轉(zhuǎn)基因藻類生物制油技術(shù)在美國(guó)誕生

■ 林 清

地球上有一種神奇而普遍存在的生物——藻類。藻類有著極強(qiáng)的繁殖力，通過(guò)光合作用，不僅僅可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉，其體內(nèi)還能夠產(chǎn)生脂類——生物油。藻類中的脂質(zhì)，提取加工后，可以轉(zhuǎn)變成汽油、柴油、航空燃油、乙醇等物質(zhì)。

出于對(duì)化石能源枯竭和污染的擔(dān)憂，人類對(duì)石油替代品的追求從未停止。

2017年6月，美國(guó)第一大石油公司?？松梨冢‥xxonobil）和合成基因組公司（Synthetic Genomics）聯(lián)合發(fā)布消息，稱兩家公司聯(lián)合研究的轉(zhuǎn)基因藻類生物制油技術(shù)取得歷史性突破。

通過(guò)應(yīng)用Synthetic Genomics先進(jìn)的細(xì)胞工程技術(shù)，兩家公司組成的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)藻株的基因進(jìn)行了修改，使得藻株內(nèi)的油含量從20%提高到了40%。

倘若大量水藻變成油

藻類制油，是一項(xiàng)研究歷時(shí)超過(guò)70年的技術(shù)，美國(guó)曾試圖利用藻類制油替代石油。美國(guó)對(duì)藻類制油技術(shù)研究，幾乎和對(duì)頁(yè)巖油氣開采技術(shù)的研究同時(shí)啟動(dòng)，足見其當(dāng)年對(duì)這一技術(shù)的期望。

有研究曾指出，藻類每單位面積的產(chǎn)油量是傳統(tǒng)生物制油的10～100倍。但其成本極其昂貴，全球都在致力研究降低這一制油過(guò)程的成本。美國(guó)國(guó)家能源部曾估計(jì)，如果藻類制油要替代美國(guó)所有的石油燃料，需要大約3.9萬(wàn)平方千米的面積用以養(yǎng)殖。3.9萬(wàn)平方千米，相當(dāng)于兩個(gè)大慶市的面積。

利用藻類進(jìn)行生物制油被視為最有潛力的能源技術(shù)之一，但在過(guò)去幾十年時(shí)間當(dāng)中，相關(guān)技術(shù)研究并不順利。因?yàn)檠芯空呤冀K無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)藻類中含油量和藻類生長(zhǎng)速度的同時(shí)提高。藻類實(shí)現(xiàn)快速生長(zhǎng)往往會(huì)造成含油量的降低。而對(duì)于商業(yè)化應(yīng)用來(lái)講，這兩個(gè)指標(biāo)又是極為關(guān)鍵的。

限制對(duì)藻類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（諸如氮化物）的供應(yīng)，可以增加藻類中油的含量，但這會(huì)抑制甚至是完全阻斷藻類進(jìn)行光合作用，從而阻礙藻類數(shù)量的增加，減少生物油的總產(chǎn)量。

所以埃克森美孚和Synthetic Genomics合作的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)，便是在不影響藻類生長(zhǎng)速度的前提下，實(shí)現(xiàn)將藻類的淀粉和蛋白質(zhì)減少，轉(zhuǎn)而增加脂類物質(zhì)的含量。

藻類中有控制其將碳轉(zhuǎn)化為油的基因開關(guān)，Synthetic Genomics公司的研究人員發(fā)現(xiàn)了調(diào)整這種基因開關(guān)的新方法。通過(guò)調(diào)整基因開關(guān)，可以增加藻類的產(chǎn)油量。只要有二氧化碳和陽(yáng)光，向光性藻類就可以生產(chǎn)出油。

在不抑制藻類生長(zhǎng)速度的情況下，實(shí)現(xiàn)藻類中油含量的增加，可謂歷史性突破。

投資6000萬(wàn)美元研發(fā)

同傳統(tǒng)的生物制油技術(shù)相比，藻類有諸多的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的生物制油是通過(guò)對(duì)玉米和豆類等產(chǎn)物的降解制油，但種植這些作物需要肥料、淡水。而藻類可以在環(huán)境極其惡劣的地方生長(zhǎng)，發(fā)展這一生物制油技術(shù)，不會(huì)受制于肥料和淡水供給壓力。

?？松梨谥赋?，藻類生產(chǎn)的生物油，未來(lái)有潛力在傳統(tǒng)煉油設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行煉制，其生產(chǎn)出的柴油和傳統(tǒng)石油煉制的柴油無(wú)區(qū)別。這種生物油，未來(lái)還有可能應(yīng)用于化學(xué)品的生產(chǎn)。

人類基因組測(cè)序先驅(qū)、Synthetic Genomics公司總裁J. Craig Venter表示，據(jù)他了解，目前還沒有任何其他的轉(zhuǎn)基因藻類，其制油含量能達(dá)到如此水平。

從2009年開始，埃克森美孚宣布投資6000萬(wàn)美元，同Synthetic Genomics開始合作，研究藻類生物制油。在合作之初，?？松梨诜Q，在十年之內(nèi)，藻類生物制油技術(shù)將誕生。

但在2013年，?？松梨谇翱偛玫倮丈Q，藻類制油要生產(chǎn)出足夠工業(yè)化應(yīng)用的生物油，需要至少再過(guò)25年時(shí)間。埃克森美孚目前也表示，這一生物制油技術(shù)，離完全商業(yè)化應(yīng)用還需要數(shù)年時(shí)間。