諾貝爾得主：生物燃料脫離現(xiàn)實

    馬克斯-普朗克生物物理研究所的哈特穆特·米歇爾在《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表了一篇評論，該評論的標(biāo)題就已經(jīng)把他的態(tài)度言明了：“生物燃料脫離現(xiàn)實”。 他對所有生物燃料領(lǐng)域的研究者和支持者集體發(fā)難，而不僅僅是成為現(xiàn)今研究大熱門的玉米制乙醇這一隅。

    米歇爾揭示了地球上最重要的蛋白質(zhì)之一——光合成反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)，并因此獲得了諾貝爾獎——他理所當(dāng)然知道光合成是怎么回事。

    在評論中，他先講述了生物燃料合成過程的能量效率。遺憾的是，在一片應(yīng)得的鮮花和掌聲中，光合成并不如我們想的那么高效。然而從生物進(jìn)化的起起伏伏和歷史的偶然性上，它卻又是個中角色。一方面，植物因無法利用紫外、紅外、綠色光而浪費了光譜中很大一部分能量。而電子轉(zhuǎn)移及光捕獲蛋白機(jī)制則很完美，并且在接下來的光反應(yīng)和暗反應(yīng)都有參與。光反應(yīng)主要獲取光能并產(chǎn)生 NADPH 和 ATP，然后暗反應(yīng)利用這部分能源和降低的電勢與二氧化碳作用合成碳水化合物。談到量無質(zhì)瞬時光子的能量利用固有低效問題上，僅陽光光能的12%能被儲存在NADPH中。

    接下來，光強(qiáng)度問題似乎落入了經(jīng)典的“坑人二十二”狀態(tài)中了。低光強(qiáng)，顧名思義，光子量低，其合成過程的效率最高。然而如果我們試圖通過增加光強(qiáng)提高效率，又會造成光損失，用米歇爾的話來說，35億年的進(jìn)化無法克服。如果想要避免這種光損，植物則需將其中一種 在光系統(tǒng)II 限制效率的關(guān)鍵蛋白每小時循環(huán)使用約三次。最后，第二步反應(yīng)的上述關(guān)鍵蛋白，1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶又很難區(qū)分二氧化碳和氧分子。要擺脫氧分子的干預(yù)則要花很大的力氣。

    這些難題都指向了一個嚴(yán)峻的光合成效率低下問題——這個僅約4%的小之又小的能量轉(zhuǎn)化率（在人類標(biāo)準(zhǔn)來看已經(jīng)高得驚人了）無疑給人類潑了一盆冷水。

    以上種種顯示，想要提高生物燃料效率的任何嘗試都需經(jīng)過蛋白質(zhì)工程學(xué)上的無數(shù)難關(guān)。這可沒有給旨在達(dá)成這些目標(biāo)的當(dāng)前研究帶來什么好兆頭。學(xué)術(shù)角度來看的確令人振奮，然而這樣也導(dǎo)致我們需要大幅重組光合成的基本單位，包括重建無數(shù)基因途徑以及獲取其能達(dá)到量產(chǎn)獲取商業(yè)價值的產(chǎn)物。人們很容易就低估了從這些技術(shù)而獲取凈能量所付出的代價。通過合成生物學(xué)方法從工程菌制造所有的高價工業(yè)化學(xué)品及藥品這一點上我與作者的觀點一致。這些合成法都很有前途，然而讓細(xì)菌做一些有違進(jìn)化的事并還要做到足以與化石燃料相抗衡，則還有好長的路要走。米歇爾甚至對最近大熱的紅藻生產(chǎn)生物燃料也不抱多大希望。看完他的預(yù)測，不禁想問，有多少像美孚和克萊格這樣的大型機(jī)構(gòu)可以真正做到量產(chǎn)呢？最后，那些提供給生物燃料和其生產(chǎn)原料的土地可不可以提供給其他替代能源呢？這些問題還需思量。

    在光伏發(fā)電上，米歇爾則樂觀了很多。光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化率已經(jīng)提升了15%。把終產(chǎn)物放入汽車中以后，光伏電池任然可以驅(qū)動器，另外，電池技術(shù)近期研究進(jìn)展顯示能量密度有了大幅提升，米歇爾則對此很是看好。

    我的個人觀點：在能量利用上，我是贊成具體問題具體分析的。我覺得站在能源分布、地質(zhì)情況、能源需求、購買力和經(jīng)濟(jì)學(xué)角度上，找到一勞永逸的解決方案不太現(xiàn)實。不過總是有人站出來推行一個全球適用看起來幾乎神跡的單一方案。對太陽能我也秉持類似觀點。現(xiàn)有的解決方案好像無法解決陽光并不充足地區(qū)的傳送問題和太陽能利用率問題。米歇爾的關(guān)注點一部分落在了超導(dǎo)電纜的廣泛使用上，然而（在“高溫”超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)的至少25年之后）現(xiàn)在也僅是黃粱美夢罷了。盡管還有上述這些問題，太陽能在我們的經(jīng)濟(jì)中仍應(yīng)起很大的作用，特別在那些陽光充足的地區(qū)。

    而生物燃料呢？與其說是技術(shù)問題，還不如說是生物學(xué)問題還靠譜些。要一下子顛覆35億年的進(jìn)化過程是很困難的，我不知道我能不能hold住。時間會證明一切。


  [復(fù)制 收藏 ]