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英航空公司試飛生物燃料客機(jī)。新華社/路透 |
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歐盟主辦國(guó)際生物燃料大會(huì)。新華社記者 徐金泉
攝 | 生物燃料不似化石燃料，可以再生，且不污染環(huán)境，一度成為科技“新貴”、媒體寵兒。
然而，去年的世界糧食危機(jī)讓它背負(fù)惡名，因?yàn)槟壳吧锶剂系闹饕蟻?lái)自糧食作物。有人質(zhì)疑，生物燃料是否將人們引入歧途？
但更多專家認(rèn)為，就此放棄生物燃料研究是“欠成熟”的想法，也許我們應(yīng)當(dāng)把視野放開(kāi)闊些，讓更多原料成為候選，比如海藻。
方向性錯(cuò)誤？
在美國(guó)佛羅里達(dá)州西棕櫚灘邊的一片叢林里，有一塊約半個(gè)籃球場(chǎng)大的水泥地，上面擺著一排排裝有塑料窗的白色浴缸，缸里盛滿了墨綠色的液體。
這里是生物燃料公司阿肯羅爾的秘密實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，除美國(guó)能源署的官員外，從未對(duì)外露過(guò)廬山真面目。浴缸里的墨綠色液體是水和海藻的混合物。現(xiàn)年46歲的公司首席執(zhí)行官保羅·伍茲說(shuō)，他與他的合作者們有意利用海藻，生產(chǎn)一種比石油和玉米乙醇更清潔、更便宜的生物燃料。
“我們希望最終能生產(chǎn)出200億加侖生物燃料，而且價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力。預(yù)計(jì)一年后，我們的產(chǎn)品就可以投入市場(chǎng)，”伍茲說(shuō)。
如此豪言壯語(yǔ)，在生物燃料圈里曾經(jīng)比比皆是，但對(duì)那些雄心勃勃致力于用植物替代汽油研究的人們而言，2008年是不幸的。曾獲美國(guó)政府大力支持的玉米乙醇工業(yè)在這一年遭遇重大挫折。
一系列重大研究顯示，以糧食為原料的生物燃料，如玉米乙醇，并非如人們想像的那樣，是一種綠色燃料，正是它導(dǎo)致了世界糧食價(jià)格飛漲。而且，由于發(fā)展生物燃料可以獲得政府補(bǔ)貼，大片森林遭砍伐，由此產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比燃燒汽油還嚴(yán)重。
美國(guó)自然資源保護(hù)委員會(huì)分析員納撒內(nèi)爾·格林說(shuō)：“傳統(tǒng)的生物燃料，如玉米乙醇和生物柴油等，正把我們引向一個(gè)錯(cuò)誤方向。”
但就此放棄生物燃料研究顯然不是一個(gè)明智的選擇。事實(shí)上，汽車、貨車和飛機(jī)所釋放的溫室效應(yīng)氣體占世界總排放量的13%，發(fā)達(dá)國(guó)家的釋放量遠(yuǎn)甚于此。目前，人們還無(wú)法擺脫對(duì)噴氣式飛機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等交通工具的依賴。即便是頗被看好的電動(dòng)汽車技術(shù)，也還需幾年時(shí)間才能被大眾接受，因?yàn)殡妱?dòng)汽車一旦進(jìn)入市場(chǎng)，交通基礎(chǔ)設(shè)施勢(shì)必進(jìn)行大規(guī)模改造，加油站需改造成充電站。
因此，美國(guó)環(huán)境保護(hù)基金會(huì)汽車戰(zhàn)略資深研究員約翰·迪西科認(rèn)為，徹底放棄生物燃料研究是“欠成熟”的做法。
幸運(yùn)的是，一些歐美公司正在開(kāi)發(fā)不以糧食為原料的生物燃料，它們的新選擇從柳枝稷到海藻，可謂五花八門。雖然每一種技術(shù)都存在缺點(diǎn)，不夠完善，但面對(duì)一個(gè)化石燃料日益緊缺的世界，每一種嘗試都代表著一個(gè)希望。
纖維素乙醇
玉米和甘蔗最早被選為生物燃料原料，因?yàn)橹参锏矸壑械奶潜容^容易發(fā)酵成乙醇。但對(duì)于植物而言，除可以食用的淀粉和糖外，還有其他重要成分，比如構(gòu)成所有植物細(xì)胞壁的有機(jī)分子——纖維素。
大自然本身存在各種天然酶，可將纖維素轉(zhuǎn)化為糖，比如食草的牛能在胃中分泌酶，啃食木頭的白蟻也能在體內(nèi)分泌酶。但是，如果擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)，大規(guī)模地將纖維素轉(zhuǎn)化為可用材料制造燃料，就目前的技術(shù)水平而言，成本“相當(dāng)昂貴”。
