新兴的电燃料

谭玉龙

随着2012年美国大旱，生物燃料的可行性再次被广泛讨论。其实，对生物燃料的争议甚至是质疑从未停止过，不过，新技术的发展或许将改变生物燃料的窘境。最新的电燃料（electrofuel）不仅将改变生物燃料面临的“与人争粮”的指责，还将大大提高其能量产出效率并降低成本。

来源于电的生物燃料

美国加州劳伦斯伯克利国家实验室的科学家史蒂夫·斯格带领他的团队研发出一种高效的生产液体燃料的方法，他们采用一种叫做Ralstonia eutropha的细菌，通过对细菌进行基因工程改造，让其改变了自然状态下的产能方式——自然界中的细菌以氢为能量来源，通过转化二氧化碳合成有机物。科学家重建了该细菌的代谢途径，从工程大肠杆菌等其他细菌中引入生产中链甲基酮的代谢途径，使得细菌的代谢终产物变为十六烷，它非常接近于传统柴油。这一新技术所需要的是氢和可再生电能，而可再生电能可以由太阳能和风能等再生能源产生，也就是说，电燃料整体为可再生和绿色的。这一技术解决了传统生物能源生产过程中的不足，彻底避免了生物燃料与人争粮的窘境，而且其比目前生物能源的生产效率高10倍。这一研究目前离应用还有一定距离，尚处于实验室阶段，不过进展顺利，已获得美国能源部高级研究计划署电燃料项目支持的340万美元的资助，这也是能源部高级研究计划署电燃料项目所支持的13个电燃料项目之一。

电燃料，顾名思义，就是细菌等微生物直接利用电能而获取能量生长，并且生产出生物燃料。对比传统的生物燃料的生产方式，这一方式有了一大改进——传统的生物燃料生产方式都有一个关键的限速步骤，那就是光合作用。无论是一代还是二代生物能源技术，大多数生物燃料能量都是源自植物通过光合作用所转化的太阳能。像是初期玉米和甘蔗中的糖类物质，以及后来的秸秆中的纤维素，说到底，都是由植物本身进行光合作用将太阳能转化为化学能而来的。光合作用对于植物本身来说必不可少，但遗憾的是，光合作用相对来说较为低效，这就导致了生物原料生产周期较长；想要获取储存在植物中的能量物质来生成生物燃料，需要大量的加工步骤。电燃料的生产则成功绕过了光合作用，如果能够突破关键技术，将大大提高生物燃料的效率。

改变生物燃料的争粮窘境

除了光合作用的低效，生物燃料还有一个致命的问题，那就是与人争粮。今年的美国大旱重启了食品与生物燃料之间的斗争——今年美国玉米产量与一个月前的预测相比下降了17%，与去年的产量水平相比下降了13%，每公顷产量可能是17年以来最低。玉米价格已经达到了创纪录新低。而且玉米也是动物饲料的主要组成部分，因此，肉类、牛奶和鸡蛋价格也可能随之攀升。与此同时，全美大约40%的玉米产量被用来制造乙醇，乙醇生产过程会剩下一些可供喂养动物的东西。然而，如今美国玉米产量的至少四分之一被制成了乙醇，作为燃料使用。这已成为政府的强制要求。但国际粮农组织负责人呼吁“立即暂时中止”这一政府强制要求，以便将更多的玉米用于食品或饲养牲畜。美国畜牧行业也督促国会暂停要求在汽油中添加乙醇的法律。可以说，自从生物燃料问世，就一直处于争论的漩涡当中。

前景光明的新型生物燃料

目前，电燃料仍处于实验室研发和攻坚阶段，除了上文提到的研究成果外，还有其他不少令人振奋的成绩。加州大学洛杉矶分校构建的基因工程，能够利用甲酸再生成如丁醇等可作为燃料的某些醇类化合物。甲酸通过二氧化碳转化，所需的能量来源于可再生电能。麻省理工学院对氧产碱杆菌进行基因改造，发酵生产出了异丁醇。这种醇类物质有重要的实用意义，现有汽车的引擎对其有很好的兼容性，比如一些赛车引擎用的就是异丁醇。另外，还有一些公司致力于该领域的研发。虽然在生产中需要消耗一定的电能，似乎依靠电能再来生产燃料看起来多此一举，但其终产物还是相当有实际意义的，除了常规的生物燃料等一些可以作为能源的产品，现在的技术还可以生成碳水化合物或是其他可燃分子，以及包括香精、化纤、溶剂、油漆等在内的日用品。因为这一技术的关键在于生物合成过程，所以，仍然属于生物能源的领域。从目前看，这一技术有了很好的开端，倘若该技术可以走出实验室，生物燃料将迎来属于自己的春天。

【责任编辑】赵 菲