纖維主宰未來能源？

呂　靜

將作物秸稈、野草、廢木料和家用廢料等等又便宜又豐富的東西轉化為乙醇，或許在不久之后將成為生物燃料發展的主流技術

今年5月29日，經合組織與聯合國糧農組織在其發表的一份報告中稱，到2017年，全世界的乙醇產量將是2007年的2倍，達到1250億升。該報告還指出，政策上的支持，油價的攀升，都會強烈影響未來對生物燃料的需求。而這種上升趨勢將導致全球糧食價格的繼續攀升和減小糧食在食物和飼料中的使用率。

那么，在未來lO年，以家用和農林廢料為原料的第二代生物燃料究竟能不能取代糧食乙醇，實現大規模的商業生產呢?

黎明前的纖維素乙醇產業

很多專家估測，由于玉米乙醇的生產將占用更多耕地，并與糧食需求相競爭，其發展勢必受到限制。纖維素乙醇的吸引力在于其原料包括作物秸稈、野草、廢木料和家用廢料，將這些又便宜又豐富的東西，轉化為乙醇所需要的燃料比較少，因此它比生產玉米乙醇的過程所釋放的溫室氣體要少。此外，一定面積的野草或其他作物可以比玉米多生產約兩倍的乙醇，因為這些植物的秸稈和種子都可以利用，而不是像現在的玉米乙醇一樣只能利用玉米粒。美國自然資源保護委員會的一份報告指出，到2050年，纖維素來源的巨大生產力將最終使得其達到5600億升的乙醇生產量，相當于現在美國汽油消耗量的2／3。

2007年，美國新的聯邦法規要求到2022年將可再生能源的產量增加到每年1360億升，這是現水平的5倍。2007年，美國生產了約250億升的乙醇，這個數目還不到美國汽油供應量的5％。眼下纖維素乙醇還沒有達到大規模的商業化生產，但是這項技術業已得到了各國政府的認可和支持。

愛荷華大學農業和農村發展中心的主任布魯斯·巴伯考克指出，市場會指示出乙醇生產的需求量，玉米乙醇的產量目前還在增長。他預測今年美國的乙醇產量將達到400億升，到2010年則將增至530億升，因為各種利弊的平衡，也許玉米乙醇的產量會停止增長。最終，纖維素乙醇將成為玉米乙醇的補充，或進而成為市場的主角。

不過，美國人要在2022年達到1360億升的目標是很困難的。這需要相當大的一部分燃料從非玉米的原料如纖維素生物原料而來。

示范工廠已經出現

到現在為止，世界上還沒有商業規模的纖維素乙醇工廠，不過，已經有一些公司計劃在未來的幾年中開始生產。美國能源部目前已經投資了大約12家即將建立示范和商業規模工廠的公司。其中一個就是計劃明年開工一個商業規模工廠的雷奇燃料公司，該廠預計將有年產8000萬升乙醇和甲醇的生產能力。

今年5月27日，馬薩諸塞州劍橋的麥斯科馬公司披露，明尼蘇達有望成為年產560萬升燃料示范商業化纖維素乙醇工廠的所在地。麥斯科馬還有好幾個生物乙醇項目正在運作中，其中一個是在田納西的柳枝稷乙醇的先鋒項目。也是5月下旬，藍火乙醇公司在接受路透社采訪時宣布，他們計劃在5年內在美國建立10個纖維素乙醇工廠，每個工廠的生產能力至少為2億升。其原料將為農業廢料、廢木料和非糧食作物，比如柳枝稷。

依然是5月，通用公司先后與科斯卡塔能源公司和馬斯科馬公司建立戰略合作伙伴關系，將攜手推進從非糧食生物質中提取制造低碳可替代能源的單步驟生物化學轉化技術的研發進程。杜邦公司與丹尼斯克公司旗下的子公司杰能科簽署的一份聲明，雙方將創建一個各占50％股份的合資項目，這個被命名為杜邦丹尼斯克纖維素乙醇的合資公司，將投資1．4億美元，結合杜邦公司預處理等技術以及杰能科公司的先進酶技術的優勢，首先開發以玉米秸稈和甘蔗渣作為原料的纖維素乙醇生產技術。此后，還將開發使用木質纖維素原料如麥稈、各種能源作物和其他生物質為原料的纖維素乙醇生產工藝。該合資企業計劃于2012年商業化生產纖維素乙醇。

5月29日，一個年生產530萬升纖維素乙醇的生物精煉廠已在美國路易斯安那州的詹寧斯動工。這一項目是由美國馬薩諸塞州劍橋的沃瑞尼姆公司建設的，將以甘蔗渣作為生產乙醇的原料。

