海藻是提取生物燃料的好原料, 细菌助力变乙醇

生意社, 2012-03-19

生物燃料对减少进口石油的依赖和温室气体排放有重大意义。在美国，几乎所有汽油中都含有10%的乙醇。在巴西，乙醇燃料更为重要。本月初，巴西设立了特别信贷资金，以便在全国建立乙醇燃料战略储备库。但是，无论是美国的玉米乙醇还是巴西的甘蔗乙醇都存在占用农业用地和可能造成食品价格上涨的担忧。

提到海藻，你或许会想到大海或食物，想到燃料的几率比较小吧。但是，用海藻来制造燃料可以解决玉米乙醇和甘蔗乙醇存在的上述问题。海藻无需占用耕地，也不消耗化肥或淡水。

海藻生长迅速，在温带海藻每年收获次数高达6次。另外海藻含糖量高，是提取生物燃料的良好原料。全球范围内，如果3%的沿海海域被用来生产海藻，这些海藻加工出的乙醇则可以取代600亿加仑的化石燃料。

美国能源部的一项研究显示，在理想条件下，海藻能够生产的乙醇是甘蔗生产乙醇的两倍，是玉米乙醇的五倍。从环境保护的角度来看，海藻还可以吸收农业用水、市政用水中的富氧成分和污染物，有利于水域的清理。所以，海藻一直是生物燃料研究者醉心的对象。

海藻提取乙醇听起来很棒，但是问题在于，海藻中约一半成分为藻酸盐。目前，已有的工业微生物不能代谢藻酸盐，所以乙醇产量受到很大限制。藻酸盐被普遍用于冰激凌和一些纺织品中，但对制取生物燃料来说则是阻碍因素。如能够发现甚至是创造一种物质可以有效地分解藻酸盐，并在大规模应用上取得突破，海藻在生物燃料候选原料的排名中将更靠前。

最近发表在《科学》杂志上的一篇文章中讲述了研究者们通过对微生物进行基因改造，使之能够把海藻转化成乙醇的研究成果。美国加利福尼亚大学伯克利分校的一些科学家专注此项研究并取得了上述成果。他们还为实践研究成果而专门成立了一家名为生物结构试验室(BAL)的公司。

BAL首席执行官丹尼尔·特恩福说：“干海藻中约60%都是糖，其中有超过一半锁定在海藻盐内，我们研发的成果让分解海藻中所有糖分成为可能，从而使海藻成为廉价的生物燃料制取原料。”

这个研究团队希望创造一种细菌来一站式地解决海藻制造乙醇过程中存在的问题。这种细菌在无需预处理的情况下就可以消化藻酸盐。团队在大肠杆菌内部下工夫，来拼凑能将海藻转化为燃料所需要的基因片段。科学家们搜索了美国国家生物技术信息中心基因组数据库，找到了一种能实现此功能的细菌，并将这种细菌处理后植入大肠杆菌内。让菌落在只有海藻糖作为营养源的培养基上生长。

研究团队还希望这种细菌能够被用来生产乙醇以外的生物燃料，如生物丁醇。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校代谢工程副教授哈尔·阿尔比认为，新研究是生物燃料领域的巨大进步。阿尔比说：“如果海藻可以高产出率地制备乙醇，生物燃料的前景将更加多彩。”他没有参与到新细菌的研究中，所以他的评价不失客观性。

BAL是美国能源部高级研究项目的受益者。该项目计划主任乔纳森·包德姆博士说：“BAL找到了利用海藻制取生物燃料的创新途径，如得到充分开发和部署，将可以解决生物燃料和农作物争地的问题。”

论文链接：An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae