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哈特穆特·米歇尔:生物燃料脱离现实

核心提示:马克斯-普朗克生物物理研究所的哈特穆特·米歇尔在《德国应用化学》上发表了一篇评论,该评论的标题就已经把他的态度言明了:“生物燃料脱离现实”。 他对所有生物燃料领域的研究者和支持者集体发难,而不仅仅是成为现今研究大热门的玉米制乙醇这一隅。

【中国生物产业网(http://www.cnbioindustry.cn)】4月23日讯

马克斯-普朗克生物物理研究所的哈特穆特·米歇尔在《德国应用化学》上发表了一篇评论,该评论的标题就已经把他的态度言明了:“生物燃料脱离现实”。 他对所有生物燃料领域的研究者和支持者集体发难,而不仅仅是成为现今研究大热门的玉米制乙醇这一隅。

在评论中,他先讲述了生物燃料合成过程的能量效率。遗憾的是,在一片应得的鲜花和掌声中,光合成并不如我们想的那么高效。然而从生物进化的起起伏伏和历史的偶然性上,它却又是个中角色。一方面,植物因无法利用紫外、红外、绿色光而浪费了光谱中很大一部分能量。而电子转移及光捕获蛋白机制则很完美,并且在接下来的光反应和暗反应都有参与。光反应主要获取光能并产生 NADPH 和 ATP,然后暗反应利用这部分能源和降低的电势与二氧化碳作用合成碳水化合物。谈到量无质瞬时光子的能量利用固有低效问题上,仅阳光光能的12%能被储存在NADPH中。

接下来,光强度问题似乎落入了经典的“坑人二十二”状态中了。低光强,顾名思义,光子量低,其合成过程的效率最高。然而如果我们试图通过增加光强提高效率,又会造成光损失,用米歇尔的话来说,35亿年的进化无法克服。如果想要避免这种光损,植物则需将其中一种 在光系统II 限制效率的关键蛋白每小时循环使用约三次。最后,第二步反应的上述关键蛋白,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶又很难区分二氧化碳和氧分子。要摆脱氧分子的干预则要花很大的力气。

这些难题都指向了一个严峻的光合成效率低下问题——这个仅约4%的小之又小的能量转化率(在人类标准来看已经高得惊人了)无疑给人类泼了一盆冷水。

以上种种显示,想要提高生物燃料效率的任何尝试都需经过蛋白质工程学上的无数难关。这可没有给旨在达成这些目标的当前研究带来什么好兆头。学术角度来看的确令人振奋,然而这样也导致我们需要大幅重组光合成的基本单位,包括重建无数基因途径以及获取其能达到量产获取商业价值的产物。人们很容易就低估了从这些技术而获取净能量所付出的代价。通过合成生物学方法从工程菌制造所有的高价工业化学品及药品这一点上我与作者的观点一致。这些合成法都很有前途,然而让细菌做一些有违进化的事并还要做到足以与化石燃料相抗衡,则还有好长的路要走。米歇尔甚至对最近大热的红藻生产生物燃料也不抱多大希望。看完他的预测,不禁想问,有多少像美孚和克莱格这样的大型机构可以真正做到量产呢?最后,那些提供给生物燃料和其生产原料的土地可不可以提供给其他替代能源呢?这些问题还需思量。

在光伏发电上,米歇尔则乐观了很多。光伏发电的能量转化率已经提升了15%。把终产物放入汽车中以后,光伏电池任然可以驱动器,另外,电池技术近期研究进展显示能量密度有了大幅提升,米歇尔则对此很是看好。

我的个人观点:在能量利用上,我是赞成具体问题具体分析的。我觉得站在能源分布、地质情况、能源需求、购买力和经济学角度上,找到一劳永逸的解决方案不太现实。不过总是有人站出来推行一个全球适用看起来几乎神迹的单一方案。对太阳能我也秉持类似观点。现有的解决方案好像无法解决阳光并不充足地区的传送问题和太阳能利用率问题。米歇尔的关注点一部分落在了超导电缆的广泛使用上,然而(在“高温”超导体发现的至少25年之后)现在也仅是黄粱美梦罢了。尽管还有上述这些问题,太阳能在我们的经济中仍应起很大的作用,特别在那些阳光充足的地区。

而生物燃料呢?与其说是技术问题,还不如说是生物学问题还靠谱些。要一下子颠覆35亿年的进化过程是很困难的,我不知道我能不能hold住。时间会证明一切。

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编辑:sunny

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