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生物燃料遭到质疑:新时代“炼金术”

英航空公司试飞生物燃料客机。新华社/路透
欧盟主办国际生物燃料大会。新华社记者 徐金泉 摄

  生物燃料不似化石燃料,可以再生,且不污染环境,一度成为科技“新贵”、媒体宠儿。

  然而,去年的世界粮食危机让它背负恶名,因为目前生物燃料的主要原料来自粮食作物。有人质疑,生物燃料是否将人们引入歧途?

  但更多专家认为,就此放弃生物燃料研究是“欠成熟”的想法,也许我们应当把视野放开阔些,让更多原料成为候选,比如海藻。

  方向性错误?

  在美国佛罗里达州西棕榈滩边的一片丛林里,有一块约半个篮球场大的水泥地,上面摆着一排排装有塑料窗的白色浴缸,缸里盛满了墨绿色的液体。


  这里是生物燃料公司阿肯罗尔的秘密实验场地,除美国能源署的官员外,从未对外露过庐山真面目。浴缸里的墨绿色液体是水和海藻的混合物。现年46岁的公司首席执行官保罗·伍兹说,他与他的合作者们有意利用海藻,生产一种比石油和玉米乙醇更清洁、更便宜的生物燃料。

  “我们希望最终能生产出200亿加仑生物燃料,而且价格具有竞争力。预计一年后,我们的产品就可以投入市场,”伍兹说。

  如此豪言壮语,在生物燃料圈里曾经比比皆是,但对那些雄心勃勃致力于用植物替代汽油研究的人们而言,2008年是不幸的。曾获美国政府大力支持的玉米乙醇工业在这一年遭遇重大挫折。

  一系列重大研究显示,以粮食为原料的生物燃料,如玉米乙醇,并非如人们想像的那样,是一种绿色燃料,正是它导致了世界粮食价格飞涨。而且,由于发展生物燃料可以获得政府补贴,大片森林遭砍伐,由此产生的温室效应比燃烧汽油还严重。

  美国自然资源保护委员会分析员纳撒内尔·格林说:“传统的生物燃料,如玉米乙醇和生物柴油等,正把我们引向一个错误方向。”

  但就此放弃生物燃料研究显然不是一个明智的选择。事实上,汽车、货车和飞机所释放的温室效应气体占世界总排放量的13%,发达国家的释放量远甚于此。目前,人们还无法摆脱对喷气式飞机和内燃机等交通工具的依赖。即便是颇被看好的电动汽车技术,也还需几年时间才能被大众接受,因为电动汽车一旦进入市场,交通基础设施势必进行大规模改造,加油站需改造成充电站。

  因此,美国环境保护基金会汽车战略资深研究员约翰·迪西科认为,彻底放弃生物燃料研究是“欠成熟”的做法。

  幸运的是,一些欧美公司正在开发不以粮食为原料的生物燃料,它们的新选择从柳枝稷到海藻,可谓五花八门。虽然每一种技术都存在缺点,不够完善,但面对一个化石燃料日益紧缺的世界,每一种尝试都代表着一个希望。

  纤维素乙醇

  玉米和甘蔗最早被选为生物燃料原料,因为植物淀粉中的糖比较容易发酵成乙醇。但对于植物而言,除可以食用的淀粉和糖外,还有其他重要成分,比如构成所有植物细胞壁的有机分子——纤维素。

  大自然本身存在各种天然酶,可将纤维素转化为糖,比如食草的牛能在胃中分泌酶,啃食木头的白蚁也能在体内分泌酶。但是,如果扩展到工业生产,大规模地将纤维素转化为可用材料制造燃料,就目前的技术水平而言,成本“相当昂贵”。

  这一领域的技术发展较为缓慢,但有数家美国公司正抓紧研究,希望抢先攻克技术难关,占领纤维素乙醇市场先机。这些公司获得政府支持,每生产1加仑生物燃料可享受1.01美元的税收优惠。政策上的倾斜摊薄了公司启动初期的营运成本,令纤维素生物燃料生产相对于石油生产更具竞争力。

  李·林德是达特茅斯学院环境工程师,也是低碳能源生物技术供应商马斯科马的创办人之一,他正专注于寻找能消化纤维素并且直接吐出乙醇的细菌。他称这一过程为“生物综合处理”,可以大大降低生产成本。他相信即便没有政府补贴,马斯科马公司最终也能生产出比石油更便宜的乙醇。

  马斯科马公司的技术引起很多大买家的兴趣。最近它与通用公司签了一单生意,用于开发纤维素燃料。马斯科马公司还计划在密歇根州建立一个商业生产基地。

  总部位于马塞诸塞州的Verenium公司虽然成立才两年,但它在路易斯安那州修建的实验厂已基本完工,这是美国本土第一家生物燃料工厂,建成后每年将生产140万加仑纤维素乙醇。它选用的原料是甘蔗残渣。

  Verenium公司最近与能源巨头英国石油公司达成合作协议,共同开发纤维素乙醇。Verenium公司首席执行官卡洛斯·里瓦斯希望这一合作能加速纤维素乙醇商业化进程。他说:“在实验室里,我们可以做得十分完美,可一旦进入现实世界,一切可能完全变样。我们必须通过实践来学习。”

  对分解纤维素最有经验的当属丹麦的诺维信公司,它是世界最大的工业酶生产商。多年来,它生产的酶主要用于污水处理,但近几年,它开始涉足生物燃料领域。如今,生物燃料已成为诺维信公司增长速度最快的业务。

  诺维信公司雇用了一批“酶猎头”,在全世界范围内搜寻能消化纤维素的昆虫。有人会问,既然可以在实验室里利用生物技术获得更好的酶,为什么还要在大自然中寻找天然酶呢?

