在對(duì)植物生產(chǎn)可再生燃料進(jìn)行10年調(diào)查的基礎(chǔ)上，由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校領(lǐng)導(dǎo)的大湖生物能源研究中心(GLBRC)最近開始了一項(xiàng)新的使命：開發(fā)交通燃料的可持續(xù)替代品以替代石油。
2月18日，得克薩斯州奧斯汀舉行的美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上，GLBRC主任兼UW-Madison細(xì)菌學(xué)教授Tim Donohue強(qiáng)調(diào)了開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行的生物能源技術(shù)的十年，同時(shí)期待著未來(lái)五年將建立先進(jìn)燃料和生物質(zhì)制品生產(chǎn)線。
當(dāng)大多數(shù)人想到生物燃料時(shí)，首先想到的就是第一代燃料乙醇。收獲的玉米粒被分解并在煉油廠發(fā)酵。生成的產(chǎn)品乙醇占我們儲(chǔ)存在油箱里的汽油的10%。
當(dāng)美國(guó)能源部的生物能源研究中心在十多年前就已經(jīng)提出這個(gè)構(gòu)思時(shí)，GLBRC的目標(biāo)是將更多的玉米植物(構(gòu)成秸稈的莖和葉)轉(zhuǎn)化為乙醇，同時(shí)開發(fā)多年生植物如柳枝稷和芒草(也稱為銀草)轉(zhuǎn)化為潛在的原料。
“結(jié)果是近1,100種出版物，154項(xiàng)發(fā)明披露，168項(xiàng)美國(guó)和國(guó)際專利申請(qǐng)，89項(xiàng)許可證，以及五家初創(chuàng)公司涉及改進(jìn)的生物質(zhì)作物、植物解構(gòu)以及用于轉(zhuǎn)化的下一代催化劑和微生物的開發(fā)。”Donohue說(shuō)。
現(xiàn)在，GLBRC正在進(jìn)一步執(zhí)行其使命。GLBRC的目標(biāo)不是生產(chǎn)乙醇，而是致力于設(shè)計(jì)先進(jìn)的生物燃料，如異丁醇。這些“插入式”燃料可以用來(lái)替代汽油而不用去改裝發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)設(shè)計(jì)生物能源作物以提高其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并開展研究來(lái)自植物生物質(zhì)的多種產(chǎn)品，這些改進(jìn)可以優(yōu)化從生物能源領(lǐng)域到產(chǎn)品的過(guò)程。
分解木質(zhì)生物質(zhì)復(fù)雜的生物組分以提取糖，進(jìn)而發(fā)酵成燃料，是該過(guò)程的一個(gè)步驟。GLBRC研究員兼威斯康星大學(xué)麥迪遜化學(xué)與生物工程學(xué)教授James Dumesic發(fā)現(xiàn)了一種用γ-戊內(nèi)酯(一種來(lái)自植物本身的化學(xué)物質(zhì))來(lái)做到這一點(diǎn)。
GLBRC的科學(xué)家和工程師也正在改善專用生物能源作物的產(chǎn)量和加工特性，以便在邊緣或非農(nóng)業(yè)用地上種植。通過(guò)智能管理，這些作物有可能使生態(tài)系統(tǒng)受益，有助于緩解氣候變化，并為農(nóng)民提供額外的收入來(lái)源。
Donohue在GLBRC的專長(zhǎng)是研究微生物如何消化這些植物碎片以生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)品。
“我們正在嘗試重新設(shè)計(jì)本地通路，并設(shè)計(jì)新一代的微生物工廠，可以從可再生廢物中制造出有價(jià)值的燃料和化學(xué)品，”他說(shuō)。
石油行業(yè)不僅僅是生產(chǎn)的燃料讓我們保持溫暖，而且可以使我們的汽車在路上跑起來(lái)。同時(shí)，生產(chǎn)近200種化學(xué)品，從化妝品到蠟筆，從塑料到紙杯，都得到了持續(xù)的支持。
GLBRC專注于開發(fā)新的不同的生物煉制廠，既經(jīng)濟(jì)可行、又環(huán)保持續(xù)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)將意味著可以提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的效率，并從盡可能多的植物中產(chǎn)生特種生物燃料和環(huán)境友好型生物產(chǎn)品的混合物。一個(gè)這樣的發(fā)現(xiàn)，將木質(zhì)素的六碳環(huán) - “芳香劑” - 分解為單個(gè)組分。傳統(tǒng)上來(lái)源于石油的芳香族化合物廣泛用于各種產(chǎn)品中，包括塑料汽水瓶、凱夫拉爾(一種用于防彈衣的高強(qiáng)度材料)、殺蟲劑和藥物，并且是噴氣燃料的重要組成部分。
Donohue說(shuō)：“我們處于一個(gè)獨(dú)特的位置，不僅能解決重大的社會(huì)挑戰(zhàn)，還能為農(nóng)民、農(nóng)村社區(qū)和新一代生物精煉廠創(chuàng)造新的收入來(lái)源和經(jīng)濟(jì)機(jī)遇。”
