生物燃料利用比预计更加困难，成本更高
实践证明，用有机材料生产大量燃料比科学家从前预计的更加困难，成本更高。
科学家早就知道如何将各种有机材料转化为液体燃料。树木、草、种子、菌类、海草、海藻和动物脂肪都曾被加工成生物燃料，用于驱动汽车、轮船甚至飞机。生物燃料几乎不受地域限制，而且可以帮助减少温室气体排放。然而，生物燃料的生产过程复杂，成本高昂，总是比不上挖一口油井那么简单。
乙醇是一种酒精生物燃料，可轻易从富含糖分或淀粉的植物中提取。早在亨利·福特时代它已被用做汽车燃料，混合在传统汽油中，构成了今天美国汽车燃料的10%。生物柴油从植物脂肪中提炼而成，在欧洲被添加进传统柴油中(占5%)。然而，这些“第一代”生物燃料都有缺点。它们的原料是富含糖分、淀粉或油脂的植物，而这些植物原本可以成为人或牲畜的粮食。乙醇的生产已经消耗了美国40%的玉米。在英国哈尔，一座新建的乙醇工厂即将成为全英国最大的小麦买家，每年消耗110万吨。作为汽车燃料，乙醇和生物柴油也有局限，它们在寒冷天气表现不良，会损坏未经改造的发动机。
为了克服这些缺点，过去10年里，众多新技术公司尝试开发第二代生物燃料。为了打破“粮食对抗燃料”的争论，它们试图用没有营养价值的生物给料 ———比如农业垃圾，或生长迅速的树木、可在不适耕种的贫瘠土地上生长的草———生产燃料。还有一些公司计划生产无需混合，可直接取代传统化石燃料的“完全替代型”生物燃料。
政府也纷纷加入了这一潮流。乔治·布什认为生物燃料是美国获得能源独立的途径，签署法案制定最低价格、要求炼油厂和进口商逐年增加生物燃料的销量。按计划，到2013年，美国每年要消耗38亿升用木本植物生产的“纤维质”生物燃料。
但生物燃料工业并没有像人们所预计的那样繁荣壮大，反而停滞不前。随着第一代生物燃料价格上涨，消费者的兴趣逐渐消退，众多生物燃料公司宣布破产，幸存下来的也不得不缩减规模和最初的计划。与此同时，随着水力压裂法的普及，开启了从前难以开采的石油和天然气新资源，提供了能源独立的新途径。2012 年，美国环保局已将2013年纤维质生物燃料的生产目标削减到仅仅5300万升。生物燃料从此就要一蹶不振了吗?到底是哪里出错了?
生产第二代生物燃料意味着克服3大挑战。第一是把木质纤维素和木质素聚合物分解成简单的植物糖。第二是通过热化学过程(用催化剂、高温、高压)或生物化学过程(用酶、自然或合成细菌或藻类)将这些糖转化为完全替代型燃料，供现有车辆使用。第三也是最困难的挑战———是将规模化生产的成本降到可以和化石燃料竞争的水平。
2008年，壳牌石油公司同时开展了10个高级生物燃料研究项目。现在，这些计划大多被关闭，剩余的也远远没有达到商业化的标准。“我们尝试的技术都成功了，”壳牌替代能源部副总裁马修·蒂伯说，“生产少量的燃料都没有问题。”然而，要批量生产生物燃料比从前预计的更困难、代价更高。
5年前的乐观主义已经消失，但开发第二代生物燃料的努力还在继续。约6家公司的工厂即将投产，还有几家公司已经在小规模地生产二代生物燃料。有些甚至声称已经开始赚钱。
壳牌和巴西科赞公司的合资企业Raizen每年用甘蔗汁生产20亿升第一代乙醇。通常，榨干后的甘蔗秆被用做燃烧或是加工成纸张，但明年，Raizen将开始用它们生产第二代生物乙醇。生产过程中要使用到多种人工合成酶，都来自加拿大生物技术公司Iogen。Raizen希望每年可生产 4000万升纤维素乙醇，通过与传统乙醇工厂的合作来削减二代乙醇的成本，提高产量。按照这种合作模式，二代生物燃料可成为第一代的补充，而不是完全取代它们。
在美国，有3家工厂计划在2014年开始用玉米棒子、树叶和谷壳为原料生产纤维素乙醇。POET-DSM高级生物燃料公司(7500万升)和杜邦 (1.1亿升)的工厂都位于爱荷华州，Abengoa(9500万升)位于堪萨斯。但第一家尝试用生物酶进行规模化乙醇生产的公司是贝塔可再生能源公司 (BetaRenewables)，它属于意大利化工巨头康泰斯。今年夏天，都灵附近的一家纤维素乙醇工厂已经开工，原料是附近农场的麦秆，如果满负荷运行，工厂年产量可达8000万升。生产原料随季节变化：秋季是玉米棒子，冬季是稻草，春季是桉树叶。BetaRenewables已经将其技术授权给巴西和马来西亚使用，还有更多的国家和公司对其ZL技术表示兴趣。目前，Beta的所有工厂都已经能够靠出售生物燃料赚钱，但前提是必须在生物给料异常便宜的地方。