  在诺维信公司位于加利福尼亚州的研究所,科学家们给出了答案。他们正试图通过改变天然酶的遗传结构来提高纤维素的分解技术。这一过程被称为“定向进化”。诺维信北美公司总裁拉斯·汉森说:“纤维素正在向抗降解的方向进化,我们的生物技术必须迎头赶上,以对抗这种进化带来的挑战。”

  海藻新希望

  生物技术的发展让人们充满期待,新型生物燃料的出现也许指日可待。

  乙醇的一大缺点是,标准的汽车发动机必须经过改造,才能使用乙醇做燃料。而且,如用输油管运送乙醇,会对管道造成很大腐蚀。位于加州的Amyris公司正在研究如何利用遗传工程,生产能够制造可再生燃料的酵母。这种可再生燃料具有碳氢化合物的一切优点,比如运输便捷、能量密度高等,却没有碳氢化合物污染环境的缺点。

  Amyris公司创建人内尔·伦宁格说:“我们希望生产出一种能立即投入现有基础设施的生物燃料。”

  Amyris公司去年11月新开了一家试验工厂,年生产能力为240万加仑可再生柴油,至2011年,产量将达到2亿加仑。

  但Amyris公司生产的燃料主要以甘蔗残渣为原料。虽然甘蔗的利用率远远高于玉米,但它仍属于粮食作物。很难想像,Amyris公司可以在不影响粮食供给的情况下推广它的技术。

  于是,科学家们又把目光转向了一种更为物美价廉的替代品——藻类。它没有粮食作物原料的任何缺点,无需土地,无需淡水,只要阳光充足,在盐水中就能生长。不仅如此,海藻还能大量吸收碳。因此,从理论上讲,以海藻为原料可谓一举两得,既可以生产可再生的生物燃料,也可以吸食化石燃料植物所释放的碳。

  阿肯罗尔公司的伍兹很早就开始研究海藻。虽然阿肯罗尔公司成立于2006年,但他早在1984年读大学时就产生了以海藻为原料生产生物燃料的想法。大多数海藻公司的做法是先压榨海藻提取油,然后加工成燃料,而阿肯罗尔公司的做法是先获取气态油,然后冷凝成液态。伍兹说,凭这种方法,乙醇的英亩年产量可达6000加仑,而玉米乙醇的英亩年产量仅为370加仑。

  伍兹的想法吸引了不少合作者。阿肯罗尔公司准备在索诺兰沙漠地区建立一个商业化生产工厂。那里临海,可以利用海水培养海藻,附近还有一家煤炭厂,可以提供浓缩的二氧化碳进行增压加工。

  并非每个人都确信阿肯罗尔公司已经做好准备。海藻生物燃料专家约翰·本尼曼说:“宣传总是远远超过现实。”他认为,目前还不存在任何成熟的商用技术,可以从发电厂收集二氧化碳并将之传送到海藻设备中。

  生物燃料的三大新原料

  就燃料作物而言,目前有3大竞争对手在起跑线上:草、树和海藻。草和树生长在陆地上,但需要复杂的处理程序。目前用陆地作物生产的燃料主要是乙醇,又叫“纤维素乙醇”。海藻生长在水里,培育起来比较复杂,但可生产高品质油,可被轻易转化成生物柴油。

  以草为原料生产生物燃料的领军者是加州的Ceres公司。它选择了4种草——柳枝稷、芒草、甘蔗和苏丹草,又叫做C4草,光合作用效率高,生长迅速,因此备受生物燃料工业青睐。

  Ceres结合基因改造和“智能”育种技术,使它们的生长速度更快。这几种草生长于不同气候条件。柳枝稷和芒草生长于温带气候,甘蔗和苏丹草为热带植物。Ceres计划创造能够在炎热、酷寒、干旱气候下甚至盐碱地生长的品种,使它们能在无法生长粮食的土地上种植。这将降低种植成本,减少食物和燃料之间的冲突。

  研究树的先锋是南卡罗来纳一家名为ArborGen的公司。ArborGen也在研究4个种类:桉树、白杨、火炬松和放射松。它采用和Ceres类似的方法加快树木生长,增加它们对寒冷的承受力。

  海藻同样需要改造。难题之一是收获海藻蕴含的油,必须把它们从池塘里捞起来、晒干、破坏它们的细胞。这个过程费时费力,有公司正考虑直接把海藻送去电站干燥,燃烧。也有公司迎难而上,比如克雷格·文特尔的合成生物公司。文特尔希望通过生物工程克服海藻油采集问题。合成生物的海藻被安插了特殊基因,在它们的外隔膜创造新的分泌通道,使油脂刚刚分泌就被海藻细胞排挤出来,漂浮到池塘表面。经过基因改造后,这些海藻能比它们的野生同类分泌更多油脂。
(责任编辑:田瑛)

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