諾貝爾得主：生物燃料脫離現(xiàn)實(shí)
馬克斯-普朗克生物物理研究所的哈特穆特·米歇爾在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表了一篇評(píng)論，該評(píng)論的標(biāo)題就已經(jīng)把他的態(tài)度言明了：“生物燃料脫離現(xiàn)實(shí)”。 他對(duì)所有生物燃料領(lǐng)域的研究者和支持者集體發(fā)難，而不僅僅是成為現(xiàn)今研究大熱門(mén)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(zhì)之一——光合成反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)，并因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)——他理所當(dāng)然知道光合成是怎么回事。
在評(píng)論中，他先講述了生物燃料合成過(guò)程的能量效率。遺憾的是，在一片應(yīng)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(jìn)化的起起伏伏和歷史的偶然性上，它卻又是個(gè)中角色。一方面，植物因無(wú)法利用紫外、紅外、綠色光而浪費(fèi)了光譜中很大一部分能量。而電子轉(zhuǎn)移及光捕獲蛋白機(jī)制則很完美，并且在接下來(lái)的光反應(yīng)和暗反應(yīng)都有參與。光反應(yīng)主要獲取光能并產(chǎn)生 NADPH 和 ATP，然后暗反應(yīng)利用這部分能源和降低的電勢(shì)與二氧化碳作用合成碳水化合物。談到量無(wú)質(zhì)瞬時(shí)光子的能量利用固有低效問(wèn)題上，僅陽(yáng)光光能的12%能被儲(chǔ)存在NADPH中。
接下來(lái)，光強(qiáng)度問(wèn)題似乎落入了經(jīng)典的“坑人二十二”狀態(tài)中了。低光強(qiáng)，顧名思義，光子量低，其合成過(guò)程的效率最高。然而如果我們?cè)噲D通過(guò)增加光強(qiáng)提高效率，又會(huì)造成光損失，用米歇爾的話來(lái)說(shuō)，35億年的進(jìn)化無(wú)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(tǒng)II 限制效率的關(guān)鍵蛋白每小時(shí)循環(huán)使用約三次。最后，第二步反應(yīng)的上述關(guān)鍵蛋白，1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶又很難區(qū)分二氧化碳和氧分子。要擺脫氧分子的干預(yù)則要花很大的力氣。
這些難題都指向了一個(gè)嚴(yán)峻的光合成效率低下問(wèn)題——這個(gè)僅約4%的小之又小的能量轉(zhuǎn)化率（在人類標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看已經(jīng)高得驚人了）無(wú)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(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)工程學(xué)上的無(wú)數(shù)難關(guān)。這可沒(méi)有給旨在達(dá)成這些目標(biāo)的當(dāng)前研究帶來(lái)什么好兆頭。學(xué)術(shù)角度來(lái)看的確令人振奮，然而這樣也導(dǎo)致我們需要大幅重組光合成的基本單位，包括重建無(wú)數(shù)基因途徑以及獲取其能達(dá)到量產(chǎn)獲取商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)物。人們很容易就低估了從這些技術(shù)而獲取凈能量所付出的代價(jià)。通過(guò)合成生物學(xué)方法從工程菌制造所有的高價(jià)工業(yè)化學(xué)品及藥品這一點(diǎn)上我與作者的觀點(diǎn)一致。這些合成法都很有前途，然而讓細(xì)菌做一些有違進(jìn)化的事并還要做到足以與化石燃料相抗衡，則還有好長(zhǎng)的路要走。米歇爾甚至對(duì)最近大熱的紅藻生產(chǎn)生物燃料也不抱多大希望�？赐晁念A(yù)測(cè)，不禁想問(wèn)，有多少像美孚和克萊格這樣的大型機(jī)構(gòu)可以真正做到量產(chǎn)呢？最后，那些提供給生物燃料和其生產(chǎn)原料的土地可不可以提供給其他替代能源呢？這些問(wèn)題還需思量。
在
光伏發(fā)電上，米歇爾則樂(lè)觀了很多。光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化率已經(jīng)提升了15%。把終產(chǎn)物放入汽車中以后，光伏電池任然可以驅(qū)動(dòng)器，另外，電池技術(shù)近期研究進(jìn)展顯示能量密度有了大幅提升，米歇爾則對(duì)此很是看好。
我的個(gè)人觀點(diǎn)：在能量利用上，我是贊成具體問(wèn)題具體分析的。我覺(jué)得站在能源分布、地質(zhì)情況、能源需求、購(gòu)買力和經(jīng)濟(jì)學(xué)角度上，找到一勞永逸的解決方案不太現(xiàn)實(shí)。不過(guò)總是有人站出來(lái)推行一個(gè)全球適用看起來(lái)幾乎神跡的單一方案。對(duì)太陽(yáng)能我也秉持類似觀點(diǎn)。現(xiàn)有的解決方案好像無(wú)法解決陽(yáng)光并不充足地區(qū)的傳送問(wèn)題和太陽(yáng)能利用率問(wèn)題。米歇爾的關(guān)注點(diǎn)一部分落在了超導(dǎo)電纜的廣泛使用上，然而（在“高溫”超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)的至少25年之后）現(xiàn)在也僅是黃粱美夢(mèng)罷了。盡管還有上述這些問(wèn)題，太陽(yáng)能在我們的經(jīng)濟(jì)中仍應(yīng)起很大的作用，特別在那些陽(yáng)光充足的地區(qū)。
而生物燃料呢？與其說(shuō)是技術(shù)問(wèn)題，還不如說(shuō)是生物學(xué)問(wèn)題還靠譜些。要一下子顛覆35億年的進(jìn)化過(guò)程是很困難的，我不知道我能不能hold住。時(shí)間會(huì)證明一切。
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