這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展較為緩慢，但有數(shù)家美國(guó)公司正抓緊研究，希望搶先攻克技術(shù)難關(guān)，占領(lǐng)纖維素乙醇市場(chǎng)先機(jī)。這些公司獲得政府支持，每生產(chǎn)1加侖生物燃料可享受1.01美元的稅收優(yōu)惠。政策上的傾斜攤薄了公司啟動(dòng)初期的營(yíng)運(yùn)成本，令纖維素生物燃料生產(chǎn)相對(duì)于石油生產(chǎn)更具競(jìng)爭(zhēng)力。
李·林德是達(dá)特茅斯學(xué)院環(huán)境工程師，也是低碳能源生物技術(shù)供應(yīng)商馬斯科馬的創(chuàng)辦人之一，他正專注于尋找能消化纖維素并且直接吐出乙醇的細(xì)菌。他稱這一過(guò)程為“生物綜合處理”，可以大大降低生產(chǎn)成本。他相信即便沒(méi)有政府補(bǔ)貼，馬斯科馬公司最終也能生產(chǎn)出比石油更便宜的乙醇。
馬斯科馬公司的技術(shù)引起很多大買家的興趣。最近它與通用公司簽了一單生意，用于開(kāi)發(fā)纖維素燃料。馬斯科馬公司還計(jì)劃在密歇根州建立一個(gè)商業(yè)生產(chǎn)基地。
總部位于馬塞諸塞州的Verenium公司雖然成立才兩年，但它在路易斯安那州修建的實(shí)驗(yàn)廠已基本完工，這是美國(guó)本土第一家生物燃料工廠，建成后每年將生產(chǎn)140萬(wàn)加侖纖維素乙醇。它選用的原料是甘蔗殘?jiān)?BR> Verenium公司最近與能源巨頭英國(guó)石油公司達(dá)成合作協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)纖維素乙醇。Verenium公司首席執(zhí)行官卡洛斯·里瓦斯希望這一合作能加速纖維素乙醇商業(yè)化進(jìn)程。他說(shuō)：“在實(shí)驗(yàn)室里，我們可以做得十分完美，可一旦進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界，一切可能完全變樣。我們必須通過(guò)實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)。”
對(duì)分解纖維素最有經(jīng)驗(yàn)的當(dāng)屬丹麥的諾維信公司，它是世界最大的工業(yè)酶生產(chǎn)商。多年來(lái)，它生產(chǎn)的酶主要用于污水處理，但近幾年，它開(kāi)始涉足生物燃料領(lǐng)域。如今，生物燃料已成為諾維信公司增長(zhǎng)速度最快的業(yè)務(wù)。
諾維信公司雇用了一批“酶獵頭”，在全世界范圍內(nèi)搜尋能消化纖維素的昆蟲。有人會(huì)問(wèn)，既然可以在實(shí)驗(yàn)室里利用生物技術(shù)獲得更好的酶，為什么還要在大自然中尋找天然酶呢？
在諾維信公司位于加利福尼亞州的研究所，科學(xué)家們給出了答案。他們正試圖通過(guò)改變天然酶的遺傳結(jié)構(gòu)來(lái)提高纖維素的分解技術(shù)。這一過(guò)程被稱為“定向進(jìn)化”。諾維信北美公司總裁拉斯·漢森說(shuō)：“纖維素正在向抗降解的方向進(jìn)化，我們的生物技術(shù)必須迎頭趕上，以對(duì)抗這種進(jìn)化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。”
海藻新希望
生物技術(shù)的發(fā)展讓人們充滿期待，新型生物燃料的出現(xiàn)也許指日可待。
乙醇的一大缺點(diǎn)是，標(biāo)準(zhǔn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)必須經(jīng)過(guò)改造，才能使用乙醇做燃料。而且，如用輸油管運(yùn)送乙醇，會(huì)對(duì)管道造成很大腐蝕。位于加州的Amyris公司正在研究如何利用遺傳工程，生產(chǎn)能夠制造可再生燃料的酵母。這種可再生燃料具有碳?xì)浠衔锏囊磺袃?yōu)點(diǎn)，比如運(yùn)輸便捷、能量密度高等，卻沒(méi)有碳?xì)浠衔镂廴经h(huán)境的缺點(diǎn)。
Amyris公司創(chuàng)建人內(nèi)爾·倫寧格說(shuō)：“我們希望生產(chǎn)出一種能立即投入現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的生物燃料。”
