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chene

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[交流] 【转帖】生物能源的新星：长链醇

来源科学时报
生物质是一种可再生的清洁资源。通过生物制造法，生物质可以被转化为可再生的代替能源。其中，乙醇被认为是目前最有可能代替汽油运输燃料的可再生能源。

在作为汽油代替燃料时，乙醇主要是以一定比例和汽油混合，形成混合燃料。乙醇的加入可以提高混合燃料的辛烷值，同时还能减少有毒污染物的排放。但是乙醇的加入也有很多弊端：乙醇的能量密度比汽油要低30%，因此其燃烧效率要低很多；乙醇的吸水性很好，导致混合燃料容易吸收水分；乙醇的运输不能利用现有的石油管道，这会大大提高其运输成本。另外，乙醇的加入会提高混合燃料的蒸汽压，使其超过安全操作和储存的上限。为解决这一问题，目前用于制造汽油乙醇混合燃料的汽油都是经过预处理的，汽油中的轻烃类组分需要被抽提掉，这进一步增加了操作成本。

基于乙醇燃料的这些缺陷，近来科学家们提出制造下一代生物能源的概念。下一代生物能源主要包括长链醇类（higher-chain alcohols）、微柴油酯类和碳氢化合物类。其中长链醇类指的是含有四碳或五碳的直链醇或支链醇，如丁醇、异丁醇、异戊醇、活性戊醇等。

长链醇和乙醇相比更适合作为汽油运输燃料的替代品。它们的能量密度和汽油相似，不易吸水、挥发性低，对现有汽车引擎造成的损伤更小，能使用现有的石油管道运输，而且和汽油的混合物能很好地降低燃料的蒸汽压。由于长链醇相对乙醇作为汽油代替物的优势，生物法制造丁醇是近几年来生物能源领域的一个研究热点。然而除了丁醇生物制造外，目前国外关于生物法制造其他长链醇的报道很少，相应的研究2008年初才被报道，国内则还未见报道。美国加州大学洛杉矶分校的James Liao教授2008年首次提出了通过氨基酸合成的中间物2-酮基酸来生物合成长链醇的技术思路：2-酮基酸经过脱羧还原后能被转化为相应的长链醇。该研究小组构建并优化了异丁醇的合成途径，该技术思路也可用来合成其他的长链醇，如异戊醇、丙醇、丁醇、活性戊醇和苯乙醇。Liao研究小组合成的异丁醇产物终浓度能达到22 g/l，然而其他的长链醇产物浓度却很低，如异戊醇只有1.3 g/l。从汽油代替燃料的角度出发，必然要能工业化大规模地生产长链醇，因此它们的生产速率和产率是决定其能否实际工业化应用的最重要的指标。天然微生物很少带有完整的合成长链醇的代谢途径；酿酒酵母能自身合成多种长链醇，然而产量却非常低，远不能达到工业化大量生产从而作为汽油代替燃料的目的。这既是一个挑战，更是一个机遇。

目前，我国在纤维素乙醇的开发研究方面起步较晚，在代谢工程、工业发酵与生物炼制这方面的研究开发还比较薄弱，与国际上的差距比较明显。长链醇生物制造法技术的开发研究将使我国在下一代生物能源的研发方面和国际水平基本保持平行；同时还能弥补现有乙醇燃料的缺陷，丰富汽油代替燃料的多样性和可选择性。该领域的研究涉及到代谢工程、工业发酵与生物炼制的许多核心技术，可以在很大程度上促使我国在工业发酵与生物炼制的发展与进步，同时还能促进工业生物制造行业的发展与进步并提供更多的就业机会。

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