小中大“反向燃烧”：二氧化碳变燃料？
近日，美国加州大学洛杉矶分校的一组研究人员进行了一项非常有意义的实验，他们在改造了基因结构的微生物的帮助下，将二氧化碳转化成可以作为汽车、内燃机燃料的异丁醇和异戊醇，使二氧化碳实现不可思议的“反向燃烧”和“闭合循环”。
由此我们既可以生产像汽油一样的燃料，同时又能保护现有的基础设施，在一定程度上缓解全球变暖危机。这项技术是如何使二氧化碳发生神奇转变的？作为“碳捕获和利用”新技术，它能为我们创造哪些价值？将二氧化碳变燃料技术背后有着什么样的技术积累？对此，记者采访了中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物资源中心副研究员陈晓华。
用细菌“拼装”碳元素温室气体重获“新生”
近日一项美国加州大学公布的研究让人们眼前一亮，这是一项利用基因改造后的微生物将二氧化碳转化为液体燃料的技术。美国加州大学洛杉矶分校萨缪里工程与应用科学学院的研究人员，对一种名为富养罗尔斯通氏菌H16的微生物进行了基因改造，使用二氧化碳作为单一碳来源，电力作为唯一的能量输入，在电子生物反应器中生产出异丁醇和异戊醇。
陈晓华介绍说，应该说合理利用二氧化碳已成为世界各国普遍关注的研究课题，二氧化碳是碳氢化合物燃烧的最终产物，性质极为稳定不易活化。近年来人们采用多种方法(如均相和多相催化加氢、电催化、光催化、热解、生物活化等)对二氧化碳进行活化，取得了长足的发展，并合成出甲烷、甲醇、甲酸等有机化合物或高分子化合物。这项研究就是利用生物技术对二氧化碳进行了活化。
那么，二氧化碳变燃料需要经历什么样的过程？
陈晓华表示，从本质上来讲，加州大学洛杉矶分校的研究人员的这个实验就是通过一种电生物反应器来将电能转化为液体燃料，整个过程类似于生物系统的光合作用。我们知道光合作用就是将光能转化为化学能并将能量储存起来的一种化学反应过程，它可以分为光反应和暗反应两部分，其中光反应必须在光环境下进行，将光能转化为化学能；而暗反应就是将吸收来的二氧化碳转化为糖的过程，这个过程是不需要有光的。研究人员就是通过把生物光合作用的两大部分分开进行来制造新燃料的：首先，利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，产生甲酸完成光反应。然后，再利用中间体，也就是之前生成的甲酸来驱动富养罗尔斯通氏菌H16固定二氧化碳产生燃料，实现暗反应。
其中，与植物的光合作用一样，富养罗尔斯通氏菌H16通过卡尔文循环固定二氧化碳。它工作的方式很像生活中的汽车自动装配生产线：富养罗尔斯通氏菌H16利用乙酰辅酶A (看做是活化了的乙酸)作为流水线的传送带和自动机器人手，以二氧化碳作为原料或零件，将其拼装成4个碳或5个碳的含高能量的有机化合物，最终形成如异丁醇和异戊醇等有机化合物或高分子化合物。
巧妙利用二氧化碳环保与能源一箭双雕
作为转化原料的二氧化碳“储量丰富”。二氧化碳通常是由燃烧有机化合物、细胞的呼吸作用、微生物的发酵作用等所产生的。根据联合国披露的最新数据显示，近年来由于工业化生产等原因，全球二氧化碳浓度已上升至387ppm。
生物的生存环境是多样的，尤其是微生物。它的生存环境不是恒温恒压。在一定的温度和压力范围内，它的生活状态是可以维持正常水平的。但是在这个可以缓冲的区间中，存在某一个特定的压力和温度，使该种生物代谢出的产物量达到最大。
这种微生物生存、繁殖等的能量来源是什么？该菌可以有两种代谢方式，化能自养以及化能异养。即在该生物摄取营养时，依靠营养物质在细胞内进行化学暗反应而获得能量。或者使用有机物氧化分解作为能量来源，进行异养代谢。
二氧化碳转化出来的产物主要是异丁醇和异戊醇。
异丁醇是四个碳的醇，它可作为平台化学品，具有广泛的用途，可生产约40%的石化产品和100%的烃类燃料。所以说异丁醇可作为一种替代汽油的内燃机燃料。另外它还可以用于制造汽油添加剂、石油添加剂、抗氧剂、2,6-二叔丁基对甲酚、乙酸异丁酯(涂料溶剂)、增塑剂、合成橡胶、人造麝香、果子精油和合成药物等。
异戊醇与亚硝酸钠酯化得到亚硝酸异戊酯，是作用最快的亚硝酸酯类短效血管扩张剂。异戊醇也用来合成镇静催眠药溴米那、阿米妥。异戊醇还可作溶剂和化学分析的试剂，也用作生产增塑剂、摄影药品的原料。它还是燃料油的组分。
长久以来，许多科学家为解决全球变暖问题，设计和实施了许多捕捉空气中二氧化碳的方案，但似乎目前我们还不能寄希望于此。
陈晓华解释说，以这项技术为代表的“碳捕获和利用”可以克服“碳捕获和存储”的诸多缺陷，如难以找到足够的地下存储空间、泄露风险、长期责任问题及公众接受度问题。
而且，利用它创造价值也有助于补偿碳捕获的开销。通过碳回收制造液态燃料对于社会的可持续发展也具有重大意义，它有助于降低对石油的依赖。
但是我们还应该看到这种技术只在一定程度上有助于缓解全球变暖问题，根本解决这个问题还需要从各个方面共同努力，比如减少化石燃料的使用、开发清洁的生物质能源以及其他可替代性的清洁能源和提高能源的利用率等等。
