乙醇之战

业界最近的研究突破为我们展示了诱人的前景:由特定微生物发酵获取的丁醇可以取代乙醇作为一种可再生的燃料添加剂。这一最新发表的报告来自加州大学洛杉矶分校的Jim Liao及其同事们的研究工作，他们对大肠杆菌进行了重组，使其能够代谢产生异丁醇以及多种其他具有应用前景的长链醇类燃料¹。

Edward Green, of Green Biologics, and his butanol-brewing bacteria © GREEN BIOLOGICS

作为汽油的替代物而言，丁醇要远胜于乙醇，比乙醇更有优势。这是因为单位体积丁醇所储藏的能量更多(每公升丁醇的能量含量是汽油的88%，而乙醇只有汽油的70%)，而且相对于乙醇来说，它更不易污染水，对管道的腐蚀作用也较小；此外，现有车辆不进行任何改装就使用混合有丁醇的汽油作为燃料。

自从1916年,人们就已经发现某些微生物，比如丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）可发酵糖产生丁醇、丙酮及乙醇——这一“ABE”过程在第一次世界大战期间主要用来生产丙酮产品。然而，到二十世纪八十年代，淘汰了微生物酿酒厂，取而代之的是更为经济合适的石化合成路线，新工艺主要是一氧化碳与氢气在丙烯作用下进行反应。发酵法 的主要难度在于,当这一过程所产生的丁醇浓度达到大约2%后，细菌会产生丁醇中毒现象不能继续生产丁醇。到目前为止这一困难依然存在。

劫持团队

Liao的科研团队是世界上少数几个研究细菌代谢途径的小组之一，他们“劫持”了细菌的代谢过程，对其进行改造，提高了细菌的丁醇耐受力进而获得更多的丁醇。他们的主要目标产物是支链异丁醇，其辛烷值比直链丁醇要高，可以降低发动机“爆震”，而且也是一种很有用的精细化工中间体。研究人员摒弃了传统的ABE发酵过程，在此期间引入表达可以将过量2-酮酸(氨基酸合成中间体)转化为乙醇的外源酶，并采用较为强健的大肠杆菌作为原理性验证物。“因为这一策略可以很容易就移植到其它的有机体上，也就可以应用到那些能降解纤维素或者固定处理二氧化碳的有机体(不同于大肠杆菌)上”，Liao告诉《化学世界》说。

Liao借用帕萨蒂纳的生物燃料公司Gevo给他们的研究定位道，“在两三年内我们应该会步入商业化生产生化丁醇的初期阶段。”

跟他们类似拥有信心的生化丁醇科研团队是英国牛津夏州(Oxfordshire)的Green Biologics公司。“在五到十年内，生化丁醇将会取代乙醇”，他们的首席执行官（CEO）Edward Green说。他告诉《化学世界》说，他们的科研人员已经开发出自己的嗜热性细菌菌株，用以获取高收率的丁醇，可以耐受浓度将近4%的丁醇环境。这是基于能分解堆肥的菌株开发的。

与玉米来源的乙醇产品不同，Green的梭状芽孢杆菌（clostridia）可以消化纤维素（五碳糖）原料。今年他正在瑞典的纸浆和造纸厂的污水处理及南非的糖厂糖蜜处理过程中验证其超凡技术。“我们渴望在18个月内实现商业化生产，年产量为1万到5万吨”，他说。Green表示，公司的主要优势是他们在改造菌株方面有着雄厚的技术实力，而正是这一困难让其他人望而却步。

Green也正在研究一种比现有蒸馏提纯丁醇溶液浓度更为节能的膜工艺技术。

大家伙们来了

资助这些研究的公司名称都是响当当的：BP公司跟杜邦公司。BP公司继去年论证了普通丁醇具有无铅汽油类似燃料性能后，计划于2009年测试由中国生产的生化丁醇的燃料性能。公司表示，他们已经与英国糖业公司联手合作，在BP位于英国Hull的化工厂实施一个价值4亿美元的生化乙醇项目，目标是到2010年开始投产乙醇，生化丁醇项目也可能会跟进落户到同一厂区。杜邦公司内部也在研究微生物，不过其发言人Michelle Reardon澄清说，他们的研究重心已经从ABE过程转移开了。与其他多家公司一样，他们已开始也是测试他们的微生物对糖的有效性能，但是他们知道，最终会不得不转向纤维素原料方面的研究。

这些努力的成功与否或许取决于生化丁醇能否吸引到美国那些已经普遍惠及玉米乙醇项目的补助金的资助，这一政策迄今一直受到严厉批评（参考《化学世界》2007年10月号第48页以及本期第11页文章）。

不过，丁醇至少在一个方面优于乙醇：小公司可以在化工市场上以三倍于乙醇的价格销售丁醇，Green如是说。据化学行业巨头巴斯夫的数据，2008年全球丁醇的消费量将稳居350万吨水平，它广泛应用于溶剂、增塑剂、油漆、树脂等领域，还可以作为化工原料。

六个受美国能源署资助的纤维度乙醇公司之一的BlueFire Ethanol公司首席技术官John Cuzens估计，这将有助于让生化丁醇在三年内实现商业化成为可能，并能够在五年内以纤维素为原料进行生产——这是他的公司所感兴趣的。

实际上，Ohio的生化丁醇支持者David Ramey认为，“与乙醇已经有了三十多年的研究历史不同的是，丁醇研究还处在起步阶段。” 然而，好多公司将要在已有的乙醇工厂旁尝试丁醇生产装置，Green预期生物乙醇厂都将会进行技术改造以适应丁醇的生产需要。Gevo的首席执行官（CEO）Patrick Gruber对此持有相同的态度：“乙醇已经在培育市场方面作了许多工作——现在丁醇可以充分利用这些已有的设施。”

Richard Van Noorden