资源生物学与生物燃料？！

        杨顺楷   四川  成都

前文笔者转载了《生物燃料死路一条？》一文，道出了德国科学家对“生物燃料”的质疑。综观过去多年来笔者的职业经历，看到了多少在资源生物学领域啃“硬骨头”项目的潮起潮落，的确令人感慨。“生物燃料”这一轮高潮当以美欧喧起，我国紧紧跟进，掐指算来至少已有2个5年了吧？现状如何？前景令人乐观吗？恰好昨日上午笔者听取了来我所讲学的加拿大滑铁卢大学资深学者著名教授Dr.Murray Moo-Young的报告《Bioremediation and bioenergy：eco-socioeconomics》（生物修复及生物能学：生态-社会经济学），首篇ppt列出内容提纲看来，不愧是西方学者驾熟就轻的技法，包括有立足综合性生物技术扫描（Dr.Murray 刚作为主编出版了有5320pp的鸿篇巨著），声称“科学推动市场发展，市场反过来作用于科学发展，题录如下：

—— 国家能源协会vs 可持续清洁环境

——困境（dilemmas），争议（controversies），主观愿望（wishful thinking），骗局（hype：sustainable clean environment？），综合评论（critique overview）

——生物炼制扫描

——生产策略（生物质/生物燃料类型）

——环境/食物关联（综合平衡）

——前景展望：An ideal ”green“ industrial world？（看来该学者是质疑“一个理想的绿色工业世界？”的）

 

当前全球能源消耗（以每年增长1.7%计）份额：石油，40%；煤，22%；天然气，23%；核能，8%；可再生能源，7%。当然，来自生物质的生物燃料，含生物社区的乙醇，丁醇，生物柴油，沼气，生物产氢气；化学社区的利用生物质的热解反应，即费-托燃料，合成气，以及甲醇等。生物燃料是属于这7%可再生能源范围内的，总体上所占份额与全球人类社会经济发展对能源的需求是较小的。这一印象同我国，特别是中科院历来在能源科技政策，及我所数十年来在沼气发酵及曾经在微生物纤维素酶及应用研究进展方面得到的信息知识是似曾相识的。为何过去10年这一波由美国带头炒作起来的所谓“第一代生物燃料”，即利用玉米淀粉发酵产乙醇，添加10%的“汽油醇”已在美国占有相当份额。我国紧紧跟进（粮食淀粉制酒精10%的“汽油醇”）的结果，已经使得国内4家示范公司处于进退两难的境地，国家的财政补贴（每吨酒精2000-3000元）也处于“不可持续”状态。这不是我国在发展生物燃料上，被美国炒作起来的所谓“第一代生物燃料”被忽悠进去，而造成目前的尴尬局面吗？提到“地缘政治”与粮食，当今地球已经进入70亿人时代，这一与人类食品存在密切关系的生物燃料政策难道是可持续的吗？我国的粮食问题没有危机感吗？

 

至于“第二代生物燃料”——秸秆纤维素（cellulosics）利用，仍然是作为“愿景”追求的目标。二战以来，至今仍然存在诸多技术-经济难题，如木质纤维素的预处理，以及作为生物催化剂的纤维素酶高活力，操作的高稳定性，对底物纤维素的高特异性（生物反应器内高浓度积累6碳糖和5碳糖）就不是在短期内可以工程化实现的目标。虽然当下的基因工程及分子进化技术手段已经达到引人注目的程度，但是面对作为废物的生物质（秸秆纤维素）开发第二代生物燃料（乙醇，丁醇）前景仍不明朗。

 

近年称为“第三代生物燃料”——海陆能源微藻开发。从资源生物学看来，仍然处于资源调查阶段，能否有重大突破还是难以预料的。作为低等植物或光合微生物的藻类，从工业生物技术及规模化工程学角度，尚存在许多供量不足（inadequate supply）和控制链（control chain）方面的问题。例如，如果采用深沉液体培养，工业发酵设备超大型化的光照，液体培养及藻类物质回收加工都是问题，设若固体培养的生产效率低下也是难以回避的问题。

 

总之，从从资源生物学与生物燃料间的关系评估，德国科学家的如下观点值得引起重视，即“至于生物燃料，与其说是技术问题，还不如说是生物学的根本问题。要想颠覆35亿年的进化过程（植物光合作用）是很困难的，时间会证明一切。”加之，Dr.Murray Moo-Young昨日的一个多小时报告，笔者在此有感而发，认为他在《生物修复及生物能学：生态-社会经济学》的框架性扫描，基本如实反应了全球在人类围绕生态——环境——社会经济发展所处困境，集中在生物燃料问题上还有诸多难题有待全球科学家一一破解，他保持了在这一问题上的低调——科学家的良知。因此，无论是生命科学，化学生物学，生物化学及分子生物学，化学及化学工程，应用物理及技术物理学，以及信息科学等，都进入了一个学科高度交叉的时代，希望能在全球性的生态——环境——社会经济发展重大问题上有所突破，达成一个科学合理的平衡状态。

 

附记：

笔者参加了由中国能源学会主办在贵阳于春季召开的《2010中国生物能源科技发展论坛》，各方科技工作者济济一堂，围绕生物能源这一论题进行了热烈的探讨。开篇的主旨报告由倪维斗院士作了“从生物质能的利用谈起”，介绍了生物质应用的3个重要指标，即全生命周期能量转换系数，同时伴有CO2排放；就转换效率而言，我国的甘蔗，甜菜及玉米作为粮食是不可能支撑生物燃料开发；其次介绍了土地利用的绿度系数，以及水资源的“瓶颈”现实。并分析了可再生能源总的考虑，包括替代能源的国情尺度，举例美国玉米多，巴西甘蔗多，东南亚棕榈树多，我国呢！？还有份额尺度，时间尺度，经济尺度，以及可再生能源特点的合理发挥，例如秸秆发电，强调互补/结合，面向农村等；它对木屑制酒精作为燃料乙醇持怀疑态度。最后，他强调了人和自然和谐相处的原则须得谨记，否则将受到大自然的惩罚。因此，倪维斗院士对生物质能如是说：“人类对于生物质能，并有关可再生能源的开发应用，要持慎之又慎的科学态度，进行多方位的全面分析，切忌一哄而起，鲁莽行事。”