這一新建的工廠將成為美國的首座示范規模的纖維素乙醇工廠。沃瑞尼姆纖維素乙醇計劃造價將達到每加侖2美元，這種價格比起汽油和其他類型的乙醇更具競爭能力。明年，沃瑞尼姆計劃將建設年生產能力為8000萬升的商業規模工廠。

與此同時，德國兩大公司南方化學公司與林德公司也宣布5月初組建了合資企業，將開發基于不與人爭糧的作物生產第二代生物燃料技術。

加拿大現在的乙醇產量是10億升，2012年計劃將達到25億升。加拿大渥太華的艾歐基公司早在2003年1月就建成了周處理25噸小麥秸稈、年產32萬升纖維素乙醇的示范工廠。2005年5月，加拿大政府核準其投資5億美元在薩斯喀徹溫省建設年產將為8700萬升纖維素乙醇的裝置，預計于2011年建成。艾歐基公司的項目得到了殼牌公司、高盛投資銀行和加拿大石油公司的資金支持。

中國也在積極進行纖維素乙醇的研發工作，5月8日，由河南天冠集團建設的1萬噸纖維乙醇一期產業化示范項目，進入試運行階段。河南天冠纖維乙醇產業化示范項目，包括建設中的年產1萬噸纖維素酶和5千噸纖維乙醇的生產裝置，基本做到了純生物制乙醇生產。

在今年晚些時候，美國會頒布一個可再生能源的新標準，將去年的能源賬單變成法律，要求2010年時纖維素生物燃料的使用將達到3．8億升，到2020年達到600億升。

巧用基因工程

纖維素是所有植物都存在的一種復雜碳水化合物，玉米的莖葉、牧草和木屑都可以成為供給纖維素的主要候選者。從纖維素制造乙醇比起用玉米制成的乙醇有很多優勢。要使制造纖維素乙醇在商業上可行的最大障礙就是纖維素的降解。降解纖維素的酶叫做木纖維酵素或纖維素酶，一般是大型生物反應器中生長的微生物所產生的，而這種大型生物反應器是造價昂貴的，同時這還是一個能源密集型的生產過程。

邁克爾J·布雷洛克是美國堪薩斯曼哈頓一家叫做伊甸園的農作物生物技術公司的系統發展副總裁，他說：“為了使得制造纖維素乙醇變得具有真實的競爭力，我們實在是需要將造價降下來。”

瑪利亞·斯蒂克林是密歇根州立大學作物與土壤學教授，她表示，可以通過對玉米進行基因工程改造來讓作物本身產生這種酶，從而減免制造酶的費用。與其用能源密集型的加工在生物反應器中制造酶，倒不如按照她所說的，“讓植物利用免費的太陽能制造酶”。

一般情況下，纖維素的降解需要三種不同的酶。去年，斯蒂克林發表了用基因修飾的辦法改造玉米的研究，她可以將分別產生3種不同的酶的3個基因整合在一種作物中。她是在今年4月美國化學學會在新奧爾良的國家會議上宣講其轉基因成果的。

伊甸園公司最近發展了斯蒂克林的技術，希望在今年內開始其轉基因玉米的大田試驗。布雷洛克說，在未來的三年內，他們將開始實現該技術的商業化目標。這家公司并不是單槍匹馬在從事這一研究策略，美國馬薩諸塞州美德福德的一家農業生物技術公司艾格瑞維達，也在用轉基因技術來改造玉米，他們的目的很簡單，就是想提高纖維素乙醇的產量。

曾為美國普渡大學的農業和生物工程教授邁克爾·萊迪石說：“這真是一個值得研究的方向。”但是，最終的情況要比看起來的更為復雜。萊迪石已經離開了普渡大學，現在是麥斯科馬的主任技術員，他說，主要困難就是要找到保證這些酶在化學物理的預處理期間保持活性的方法，預處理是為了去掉木質素，木質素是細胞壁上堅硬的聚合物，具有抗壓和有保護纖維素纖維的作用。

一種辦法就是通過轉基因的辦法使得植物僅需要輕微的預處理，比如，斯蒂克林正在致力于降低玉米中木質素含量的研究，她還希望可以修改木質素的分子構造，這樣，就可以使之更容易降解。雖然其研究目前集中在玉米的基因修飾上，但她指出，這項技術最終將轉移到其他作物，比如柳枝稷等制造纖維素乙醇的原料上。

回首歷史，人類大規模開采化石燃料不過是最近幾百年的事，纖維素乙醇的異軍突起為可再生能源的藍圖畫上了濃重的一筆。變廢為寶的話題引人注目，無論是5年還是10年，讓我們拭目以待其普及的那一天。