今年上半年以來,隨著“人車爭糧”的生物燃料產業模式飽受非議,業界開始把目光轉向開發下一代生物燃料技術———從纖維素中制取生物燃料,并將其譽為今后全面替代化石燃油的最大希望。
那么,這一前途廣闊的領域目前進展如何,距離實用生產還存在哪些困難?在10月23日、24日于青島舉辦的中國科學院生物能源與過程學術研討會上,記者采訪了中國科學院青島生物能源與過程研究所(籌)的有關專家。
“這兩年來,纖維素生物燃料的技術研發取得了許多突破,國外也有了一些小規模的投產嘗試。”研究所生物能源資源中心主任、研究員徐健說,“不過目前總體還是以實驗室階段為主,尚未具備商業化的條件。”
據介紹,現已投入商業化生產的甘蔗、油菜及其他非糧燃料作物,要么仍需占用大量耕地,要么加工工藝尚不成熟。而纖維素是構成植物莖葉的主要成分,僅國內每年產生的秸稈、鋸屑等工農業廢棄物中就含有數億噸。但比起用于制取第一代生物燃料的淀粉、蔗糖和生物油脂,纖維素是結構穩定的大分子,直接利用更為困難。
研究所“工程大腸桿菌制備生物柴油關鍵技術”項目首席科學家、研究員咸漠介紹說,目前的生物柴油一般從動植物油脂中提煉,原料成本較高。“而改用秸稈等廢棄植物體中的纖維素,就將獲得大量而廉價的原料來源,二氧化碳減排量也可增加3倍以上。”
一年來,咸漠主持的團隊都在研究分解秸稈中纖維素的技術,并用基因工程培育一種能合成脂肪酸的新型大腸桿菌,現已取得了階段性進展。
另一方面,與太陽能、風能等其他可再生能源相比,生物能源更難實現規模化集中生產,其中的重要原因就是生產工藝難于放大。
“從小型生物反應器到大型設備,微生物的生存空間、個體數量等都要增長至少幾個數量級。如何讓它們仍然能夠充分‘工作’乃至維持生存,都會面臨許多工藝難題。”研究所所長王利生說。
從美國獲得計算機碩士和生物化學博士的徐健,今年回國后正在主持一個研發團隊,培育一種嗜熱、厭氧的桿菌用于制取生物乙醇,這兩種習性正是規模化生產所需要的。
王利生稱,生物能源的開發涉及多個學科領域,相關科研及經營人才目前尚處于分散狀態,尚未成為產業的纖維素生物燃料更加需要各方面人才的交叉、整合。
“除了開展學術交流,更重要的是在各相關學科之間搭起橋梁,并將基礎研究、技術開發和市場化三方面的力量整合在一起。”王利生表示,青島生物能源與過程研究所的籌建,一定程度上正是為了充分吸引、集中各相關領域的國內外人才,研究所的機構設置和管理制度也貫徹著“資源共享”的理念。
徐健介紹說,篩選并培育工程微生物是開發纖維素生物燃料的關鍵,但這又是一項浩繁艱巨甚至充滿偶然性的工作,還要面臨某些國際生物工程集團通過專利對菌種進行的技術壟斷。“尋找合適的工程微生物,除了借助生物工程技術的力量,恐怕也有待于人類對微生物的更多了解,這需要學界的共同努力。”