新興的電燃料

譚玉龍

隨著2012年美國大旱，生物燃料的可行性再次被廣泛討論。其實，對生物燃料的爭議甚至是質(zhì)疑從未停止過，不過，新技術(shù)的發(fā)展或許將改變生物燃料的窘境。最新的電燃料（electrofuel）不僅將改變生物燃料面臨的“與人爭糧”的指責(zé)，還將大大提高其能量產(chǎn)出效率并降低成本。

來源于電的生物燃料

美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室的科學(xué)家史蒂夫·斯格帶領(lǐng)他的團隊研發(fā)出一種高效的生產(chǎn)液體燃料的方法，他們采用一種叫做Ralstonia eutropha的細(xì)菌，通過對細(xì)菌進行基因工程改造，讓其改變了自然狀態(tài)下的產(chǎn)能方式——自然界中的細(xì)菌以氫為能量來源，通過轉(zhuǎn)化二氧化碳合成有機物?？茖W(xué)家重建了該細(xì)菌的代謝途徑，從工程大腸桿菌等其他細(xì)菌中引入生產(chǎn)中鏈甲基酮的代謝途徑，使得細(xì)菌的代謝終產(chǎn)物變?yōu)槭?，它非常接近于傳統(tǒng)柴油。這一新技術(shù)所需要的是氫和可再生電能，而可再生電能可以由太陽能和風(fēng)能等再生能源產(chǎn)生，也就是說，電燃料整體為可再生和綠色的。這一技術(shù)解決了傳統(tǒng)生物能源生產(chǎn)過程中的不足，徹底避免了生物燃料與人爭糧的窘境，而且其比目前生物能源的生產(chǎn)效率高10倍。這一研究目前離應(yīng)用還有一定距離，尚處于實驗室階段，不過進展順利，已獲得美國能源部高級研究計劃署電燃料項目支持的340萬美元的資助，這也是能源部高級研究計劃署電燃料項目所支持的13個電燃料項目之一。

電燃料，顧名思義，就是細(xì)菌等微生物直接利用電能而獲取能量生長，并且生產(chǎn)出生物燃料。對比傳統(tǒng)的生物燃料的生產(chǎn)方式，這一方式有了一大改進——傳統(tǒng)的生物燃料生產(chǎn)方式都有一個關(guān)鍵的限速步驟，那就是光合作用。無論是一代還是二代生物能源技術(shù)，大多數(shù)生物燃料能量都是源自植物通過光合作用所轉(zhuǎn)化的太陽能。像是初期玉米和甘蔗中的糖類物質(zhì)，以及后來的秸稈中的纖維素，說到底，都是由植物本身進行光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而來的。光合作用對于植物本身來說必不可少，但遺憾的是，光合作用相對來說較為低效，這就導(dǎo)致了生物原料生產(chǎn)周期較長；想要獲取儲存在植物中的能量物質(zhì)來生成生物燃料，需要大量的加工步驟。電燃料的生產(chǎn)則成功繞過了光合作用，如果能夠突破關(guān)鍵技術(shù)，將大大提高生物燃料的效率。

改變生物燃料的爭糧窘境

除了光合作用的低效，生物燃料還有一個致命的問題，那就是與人爭糧。今年的美國大旱重啟了食品與生物燃料之間的斗爭——今年美國玉米產(chǎn)量與一個月前的預(yù)測相比下降了17%，與去年的產(chǎn)量水平相比下降了13%，每公頃產(chǎn)量可能是17年以來最低。玉米價格已經(jīng)達到了創(chuàng)紀(jì)錄新低。而且玉米也是動物飼料的主要組成部分，因此，肉類、牛奶和雞蛋價格也可能隨之攀升。與此同時，全美大約40%的玉米產(chǎn)量被用來制造乙醇，乙醇生產(chǎn)過程會剩下一些可供喂養(yǎng)動物的東西。然而，如今美國玉米產(chǎn)量的至少四分之一被制成了乙醇，作為燃料使用。這已成為政府的強制要求。但國際糧農(nóng)組織負(fù)責(zé)人呼吁“立即暫時中止”這一政府強制要求，以便將更多的玉米用于食品或飼養(yǎng)牲畜。美國畜牧行業(yè)也督促國會暫停要求在汽油中添加乙醇的法律。可以說，自從生物燃料問世，就一直處于爭論的漩渦當(dāng)中。

前景光明的新型生物燃料

目前，電燃料仍處于實驗室研發(fā)和攻堅階段，除了上文提到的研究成果外，還有其他不少令人振奮的成績。加州大學(xué)洛杉磯分校構(gòu)建的基因工程，能夠利用甲酸再生成如丁醇等可作為燃料的某些醇類化合物。甲酸通過二氧化碳轉(zhuǎn)化，所需的能量來源于可再生電能。麻省理工學(xué)院對氧產(chǎn)堿桿菌進行基因改造，發(fā)酵生產(chǎn)出了異丁醇。這種醇類物質(zhì)有重要的實用意義，現(xiàn)有汽車的引擎對其有很好的兼容性，比如一些賽車引擎用的就是異丁醇。另外，還有一些公司致力于該領(lǐng)域的研發(fā)。雖然在生產(chǎn)中需要消耗一定的電能，似乎依靠電能再來生產(chǎn)燃料看起來多此一舉，但其終產(chǎn)物還是相當(dāng)有實際意義的，除了常規(guī)的生物燃料等一些可以作為能源的產(chǎn)品，現(xiàn)在的技術(shù)還可以生成碳水化合物或是其他可燃分子，以及包括香精、化纖、溶劑、油漆等在內(nèi)的日用品。因為這一技術(shù)的關(guān)鍵在于生物合成過程，所以，仍然屬于生物能源的領(lǐng)域。從目前看，這一技術(shù)有了很好的開端，倘若該技術(shù)可以走出實驗室，生物燃料將迎來屬于自己的春天。

【責(zé)任編輯】趙 菲