在你的油箱里放一只白蚁 - 彭博社
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马克·埃马尔法布并不是为了治愈美国对石油的依赖而出发。他只是想要一种更好的酶来软化牛仔裤。这一搜索将他引向了俄罗斯东部的野外,随后发现了一种偶然突变的新真菌,使得这种生物体成为一个能够大量生产酶的生物工厂,这些酶可以赋予牛仔布一种珍贵的“穿着过的”外观。“偶然间,我们发现了世界上最丰产的真菌,”他说。
这种真菌及其对植物纤维的消耗能力现在正在帮助实现一种彻底的转变:从石油和汽油转向植物燃料。11月2日,埃马尔法布的公司Dyadic International Inc.与西班牙能源巨头阿本戈亚签署了一项协议,利用这种真菌生产燃料。一个试点设施正在内布拉斯加州建设。与传统的玉米乙醇相比,原材料是农业废料。这些设施可以使用玉米秸秆、稻草、木材、废纸以及几乎任何其他富含纤维素的材料。
像这样的实验正处于一个关键时刻。玉米乙醇工厂在美国如雨后春笋般涌现,部分原因是数十亿美元的补贴。但一个不为人知的秘密是,生产10加仑玉米乙醇所需的能量相当于大约7加仑汽油。此外,农民们认为,美国在不使玉米价格飙升的情况下,最多只能生产约140亿加仑的乙醇,较2006年的近50亿加仑有所增加。随着公众对这些缺陷的认识加深,一些批评者开始质疑整个植物燃料类别。
然而,如果像阿本戈这样的努力能够高效地扩大规模,美国的森林、农业废物和4000万到6000万英亩的草原草可以每年提供1000亿加仑或更多的燃料——同时大幅减少温室气体排放。这将替代目前每年使用的1500亿加仑汽油的一半以上,极大减少石油进口。密歇根州立大学的生化工程师布鲁斯·E·戴尔预测:“这将比大多数人想象的要快得多。”他说:“这将是巨大的,重塑我们的国家能源政策并转变农业。”
这就是为什么尽管在某些领域存在怀疑,基于纤维素的生物燃料已成为国家安全鹰派、环保主义者、风险投资家以及杜邦(DD)和BP PLC(BP)等大型公司的不太可能的联盟的宠儿。杜邦正在与乙醇生产商Broin合作,在爱荷华州建立一个试点工厂,并与BP合作生产另一种燃料——丁醇。“每个星期一,我醒来时都在想我对这个规模的想法有多大,”杜邦生物基技术副总裁约翰·皮尔斯说。“到一天结束时,我不得不向上重新校准。”在路易斯安那州的詹宁斯,Celunol即将开启从甘蔗废料中提取乙醇的第一滴。而加拿大的Iogen公司正在计划一个全规模的工厂,从小麦秸秆中生产数百万加仑的乙醇。
从纤维素植物材料中制造燃料比从玉米中生产乙醇更复杂且成本更高,但正在进行的一波发现和创新正在改变这一点。研究人员正在仔细审查配方中的每一步,从源作物到专门设计用于分解植物纤维并将其转化为酒精的酶和酵母。
科学家们正在中国寻找高草的菌株,并对植物的基因进行改造,以制造更好的能源作物。他们在哥斯达黎加收集白蚁,希望利用这些昆虫消化纤维素的能力。几个研究小组研究了一种在第二次世界大战期间发现的真菌,这种真菌吞噬了军队的棉帐篷。位于加利福尼亚州千橡市的Ceres Inc.首席执行官理查德·汉密尔顿将这一进展比作电视制造商在完善平板显示器时的挣扎。他说:“前几家工厂‘将会非常昂贵,但我们正处于学习曲线的早期阶段。我们仅仅触及了许多人认为可能实现的表面’。”
Ceres是几家寻找合适作物的公司之一。两个候选作物是曾经覆盖美国大草原的开关草和一种叫做芒草的亚洲草。这两种植物都是多年生植物,因此农民只需进行收割即可。这些植物的深根改善了土壤,同时储存碳以对抗全球变暖。在这样的草或像木材这样的来源中,能量被锁定在纤维素和一种叫做半纤维素的类似物质中,这两者共同构成了植物的70%到85%。第一个难题是软化植物,使纤维素更容易消化。密歇根州立大学的戴尔发明了一种有前景的方法,有点像使用热压氨的喷雾。
下一个挑战是分解构成纤维素的糖分子链。这就是来自真菌的酶、白蚁的肠道或基因工程实验室发挥作用的地方。最近的研究将这一步的成本降低了三十倍,降至每加仑乙醇生产约50美分。“我们现在离每加仑10美分的目标并不远,”Dyadic的首席科学官格伦·E·内德温说。
最后的任务是酿酒者熟悉的:将糖发酵成酒精。不同之处在于,纤维素和半纤维素中的糖是不同的,因此科学家们正在创造更有才能的发酵生物,例如基因工程的 E. coli,以应对增加的复杂性。“这个问题接近解决,”达特茅斯大学教授、马萨诸塞州剑桥市风险投资支持的Mascoma公司的首席科学官Lee R. Lynd说。
然而,Lynd和Mascoma的梦想更大。他们已经诱导微生物在一个冒泡的锅中消化纤维素并发酵产生的糖,而不是分两个步骤进行。如果这个系统成功,“这将是一个游戏规则的改变。它将彻底改变这个行业,”Lynd说。11月29日,该公司宣布与Tamarack Energy Inc.达成协议,开发试点工厂。
无论过程如何,斯坦福大学生物学家Chris Somerville补充说,没有必要仅限于乙醇。丁醇和其他更类似于汽油的物质在某些方面优于乙醇。对于投资者来说,任何这些方法都可以依赖于玉米乙醇基础设施,这一点非常美妙。“如果没有玉米乙醇来启动这个泵,我就不会冒险投资于纤维素乙醇,”风险投资家Vinod Khosla说。
未来的道路会由生物燃料驱动吗?技术已经存在。激励措施也在,预计2007年油价将超过每桶70美元。“这绝对会改变我们为汽车提供动力的方式,”汉密尔顿说。
由约翰·凯瑞和亚当·阿斯顿