生物技术服务

德国人卡尔·奔驰研制的第一台以汽油为动力的汽车于1886年1月29日获得专利，从此汽油汽车风靡全球，燃烧汽油作为动力也似乎成为天经地义的事，然而世界经济论坛评出的“2008年科技先驱”，却赫然将细菌“开动”小汽车列入其中。我们是否正在告别汽油汽车时代？真正环保的汽车是否正向我们走来？



　　细菌是怎么激发能量的？



　　细菌、基因与汽车之间有何关联？美国LS9公司就从这三者之间，找到了一把开启能源宝藏的“金钥匙”。LS9成立于2005年，创立者是哈佛大学一名遗传学专家和斯坦福大学一名植物生物学家。他们发明了一种合成生物学的方法，利用生物工程技术，对包括大肠杆菌在内的不同菌株进行了遗传改造，促使这些微生物充分释放植物中蕴藏的能量，并最终将这些能量转换成汽油替代物。



　　中国科学院微生物研究所马延和研究员以我们比较熟悉的乙醇为例，向记者介绍了这种新能源的产生过程：“它的基本路线和燃料乙醇是一致的，但最终产品不同。乙醇主要是利用玉米淀粉或其它碳水化合物加入酶，水解转化为单糖，再通过酵母菌发酵生成；而制造这种新能源时，也是以可发酵糖为原料，通过改造细菌的基因，延长生产碳氢化合物的代谢途径，使中间产物脂肪酸进一步生成最终产品———可以作为燃料的脂肪烃。它的突破正在于对一种新细菌的改造与利用。”



　　LS9公司有时会使用标准DNA重组方法将基因插入微生物基因中，有时他们也会用计算机重组这些已知基因或者合成它们。构建的基因工程菌会按照公司要求的链长和分子结构来合成分泌碳氢化合物分子。LS9公司负责研究开发的副总裁说，公司可生产成百上千种不同的碳氢化合物分子。这项工艺可生产不含硫的原油，然后通过标准的炼制方法生产汽车燃料，喷气机燃料，柴油机燃料或者其它石油产品。



　　“可再生石油”比乙醇好在哪？



　　用玉米、甘蔗等植物生产乙醇来代替汽油，早已成为一种产业化技术，但一直面临推广障碍。“乙醇比普通汽油更环保，成本更低，但要把汽油换成乙醇，并不容易，因为整个汽车行业可能都要为此‘伤筋动骨’，”LS9现任总裁罗伯特·沃尔什解释说：“由于乙醇的腐蚀性，汽车发动机需要改装，全世界的输油管道也都要更换成耐腐蚀材料。”而LS9利用微生物技术生产的“可再生石油”，成功破解了这些难题。沃尔什认为，“可再生石油”的真正优势就是不浪费现有的基础设施。“它不仅可以直接利用现有的输油管道输送，还能为你心爱的跑车提供比其它生物燃料更强劲的动力。”



　　马延和研究员谈到，相较醇类而言，烃类作为燃料更具有优势，LS9公司的这项技术重构了微生物的自然代谢途径，产生的烃类燃料热值更高，同时与现有石化工业接轨比较容易，对汽车发动机改进的要求也较低，但由于技术还不够成熟，产品的市场化应用尚需时日。



　　据了解，生产碳氢化合物比酒精的效率要高，因为每加仑碳氢化合物所含的热量要高大约30%，而生产所用的能量却少些。酵母产乙醇需要用蒸馏的方法除去其中的水分，但细菌发酵产生的碳氢化合物容易与水分离，所以生产乙醇比碳氢化合物多需要约65%的能量。



　　哪种植物与细菌才“够格”？



　　为了确保粮食供应，我国已经明确规定不再审批新的以粮食为原料的乙醇加工厂，纤维素和半纤维素将成为生物燃料的主要原料。那么，什么样的植物才具备成为燃料原料的前提条件呢？



　　“首先是量要大，价格要低，不与食品、饲料竞争；同时，要考虑它与生态系统的关系，也就是说对环境要友好，不影响其它植物的生长；它最好还是不占用耕地而能利用其他边际土地的，节水节肥不易招虫的……”



　　听到这记者不禁问：“有这样的植物能同时满足这么多条件吗？”



　　“这就需要根据地域特色进行多样性的布局。比如在潮湿的滩涂地区可以选择芦苇，因为它生长快，光合作用强，也不需要太多的肥料；山区的话一般选常年生的树木，而耐旱则是对干旱地区备选植物的起码要求。目前国外比较重视的有柳枝稷、芒草、芦苇、胡麻、木薯等等。”



　　马延和研究员补充说：“对微生物来说，它应当有相关的基础代谢途径，生产率要高，非致病，容易规模化培养，便于人为改造。符合条件的细菌可以称为‘能源微生物’，符合条件的植物叫做‘能源植物’。”



　　汽车新燃料剑指何方？



　　如今，LS9公司已吸收到2000万美元投资，不少生物燃料研究和利用领域的专家十分看好“可再生石油”的前景。2008年公司将要在加利福尼亚建立中试车间来测试和完善生产工艺，并希望能在未来三到五年内可出售生物柴油或者用于炼制的合成的生物原油。沃尔什表示，公司将在2010年前后实现“可再生石油”的规模化生产，为此，研究人员们面临的紧迫任务就是将每桶“可再生石油”的成本从目前的三位数，降低到45至50美元。“环保因素，加上价格优势，我们的产品将足以与石油竞争。”沃尔什说。



　　“我们国家也在开展类似的研究，包括用微生物发酵生产碳氢化合物，目前尤其鼓励利用纤维素降解制乙醇，也在开发乙醇的升级产品丁醇。由于这些燃料的原料是植物，它燃烧时排放的二氧化碳都是植物本身在进行光合作用时吸收的二氧化碳，所以可将二氧化碳的净排放视为零。”马延和研究员告诉记者。



　　“在开发汽车新能源的研究中，微生物还能起什么作用？”



　　“还可以利用微生物制氢，再进一步制成氢燃料电池；此外，微生物发酵可以产生沼气作为燃料，微生物也能在制造生物柴油中发挥作用。”



　　马延和研究员最后说，从国际上看，我国研制生物燃料的水平是落后的，在能源植物的选择和培育上需要进一步加强总体布局和规划，在微生物菌种改造的新技术应用方面差距也比较大，但我们正在不断努力。工业经济是依靠化石能源的“化石经济”，如果生物燃料能大范围地取代石油，那么将催生出一种全新的经济模式。