美国科学家拟通过开发新的生物质产品来全面替代石油

在对植物生产可再生燃料进行10年调查的基础上，由威斯康星大学麦迪逊分校领导的大湖生物能源研究中心(GLBRC)最近开始了一项新的使命：开发交通燃料的可持续替代品以替代石油。

2月18日，得克萨斯州奥斯汀举行的美国科学促进会年会上，GLBRC主任兼UW-Madison细菌学教授Tim Donohue强调了开发经济上可行的生物能源技术的十年，同时期待着未来五年将建立先进燃料和生物质制品生产线。

当大多数人想到生物燃料时，首先想到的就是第一代燃料乙醇。收获的玉米粒被分解并在炼油厂发酵。生成的产品乙醇占我们储存在油箱里的汽油的10%。

当美国能源部的生物能源研究中心在十多年前就已经提出这个构思时，GLBRC的目标是将更多的玉米植物(构成秸秆的茎和叶)转化为乙醇，同时开发多年生植物如柳枝稷和芒草(也称为银草)转化为潜在的原料。

“结果是近1,100种出版物，154项发明披露，168项美国和国际专利申请，89项许可证，以及五家初创公司涉及改进的生物质作物、植物解构以及用于转化的下一代催化剂和微生物的开发。”Donohue说。

现在，GLBRC正在进一步执行其使命。GLBRC的目标不是生产乙醇，而是致力于设计先进的生物燃料，如异丁醇。这些“插入式”燃料可以用来替代汽油而不用去改装发动机。通过设计生物能源作物以提高其环境和经济价值，并开展研究来自植物生物质的多种产品，这些改进可以优化从生物能源领域到产品的过程。

分解木质生物质复杂的生物组分以提取糖，进而发酵成燃料，是该过程的一个步骤。GLBRC研究员兼威斯康星大学麦迪逊化学与生物工程学教授James Dumesic发现了一种用γ-戊内酯(一种来自植物本身的化学物质)来做到这一点。

GLBRC的科学家和工程师也正在改善专用生物能源作物的产量和加工特性，以便在边缘或非农业用地上种植。通过智能管理，这些作物有可能使生态系统受益，有助于缓解气候变化，并为农民提供额外的收入来源。

Donohue在GLBRC的专长是研究微生物如何消化这些植物碎片以生产有价值的产品。

“我们正在尝试重新设计本地通路，并设计新一代的微生物工厂，可以从可再生废物中制造出有价值的燃料和化学品，”他说。

石油行业不仅仅是生产的燃料让我们保持温暖，而且可以使我们的汽车在路上跑起来。同时，生产近200种化学品，从化妆品到蜡笔，从塑料到纸杯，都得到了持续的支持。

GLBRC专注于开发新的不同的生物炼制厂，既经济可行、又环保持续。实现这一目标将意味着可以提高生物质转化的效率，并从尽可能多的植物中产生特种生物燃料和环境友好型生物产品的混合物。一个这样的发现，将木质素的六碳环 - “芳香剂” - 分解为单个组分。传统上来源于石油的芳香族化合物广泛用于各种产品中，包括塑料汽水瓶、凯夫拉尔(一种用于防弹衣的高强度材料)、杀虫剂和药物，并且是喷气燃料的重要组成部分。

Donohue说：“我们处于一个独特的位置，不仅能解决重大的社会挑战，还能为农民、农村社区和新一代生物精炼厂创造新的收入来源和经济机遇。”

(原文来自：生物质杂志)