諾貝爾得主：生物燃料脫離現實

    馬克斯-普朗克生物物理研究所的哈特穆特·米歇爾在《德國應用化學》上發表了一篇評論，該評論的標題就已經把他的態度言明了：“生物燃料脫離現實”。 他對所有生物燃料領域的研究者和支持者集體發難，而不僅僅是成為現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之一——光合成反應中心的結構，并因此獲得了諾貝爾獎——他理所當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。而電子轉移及光捕獲蛋白機制則很完美，并且在接下來的光反應和暗反應都有參與。光反應主要獲取光能并產生 NADPH 和 ATP，然后暗反應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，光強度問題似乎落入了經典的“坑人二十二”狀態中了。低光強，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提高效率，又會造成光損失，用米歇爾的話來說，35億年的進化無法克服。如果想要避免這種光損，植物則需將其中一種 在光系統II 限制效率的關鍵蛋白每小時循環使用約三次。最后，第二步反應的上述關鍵蛋白，1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶又很難區分二氧化碳和氧分子。要擺脫氧分子的干預則要花很大的力氣。

    這些難題都指向了一個嚴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化率（在人類標準來看已經高得驚人了）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過蛋白質工程學上的無數難關。這可沒有給旨在達成這些目標的當前研究帶來什么好兆頭。學術角度來看的確令人振奮，然而這樣也導致我們需要大幅重組光合成的基本單位，包括重建無數基因途徑以及獲取其能達到量產獲取商業價值的產物。人們很容易就低估了從這些技術而獲取凈能量所付出的代價。通過合成生物學方法從工程菌制造所有的高價工業化學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，然而讓細菌做一些有違進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生物燃料也不抱多大希望。看完他的預測，不禁想問，有多少像美孚和克萊格這樣的大型機構可以真正做到量產呢？最后，那些提供給生物燃料和其生產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。

    在光伏發電上，米歇爾則樂觀了很多。光伏發電的能量轉化率已經提升了15%。把終產物放入汽車中以后，光伏電池任然可以驅動器，另外，電池技術近期研究進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、地質情況、能源需求、購買力和經濟學角度上，找到一勞永逸的解決方案不太現實。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。現有的解決方案好像無法解決陽光并不充足地區的傳送問題和太陽能利用率問題。米歇爾的關注點一部分落在了超導電纜的廣泛使用上，然而（在“高溫”超導體發現的至少25年之后）現在也僅是黃粱美夢罷了。盡管還有上述這些問題，太陽能在我們的經濟中仍應起很大的作用，特別在那些陽光充足的地區。

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


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