作者：价值中国 来源：价值中国 2011-5-13 10:10:15
丁醇（Butanol）一种很有前途的下一代生物燃料，包含的能量多于乙醇（ethanol），而且可以通过石油管道传送。但是，就像乙醇一样，生物丁醇生产也是集中使用食用原料，比如甜菜、玉米淀粉和甘蔗。
现在，加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）生物分子工程师詹姆斯·廖（James Liao），已开发出两种方法，使丁醇摆脱对粮食作物的依赖。詹姆斯·廖说，有一项纪录，就是商业化推广了创新的生物燃料工艺，他已经证明，微生物生产先进生物燃料，可以直接用农业废弃物生产，也可以用蛋白质原料生产，比如用藻类。
詹姆斯·廖示范的直接从纤维素向丁醇转化，可以降低成本，生产纤维素生物燃料，这一成本目前还过高。他的蛋白质为基础的工艺，为生物燃料领域提供了全新的原料选择。
虽然它们是可再生能源，但是，生物燃料面临着攻击，这些攻击来自环境和食品活动家，生物丁醇（biobutanol）也不例外：第一代生物丁醇厂正在开发中，它们的运行将依赖玉米为基础的糖和淀粉。“丁醇有一些技术优势，但真正的问题，是用于制造一加仑燃料的作物数量，”杰里米·马丁（Jeremy Martin）说，他是一位资深科学家，在忧思科学家联盟（Union of Concerned Scientists），这个联盟是马萨诸塞州（Massachusetts）剑桥（Cambridge）的一个吁请团，属于一个广泛联盟的一部分，他们推动国会结束对玉米乙醇利润丰厚的税收抵免（tax credits）。
詹姆斯·廖的创新可能终止生物丁醇与玉米的关联，这种关联，具有讽刺意味的是，部分原因是他造成的。2008年，詹姆斯·廖开发出一种微生物途径，可以把糖转换为异丁醇（isobutanol），就是丁醇的一种高辛烷值（high-octane）的异构体。这项创新目前正在商业化，实施者是格沃公司（Gevo），就是科罗拉多州（Colorado）恩格尔伍德（Englewood）的一家初创公司，是这么说詹姆斯·廖共同创办的。格沃公司筹资1.07亿美元，是上个月首次公开募股筹集的，可以支持其计划，改造玉米乙醇厂，生产异丁醇。
这些计划就是转向生物燃料生产，采用的是生物质原料，如柳枝稷，玉米秸秆，甘蔗渣（或植物残体）的，但是，进展很慢，这是由于成本较高。美国环境保护机构（U.S. Environmental Protection Agency）的指令是，今年只使用660万加仑的纤维素乙醇，不到3%的2.50亿加仑的目标，这一目标是美国国会四年前设定的。障碍来自需要增加加工步骤，用以分解这些纤维素原料，从而产生糖，进行发酵；这种加工大大提升了成本，使生产设施难以融资。
詹姆斯·廖的直接从纤维素转为丁醇的工艺，在开发中与橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的研究人员合作，这种工艺有望简化过程，扩展发酵微生物的性能。关键是增加了詹姆斯?廖的从糖到异丁醇的方法，增加到一种微生物，就是解纤维梭菌，就像是喜欢咀嚼生物质，但通常不会制成丁醇。最初，这种微生物的分离是来自草堆肥（composted grass），两年前，美国能源部联合基因组研究所（Joint Genome Institute）完成了它的基因组排列。
这一基因工程成果发表在本月杂志《应用与环境微生物学》（Applied and Environmental Microbiology）上，这一成果是一个单一的有机体，它摄入纤维素，制成异丁醇。詹姆斯·廖说，产量和转化率都很低，但是他说，这种“原理循证”可能是开发过程中最棘手的部分。 “其余的相对简单。不是不重要，而是简单。它就成了一个资金和资源的问题，”詹姆斯·廖说。
下一步是进行基因改良，形成生长较快的梭菌变体或其他微生物。詹姆斯·廖打赌说，这一技术准备好生产，只需要短短两年。
有一个障碍可能使事情慢下来，就是诉讼，是针对詹姆斯?廖的技术的使用权。格沃正在被起诉侵犯了专利权，原告是竞争对手布塔马克斯先进生物燃料公司（Butamax Advanced Biofuels），是英国石油公司（BP）和杜邦公司（DuPont）的合资企业，这家公司像格沃一样，也计划把玉米为基础的乙醇植物转化成异丁醇。布塔马克斯公司称，格沃使用基因工程制造丁醇，违反了一项泛美国专利，这项专利是2010年12月发给布塔马克斯公司的。
另一个障碍是担心环境影响大型生物质的使用。今年一月，美国环保局（EPA）向国会颁布了一份报告草案，探讨生物燃料生产对环境的影响。该报告概述了几个问题，都是有关生产生物质为基础的燃料。报告指出，用玉米秸秆（收获后的叶和茎）生产燃料，而不是耕作时把秸秆返回农田来，可能会导致土壤退化，堵塞溪流和河流，增加径流量。环保人士提出，要关注耕种边缘土地，这些土地已经被预留，以增加生物多样性，并提供保护屏障围绕水体。
詹姆斯·廖演示了基因工程改造的大肠杆菌（E. coli），可以把蛋白质变成异丁醇，也提供了一种潜在的替代品，可替代生物质原料，这种替代品就是快速生长、具有光合作用的藻类。现有的研发项目开发藻类为基础的生物燃料，都寻求转换藻类生产的油脂，油脂约占四分之一的藻类质量。相反，蛋白质约占三分之二。
詹姆斯·廖说，有可能创造一种再生生产系统，其中，生产异丁醇的微生物可以持续，就采用藻类蛋白，以及工业发酵残余物，这是回收利用前一轮的丁醇生产。像藻类一样，发酵残留物主要成分是蛋白质。
“这些结果表明，使用蛋白质进行生物炼制是可行的，”詹姆斯·辽和加州大学洛杉矶分校（UCLA）的同事们这个月的《自然生物技术》杂志上说。
詹姆斯·廖说，利用蛋白质进行生物炼制，制成异丁醇，这有可能在5至10年内实现，因此，纤维素异丁醇很可能首先到来。他承认，藻类为基础的蛋白原料，就像纤维素生物质一样，可能产生不可预见的成本。但有一点是肯定的，詹姆斯?廖说：“它们当然更具有可持续性，胜过石油、煤或糖。”
