利用从木屑和纸浆中生产纤维素生产乙醇,其过程有点像按照一份复杂的法式菜谱做菜一样:需要许多价值不菲的配料以及多种多样的炊具,每一样都有其本身特点的设置和使用方法,才能做出最终的成品,而整个过程耗资巨大却效率不高。

现在,一家新罕布什尔州(Lebanon,NH)黎巴嫩市的纤维素生物燃料公司--Mascoma公司,公布了其在简化纤维素乙醇生产过程这一目标上的显着进展,简化方案的生产过程跳过了多种昂贵的酶制剂的使用,从而可能会降低纤维素乙醇20%-30%的生产成本。

纤维素乙醇当道

近年来,作为替代能源之一的燃料乙醇方兴未艾。美国使用的“主流”方法是从玉米颗粒的发酵中提取乙醇,其玉米乙醇的产量飞速增长,5年前便达到了36亿加仑。按规划,2012年,美国玉米乙醇年产量将达到75亿加仑。

然而,生产36亿加仑玉米乙醇,需要消耗当年美国全部玉米收成的15%,燃料乙醇也因“与民争粮”引发巨大争议。

相对于以玉米和大豆等粮食为原料的第一代生物燃料来说,以稻草、秸秆等植物纤维为原料的纤维素乙醇被称为第二代生物燃料,其最大优势在于避免了“与人争粮、与粮争地”的风险。纤维素是地球上最丰富的可再生资源,也是当前利用率最低的资源,自然也成了各国新资源战略的重点。

但困难也显而易见。目前,6~7吨秸秆仅能产出1吨左右的乙醇。“尽管木质纤维素原料本身非常廉价,但是将其转化成乙醇的工艺过程非常复杂,需要大量的能耗。这主要是由木质纤维素自身的结构特性决定的,而得到的目标产物是经济附加值并不很高的乙醇,致使单位乙醇的经济效益并不具备较强的市场优势。”专家指出,近年来,很多企业均在加快步伐整合自身的纤维素处理能力,最大幅度地提高用纤维素生产乙醇的产出率,降低总体生产成本。

借力“超级细菌”

“纤维素生物燃料代表了下一代可替代能源技术的发展趋势,在减少对石油燃料依赖、降低温室气体排放、刺激地区经济发展等方面有着不可限量的应用潜力。我们独特的转化技术可以使我们在不消耗粮食的前提下,实现乙醇燃料更快速、更有效率、更具经济性的低成本生产,这是其它生物化学转化技术不可企及的优势。”Mascoma公司董事长兼首席执行官Bruce Jamerson如是称。

Mascoma,这家全球领先的低碳能源生物技术供应商所提供的策略,被称为合并生物处理技术,其目的在于将乙醇生产过程中的多个步骤合而为一,而这一目标的实现只需要使用一种基因经过人为改良的超级细菌。Mascoma公司报告了一系列的研究进展,宣称这将使其(纤维素乙醇生产)“商业化进程出现实质性的进展”。

现有的纤维素乙醇生产技术包含了多个步骤:植物原料如纸浆和柳枝稷首先要经过预处理,从而将纤维素和其它植物组织相分离,然后将纤维素与多种酶相混合从而将其分解为糖,再使用酵母将糖酵解为乙醇。

作为一个成本较低的选择方案,Mascoma的研究人员们正在改良微生物,从而将生产过程中的最后两步进行联合:分解纤维素,并将糖转化为乙醇。他们宣称,如果他们能使微生物的乙醇生产反应率足够高,他们就可以在纤维素分解过程中减少所需昂贵酶制剂的用量,这将自然而然地降低乙醇生产一半的成本。

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