn)識到火藥棉的市場潛力后，主動出擊，把制造火藥棉的秘方賣給了幾個(gè)國家，因此發(fā)了筆小財(cái)。在這之前，人們使用的火藥都很不“環(huán)?！保稽c(diǎn)燃就會濃煙滾滾，不但弄臟了大炮，還妨礙視線。而舍恩拜因的火藥棉威力更大，還不冒黑煙，因此受到了青睞。不過很快大家就發(fā)現(xiàn)，在其缺點(diǎn)面前，所有的優(yōu)點(diǎn)都不值一提?；鹚幟抟?yàn)樘菀住白呋稹?，以至于火藥工廠紛紛倒在自己產(chǎn)品的“壞脾氣”中。后來，英國化學(xué)家迪尤爾對火藥棉進(jìn)行了改良，終于制得了“安全的火藥”。

火藥的發(fā)明、改良和利用，被認(rèn)為是影響世界歷史和人類文明的100件事情之一。不過在化學(xué)家眼里，火藥的意義卻膚淺得多，“僅僅是纖維素改造史上的一聲巨響”。而在100多年后的今天，纖維素改造再次迎來了“影響人類文明”的歷史機(jī)遇。隨著全球性能源短缺問題的日益嚴(yán)峻，科學(xué)家把尋找“新驅(qū)動力”的目光轉(zhuǎn)向了纖維素。用玉米造石油一度是個(gè)熱門話題，然而這種“讓機(jī)器跟人類搶糧食”的做法存在著許多爭論，也并不被看好。但是，如果能利用木材廠剩下的木屑、農(nóng)民廢棄了的秸稈以及稻殼制成燃料，從而讓街上的汽車跑得更歡，卻會是眾口稱贊的事情。

然而，說起來容易，做起來難。雖然現(xiàn)在很多國家都能夠生產(chǎn)“纖維素乙醇”，但由于技術(shù)上的瓶頸，成本都比較高，其中最大的難題是發(fā)酵環(huán)節(jié)，即如何將纖維素轉(zhuǎn)化為通過發(fā)酵能夠分解的成分。要做到其實(shí)很容易，至少在化學(xué)家的工作室里，分解纖維素不過是個(gè)簡單的普通實(shí)驗(yàn)。但是，當(dāng)上升到實(shí)際生產(chǎn)過程中，就不得不考慮包括成本在內(nèi)的很多問題。至少現(xiàn)在，纖維素酶依然價(jià)值不菲。

有人問，不是很多細(xì)菌都可以分解纖維素嗎？是不是可以讓它們來幫忙？一點(diǎn)沒錯(cuò)，很多細(xì)菌的確有這能耐，而且科學(xué)家已經(jīng)開始打起它們的主意來。那些能夠分解纖維素的細(xì)菌會讓纖維素發(fā)酵，從而產(chǎn)生乙醇和其他有機(jī)酸。但是，細(xì)菌不會理會人類的意圖，不會只“制造”人類想要的乙醇，也就是說，它們“用纖維素制造乙醇”的效率也非常低，更多的是“把一種廢物變成另一種廢物”。不過科學(xué)家終究還是有辦法，他們對一些天然細(xì)菌進(jìn)行遺傳改造，刪除了一個(gè)目標(biāo)基因組，這樣做的結(jié)果是被改造的細(xì)菌在分解纖維素時(shí)只會產(chǎn)生乙醇。這項(xiàng)技術(shù)成熟之后，將會顯著降低纖維素乙醇的生產(chǎn)成本。

也許在不久的將來，纖維素乙醇就會成為一種被廣泛運(yùn)用的新能源。到那時(shí)，街上跑的汽車開始換口味，不再“喝”汽油，而改“喝”纖維素乙醇。而這種乙醇的原材料，可能是一堆木屑，一堆廢紙，也有可能是誰家里一床爛得已經(jīng)沒辦法使用的破棉被。因此有人開玩笑說，到那時(shí)候，棉被都能驅(qū)動汽車了。

編輯/梁宇清