網(wǎng)易網(wǎng)訊 馬克斯·普朗克生物物理研究所的哈特穆特·米歇爾在2月的《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie)上發(fā)表了一篇社論，僅標(biāo)題就表明了他的態(tài)度：生物燃料是扯淡。他對所有生物燃料領(lǐng)域的研究者和支持者集體發(fā)難，而不僅針對成為現(xiàn)今研究大熱門的玉米乙醇這一隅。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化學(xué)獎(jiǎng)—他理所當(dāng)然知道光合作用是怎么回事。
在評論中，米歇爾先解釋了生物燃料合成過程的能量效率。光合作用一直被人類膜拜，然而它并不如我們想象般高效。某種意義上講，它的出現(xiàn)兼有進(jìn)化的“合適開始”和歷史的偶然性。一方面，植物因無法利用紫外、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)生輔酶NADPH和合成酶ATP，然后暗反應(yīng)利用這部分能源和降低的電勢與二氧化碳作用合成碳水化合物。但講到能量利用固有低效問題，僅陽光光能的12%能被儲(chǔ)存在NADPH中。
接下來，光強(qiáng)度問題似乎陷入了左右為難的陷阱。弱光，顧名思義，光子量低，其合成過程的效率最高。然而如果我們試圖通過增加光強(qiáng)提高效率，又會(huì)造成光損失，用米歇爾的話來說，35億年的進(jìn)化無法克服。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(RuBisCO，即1,5-二磷酸核酮糖羧化酶)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)來看已經(jīng)高得驚人了)無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)過蛋白質(zhì)工程學(xué)上的無數(shù)難關(guān)。對當(dāng)前無數(shù)致力于此的研究，這可不是什么好兆頭。雖然從學(xué)術(shù)角度看令人振奮，但是我們需要大幅重組光合成的基本單位，包括重建無數(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。人們很容易低估了從這些技術(shù)而獲取凈能量所付出的代價(jià)。
現(xiàn)在，應(yīng)用基因工程細(xì)菌的生物合成學(xué)法，在高價(jià)藥品和化工品的領(lǐng)域是大熱門，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，卻路長道遠(yuǎn)。米歇爾甚至對最近大熱的紅藻生產(chǎn)生物燃料也不抱多大希望。
看完他的預(yù)測，不禁想問，有多少像�？松梨诤突蚓揞^克萊格的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手(雙方在2009年簽署了價(jià)值6億美元、關(guān)于藻類燃料的合作協(xié)定)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?這些問題還需三思。
在光伏發(fā)電上，米歇爾則樂觀了很多。光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化率已經(jīng)提升了15%。當(dāng)最終產(chǎn)品用于汽車時(shí)，光伏電池也可以將80%的能量用于驅(qū)動(dòng)汽車。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，米歇爾則對此很是看好。
在能量利用上，我贊成具體問題具體分析。從能源分布、地理情況、能源需求、購買力和經(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)。不過總是有人站出來推行一個(gè)全球適用、近乎神話的單一方案。
對太陽能我也秉持類似觀點(diǎn)�，F(xiàn)有的解決方案無法解決陽光并不充足地區(qū)的傳送問題和太陽能利用率問題。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，然而現(xiàn)在卻是黃粱一夢。盡管擺脫不了上述問題，太陽能在我們的經(jīng)濟(jì)中仍應(yīng)起很大的作用，尤其在那些陽光充足的地區(qū)。
至于生物燃料，與其說是技術(shù)問題，還不如說是生物學(xué)的根本問題。要想顛覆35億年的進(jìn)化過程是很困難的，時(shí)間會(huì)證明一切。
