科學(xué)新發(fā)現(xiàn)：藻類的雙向減排煉金術(shù)

　　在基因工程的妙手中，藻類不僅能夠有效吸附大量二氧化碳，還能制成生物液體燃料

　　傅鵬程教授將實(shí)驗(yàn)室的門輕輕推開，又一天的工作開始了。

　　這間以研究藻類制取生物質(zhì)燃料為核心工作的實(shí)驗(yàn)室分為兩部分，一部分?jǐn)[放著幾臺(tái)光生物反應(yīng)器(用聚乙烯薄膜制成的密閉空間)，一部分是室內(nèi)操作臺(tái)。操作臺(tái)上，四支機(jī)械攪拌棒在分別不停地?cái)噭?dòng)著四個(gè)燒杯中的液體，這些液體呈或深或淺的綠色。還有幾個(gè)封好了口的燒瓶，里面液體的顏色依然是深深淺淺的綠，液體有的透明，有的則渾濁，能看到細(xì)微的沉淀物。“每個(gè)里面都有藻種�！备爹i程告訴中國經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào)記者。

　　傅鵬程是中國石油大學(xué)(北京)新能源研究中心的特聘教授、博士生導(dǎo)師，他的工作正在顛覆普通人對(duì)藻類的認(rèn)知：藻類脫去了保健品和水污染罪魁的外衣，它不僅能夠有效吸附大量二氧化碳，而且還能制成生物液體燃料(生物柴油和燃料乙醇)。從工藝流程上說，實(shí)現(xiàn)這一切只需要大約兩周的時(shí)間。

　　雙向減排

　　上世紀(jì)90年代中期，生化博士出身的傅鵬程開始關(guān)注藻類。藻類實(shí)現(xiàn)雙向減排的開始，通常是由研究者從野外采集或從國內(nèi)藻種庫購買藻種，進(jìn)行藻種純化(即確保是單一藻種)后，放入培養(yǎng)液(培養(yǎng)液由水和化學(xué)藥品構(gòu)成，添加的化學(xué)藥品包含鹽、碳原、氨原、磷等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)。

　　以目前實(shí)驗(yàn)室技術(shù)較為成熟的藍(lán)藻制生物乙醇為例。研究者采用基因工程的方法，把能夠幫助藍(lán)藻在一定條件下產(chǎn)生乙醇的兩個(gè)外源基因轉(zhuǎn)化進(jìn)入藍(lán)藻細(xì)胞，從而使藍(lán)藻能夠吸收太陽光中的能量，直接將二氧化碳轉(zhuǎn)換為乙醇。

　　傅鵬程教授介紹，藻類的大小只有微米數(shù)量級(jí)，從最初的藻種到繁殖成藻密度很高的階段，單個(gè)藻細(xì)胞的尺寸沒有變化，人類肉眼都看不到(100萬個(gè)藍(lán)藻細(xì)胞直線排列的長(zhǎng)度約等于一個(gè)成年人身高)，光生物反應(yīng)器和液體起初完全透明，隨著二氧化碳的通入，配以足夠的光照條件和培養(yǎng)液生長(zhǎng)環(huán)境，藻種不斷進(jìn)行光合作用，1個(gè)細(xì)胞每天會(huì)分裂2—3次，細(xì)胞數(shù)目呈幾何數(shù)量級(jí)增加，液體也漸漸變綠。實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下，1—2周后，1升含有上述物質(zhì)的液體里可直接提取10—20毫升燃料乙醇，此外還有氧氣等副產(chǎn)品。

　　相對(duì)于藍(lán)藻制取燃料乙醇，微藻制取生物柴油的后端處理要麻煩些，要經(jīng)過干燥、破壁等流程才能提取。

　　不論是用藻類制取生物柴油還是燃料乙醇，這一反應(yīng)過程二氧化碳的減排量明顯。傅鵬程提供的數(shù)字顯示，照這種方法，每生產(chǎn)1噸的生物質(zhì)燃料，就能減少2噸的二氧化碳排放。目前，已有7、8種藻類被實(shí)驗(yàn)室證實(shí)適宜用作生物質(zhì)燃料的加工原料。