Amyris公司去年11月新開(kāi)了一家試驗(yàn)工廠，年生產(chǎn)能力為240萬(wàn)加侖可再生柴油，至2011年，產(chǎn)量將達(dá)到2億加侖。
但Amyris公司生產(chǎn)的燃料主要以甘蔗殘?jiān)鼮樵稀ｋm然甘蔗的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玉米，但它仍屬于糧食作物。很難想像，Amyris公司可以在不影響糧食供給的情況下推廣它的技術(shù)。
于是，科學(xué)家們又把目光轉(zhuǎn)向了一種更為物美價(jià)廉的替代品——藻類。它沒(méi)有糧食作物原料的任何缺點(diǎn)，無(wú)需土地，無(wú)需淡水，只要陽(yáng)光充足，在鹽水中就能生長(zhǎng)。不僅如此，海藻還能大量吸收碳。因此，從理論上講，以海藻為原料可謂一舉兩得，既可以生產(chǎn)可再生的生物燃料，也可以吸食化石燃料植物所釋放的碳。
阿肯羅爾公司的伍茲很早就開(kāi)始研究海藻。雖然阿肯羅爾公司成立于2006年，但他早在1984年讀大學(xué)時(shí)就產(chǎn)生了以海藻為原料生產(chǎn)生物燃料的想法。大多數(shù)海藻公司的做法是先壓榨海藻提取油，然后加工成燃料，而阿肯羅爾公司的做法是先獲取氣態(tài)油，然后冷凝成液態(tài)。伍茲說(shuō)，憑這種方法，乙醇的英畝年產(chǎn)量可達(dá)6000加侖，而玉米乙醇的英畝年產(chǎn)量?jī)H為370加侖。
伍茲的想法吸引了不少合作者。阿肯羅爾公司準(zhǔn)備在索諾蘭沙漠地區(qū)建立一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)工廠。那里臨海，可以利用海水培養(yǎng)海藻，附近還有一家煤炭廠，可以提供濃縮的二氧化碳進(jìn)行增壓加工。
并非每個(gè)人都確信阿肯羅爾公司已經(jīng)做好準(zhǔn)備。海藻生物燃料專家約翰·本尼曼說(shuō)：“宣傳總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)實(shí)。”他認(rèn)為，目前還不存在任何成熟的商用技術(shù)，可以從發(fā)電廠收集二氧化碳并將之傳送到海藻設(shè)備中。
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就燃料作物而言，目前有3大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在起跑線上：草、樹(shù)和海藻。草和樹(shù)生長(zhǎng)在陸地上，但需要復(fù)雜的處理程序。目前用陸地作物生產(chǎn)的燃料主要是乙醇，又叫“纖維素乙醇”。海藻生長(zhǎng)在水里，培育起來(lái)比較復(fù)雜，但可生產(chǎn)高品質(zhì)油，可被輕易轉(zhuǎn)化成生物柴油。
以草為原料生產(chǎn)生物燃料的領(lǐng)軍者是加州的Ceres公司。它選擇了4種草——柳枝稷、芒草、甘蔗和蘇丹草，又叫做C4草，光合作用效率高，生長(zhǎng)迅速，因此備受生物燃料工業(yè)青睞。
Ceres結(jié)合基因改造和“智能”育種技術(shù)，使它們的生長(zhǎng)速度更快。這幾種草生長(zhǎng)于不同氣候條件。柳枝稷和芒草生長(zhǎng)于溫帶氣候，甘蔗和蘇丹草為熱帶植物。Ceres計(jì)劃創(chuàng)造能夠在炎熱、酷寒、干旱氣候下甚至鹽堿地生長(zhǎng)的品種，使它們能在無(wú)法生長(zhǎng)糧食的土地上種植。這將降低種植成本，減少食物和燃料之間的沖突。
研究樹(shù)的先鋒是南卡羅來(lái)納一家名為ArborGen的公司。ArborGen也在研究4個(gè)種類：桉樹(shù)、白楊、火炬松和放射松。它采用和Ceres類似的方法加快樹(shù)木生長(zhǎng)，增加它們對(duì)寒冷的承受力。
海藻同樣需要改造。難題之一是收獲海藻蘊(yùn)含的油，必須把它們從池塘里撈起來(lái)、曬干、破壞它們的細(xì)胞。這個(gè)過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有公司正考慮直接把海藻送去電站干燥，燃燒。也有公司迎難而上，比如克雷格·文特爾的合成生物公司。文特爾希望通過(guò)生物工程克服海藻油采集問(wèn)題。合成生物的海藻被安插了特殊基因，在它們的外隔膜創(chuàng)造新的分泌通道，使油脂剛剛分泌就被海藻細(xì)胞排擠出來(lái)，漂浮到池塘表面。經(jīng)過(guò)基因改造后，這些海藻能比它們的野生同類分泌更多油脂。 | | |