就在这些纤维素乙醇进入市场的时候，由于节油技术的提高和持续的经济危机，很多发达国家对燃料的需求却在减少。因此，对于作为汽油添加剂使用的乙醇的需求不断减少。在美国，虽然有环保局和乙醇生产商的大力推广，乙醇含量超过15%的汽油依然很少见。
其他生物燃料公司在继续研究完全替代型生物燃料。乙醇的需求在很大程度上取决于政府规定的其在汽油中的参杂比例，而相比之下，完全替代型生物燃料受政治命令的影响不大。此外，完全替代型燃料通常以糖为原料———无论是传统的高糖分作物或是纤维素———糖的分布普遍，且容易运输。
加利福尼亚的Amyris公司利用基因改造后的酵母，将糖发酵变成长链烃分子物质金合欢烯。金合欢烯可以被加工成多种化学品和燃料。由于未能兑现承诺，过去几年，Amyris一直度日艰难。现在只生产少量可再生柴油，供巴西的公交车使用，与此同时，它研制的可再生飞机燃料正在等待审批。
另一家加州公司Solazyme同样专注于可再生柴油和飞机燃料。但它所用的原料是微藻。生活在开放水塘中的微藻可利用阳光将二氧化碳转化成油。但是收集这种稀薄分布的燃料非常困难。Solazyme于是将微藻养在封闭的发酵容器中，用糖作为能量源。美国海军在演习中尝试使用了几万升 Solazyme微藻燃料。美国连锁加油站Propel不久前开始供应藻柴油。虽然技术上显然是成功的，Solazyme对于其经济前景的预测依然谨慎。一座年产量1.1亿升的藻燃料工厂年底将在巴西开始运行，它或许能够证明Solazyme的商业前景。
如果完全替代型生物燃料要产生全球性影响，它们必须在远离南美的气候环境下依然能够盈利———由于得天独厚的气候环境，在南美种植高糖分植物的成本相当低廉。目前，直接用木质生物质生产完全替代型生物燃料的工厂由一家叫KiOR的新技术公司经营。这座年产量为5000万升的工厂位于密西西比州的可哥伦布斯，将松树木屑加工成完全替代型汽油和柴油，它的顾客包括联邦快递和石油巨头雪佛龙。KiOR采用的流化催化裂化工艺借鉴了传统炼油工业的多项技术，不同于更繁琐的生物化学工艺，规模化更加容易。KiOR正计划在附近的纳奇兹新建一家年产量1.5亿升的工厂。然而，哥伦布斯的工厂尚未全负荷运行，KiOR已经负债累累。8月，愤怒的投资者们提起集体诉讼。
有的专家怀疑，即使是最先进的生物燃料在相当长一段时间内都无法与化石燃料竞争。澳大利亚生物工程与纳米技术研究所的丹尼尔·克莱恩-马克斯克默对可再生航空燃料进行了全面分析。他的结论认为，用甘蔗生产第一代航空燃料需要石油价格达到每桶168美元才具有市场竞争力，而一些第二代微藻燃料则需要原油价格飙升到每桶1000美元才可能收回成本，而目前的油价约为每桶110美元。克莱恩-马克斯克默已经将他的计算模式公开，希望以此帮助能源工业找到方法让生物燃料更具竞争力。
即使假设二代生物燃料的生产可以规模化，同样可能带来新问题。美国炼油厂每天生产25亿升传统石油，即使只达到这个产量的十分之一，生物燃料工厂也需要数量惊人的原料。BetaRenewables的吉索菲先生指出，一家年产量1400万升的工厂每年需要35万吨的生物质原料。“只有在巴西、美国和亚洲的少数地区，才能在近距离范围内获得数量如此巨大的原料。我怀疑哪怕是将产量提高10倍也很难，因为在一个地方获得350万吨的生物质将是一项艰巨任务。”
每年全球要生产数十亿吨的农业垃圾，但是这些材料的分布并不集中，使得收集和运输成为难题。此外，农民需要这类废料来喂养牲畜、燃烧取暖、给土壤施肥。将现有的木材资源用于生产生物燃料将会惹恼建筑商和造纸厂，在未开垦的土地上种植燃料作物同样具有争议：你眼中的荒地在别人看来却可能是宝贵的原始生态系统。美国环保局最近决定允许大面积种植用于生产生物燃料的巨型野草，此举遭到几十个环保组织抗议。它们称这些生长迅速的野草有毒，具有极强的侵略性。第一代生物燃料引发了“食物对抗燃料”的争议，明天的生物燃料面对的争议话题则可能是“植物与燃料的对抗”。
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技术原理
