生物燃料为太阳能的中转站

在第一届CS3大会上，英国伦敦帝国学院的詹姆斯·巴勃博士把植物描述为工作了25亿年、由光合作用驱动的“宏观反应容器”。自然界的植物将太阳能转化为生物质能，并可以进一步转化为生物燃料让人们方便地利用。但科学家们提出，要想让生物燃料大面积推广，必须开发能够创制更多生物质的化学方法，以及改进生物质转化效率的催化过程。

打开区域性应用空间

《用阳光驱动世界》白皮书的观点称，生物质并非全球应对能源挑战的根本解决办法。正如巴勃解释的那样，生物质的应用受到两个因素限制。首先，自然界的光合作用效率并不高，大多数植物最多能把所吸收太阳能的4.5%转化为碳水化合物燃料，需要通过基因或生物化学工程等技术来提高效率；其次，太阳能转化为生物质能的速度也不高，且燃料生物质的规模化种植需要大量土地。他认为，人们期望到2050年将地球上1/3的土地用于种植制造生物燃料的生物质是不现实的。

尽管如此，CS3的与会者们还是强调：生物燃料可以作为局部或地区性的能源解决办法。譬如，巴西在过去几十年中已经成功地把糖甘蔗转化为燃料乙醇，由此满足了约1/3的能源供给。美国生物燃料满足了能源需求的3％，发展空间巨大。目前全球燃料乙醇产量仍保持增长势头。

科学家们认为，虽然生物燃料可以在很大程度上满足世界能源需求的说法有些夸张，但并不能抹杀生物燃料的独特作用。美国科罗拉多国家再生能源实验室的马克·戴维斯博士说，太阳能技术之一的光伏电池在电力生产中具有优势，但用于生产液体燃料的可能性却不大。德国马普学会碳研究所的费尔迪·舒特博士提到，未来的能源系统仍将以材料为基础，而生物质是最容易获得的材料基燃料。

从全过程提升竞争力

如何优化生物燃料的生产，使其生产规模可与石化燃料竞争？巴勃认为最重要的是让燃料生物质不与粮食作物争地，把生物燃料的生产从以食物为基础变成以纤维为基础，开发非食用植物的“能源谷物”以及相应的农业生产技术。例如，许多化学家正在研究采用一种高产的牧草Miscanthus替代玉米作为生物燃料源。

白皮书指出，化学家们还需要开发更适用的催化剂，把难以降解的纤维素转化为结构简单的糖，并进一步将其转化为燃料产品。值得欣慰的是，一些化学家的研究成果正接近于解决此问题。他们考察白蚁等分泌的天然酶，并对这些酶能否用于能量转换体系进行了试验。

戴维斯认同良好的催化剂能够减少打断和构建化学键所需能量的提法。专家们认为，要降低生物燃料的成本，应采用不同类型的生物质原料、开发更好的收割技术、改变某些化学工艺步骤，从而使生物燃料相对于石化燃料更具竞争力。

关注全生命周期研究

戴维斯关于降低生物燃料生产成本的观点，引出了从生物质生产到生物燃料转化这一全生命周期研究的讨论。

科学家们提出了一系列问题：生产生物燃料究竟需要多少能量？哪一个反应步骤的能量损耗最大？哪些环节可以有效地改进？事实上，即使在燃料乙醇已经广泛使用几十年的巴西，对其全生命周期的情况仍然不十分清楚。

CS3的与会者认为，不仅生物燃料需要考虑全生命周期，所有的太阳能技术也都需要考虑能量转化过程的全生命周期。譬如，对于人工光合成技术而言，重要的不仅是考虑能量输出，还要考虑构建器件和执行过程中所需要的能量。不过戴维斯强调，对太阳能转换技术的生命周期和系统水平进行分析评估时需要十分仔细，因为其结果取决于考虑的因素和分析的假设是什么。

德国亚琛技术与大分子化学研究所的瓦尔特·莱特纳博士认为，生物质不仅可以作为燃料来源，还可以成为高附加值下游产品的原料。事实上，生物质可以生产出其它任何材料所不能生产的产品，如作为润滑剂和医药工业中的高电解质油等。他呼吁，应该考虑“第三代”生物质转化途径。其中包括该研究所正在研究的将生物质转化为具有高附加值的产品如燃料，也包括化学品、润滑剂、药物及用其它技术不能生产的产品。