　　較為理想的產(chǎn)業(yè)化狀態(tài)是，在二氧化碳的排放大戶(如電力、鋼鐵、化工企業(yè))附近建設(shè)藻類制油的工廠，一方面可以解決二氧化碳這一原料問題，所生產(chǎn)的生物質(zhì)燃料也可用作企業(yè)能源投入，副產(chǎn)品氧氣則可作助燃劑，實(shí)現(xiàn)了原料和產(chǎn)品的雙向減排。 而其他一些殘?jiān)�，還可提取蛋白質(zhì)，用作某些化工產(chǎn)品的原料，甚至還可以做藥品。剩余的反應(yīng)液體，也沒有任何污染，“澆地都沒問題”，傅鵬程說。

　　他特別提到，在光生物反應(yīng)器中還可用城市污水與藻種混合，城市生活污水中含有大量的氮、磷等成分，這對(duì)于藻類制油是個(gè)不錯(cuò)的反應(yīng)環(huán)境，同時(shí)能有效解決污水處理問題。

　　為什么是藻類

　　兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，生物質(zhì)燃料研究者的目光鎖定在藻類，這似乎是個(gè)必然。

　　藻類是地球上最古老的植物，迄今已有35億年的歷史，是地球上最早吸收二氧化碳、產(chǎn)生氧氣的植物，世界上50%的二氧化碳被藻類吸收，50%的氧氣由藻類釋放，是減碳的“資深物質(zhì)”。

　　從生物質(zhì)燃料的經(jīng)濟(jì)效益考慮，與用玉米、大豆、油菜、麻風(fēng)樹等傳統(tǒng)生物質(zhì)燃料的原料相比，兩個(gè)因素使藻類勝出：一是不與人爭(zhēng)糧爭(zhēng)地，二是藻類生長(zhǎng)周期短卻壽命長(zhǎng)，體積小，容易培養(yǎng)，國外有研究顯示，同樣單位面積的油料作物，藻類的產(chǎn)油率百倍于普通油料作物。

　　有待產(chǎn)業(yè)化

　　藍(lán)藻基因工程菌在室內(nèi)光合生化反應(yīng)器達(dá)到乙醇濃度0.66克／升，在室外光合生化反應(yīng)器達(dá)到乙醇濃度2.2克／升，在連續(xù)生產(chǎn)的條件下可以保持同樣的產(chǎn)率。藻類在實(shí)驗(yàn)室中具有的優(yōu)秀表現(xiàn)，但產(chǎn)業(yè)化在目前看來仍有一段距離要走。

　　早在2006年，傅鵬程的這一全球首創(chuàng)系統(tǒng)就在美國夏威夷大學(xué)取得了美國專利和世界專利，其產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作也已由美國一家生物能源公司展開，目前在中試階段，尚未商業(yè)化進(jìn)入市場(chǎng)。

　　傅鵬程坦陳，實(shí)驗(yàn)室的前期工作目標(biāo)是通過生物學(xué)與工程方法獲得藍(lán)藻工程菌生產(chǎn)生物燃料的新工藝，但并沒有在生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)過程優(yōu)化方面投入研發(fā)力量。因而，所獲得的實(shí)驗(yàn)評(píng)估結(jié)果是沒有經(jīng)過優(yōu)化的，還有很大的改進(jìn)空間。

　　眼下，這一研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備做的事情之一是探索工程優(yōu)化的途徑，在確認(rèn)技術(shù)可行的前提下，拓寬藍(lán)藻工程菌使用的區(qū)域和范圍，確定更為科學(xué)的二氧化碳濃度和反應(yīng)溫度等控制條件，進(jìn)行精確的經(jīng)濟(jì)核算，為產(chǎn)業(yè)化增添助力。

　　依據(jù)國際經(jīng)驗(yàn)，生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)的起飛最終要靠政策推動(dòng)，本報(bào)記者此前曾走訪的國內(nèi)生物燃料生產(chǎn)商也多表示，產(chǎn)業(yè)的興盛期遠(yuǎn)未到來。特別是在眼下中國油價(jià)并未飆升至超出公眾心理預(yù)期的前提下，生物質(zhì)燃料能得到民眾多少關(guān)注，恐怕要打個(gè)問號(hào)。但可以肯定的是，作為一個(gè)國家必要的戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備，相關(guān)研究必須繼續(xù)。(杜悅英)