鹽堿地上“種”石油

2010年7月，柳枝稷的全基因組圖譜測序完成，一篇學術論文低調地刊登在《遺傳學》（Genetics）雜志上。雖然沒有像水稻基因組那樣受到過多的關注，但這項工作卻可能是改變人類能量獲取方式浩大工程的一個開端。

農作物提純酒精：消耗＞產出

使用生物能源并不是件新鮮事，世界上第一輛汽車的油箱里就裝滿了酒精，只是后來人們發現了石油這種儲量豐富且價格低廉、又可以提供強勁動力的燃料，酒精才“無奈”地離開了汽車油箱。如今，在經歷了歷次石油危機、大規模環境污染事故之后，酒精再次在汽車發動機里找到了發揮熱度的空間。如今，已經有越來越多的加油站可提供汽油里加入乙醇的服務。比如在巴西就有50%以上的燃料是生物乙醇，美國汽油中的乙醇添加量標準為10%，我國汽油中的乙醇添加量也在日益提高，目前已有9個省市的乙醇添加量達到了10%。

目前獲取乙醇燃料的最常用的原料還仍以糖和淀粉為主。沒辦法，誰讓人類用葡萄糖制作酒精有長達6000年多年的歷史呢？相比之下，用淀粉（谷物）釀酒則僅僅只有2000多年的歷史。在科技發展日新月異的今天，完整的工藝，成熟的發酵微生物，對各生產環節的清晰認識，已經讓建設一座“專供汽車飲用的特供酒廠”變得輕車熟路。

首先，你需要考慮如何種出這些能制作出酒精的農作物。據了解，截止到2007年，我國人均耕地面積已下降至1.4畝，此數字甚至還不及世界人均耕地面積的三分之一。即便人們采用最經濟、最合理的方法制造乙醇，也會對糧食供給造成巨大的壓力。根據聯合國糧農組織的統計，2006年的農產品價格指數增幅為8%，2007年增幅為24%，而2008年首季度已經高達53%。目前糧價雖然也會受到氣候等因素的影響，但隨著燃料用糧食比率的逐年增大，將在不遠的將來迅速推動糧價的大幅度上漲。

既然種植制作酒精的農作物可以推高糧食價格，那如果只使用糧食作物的中的淀粉、蔗糖和油脂是否可以緩解催高糧價帶來的危機呢？事實證明，作物的中的淀粉、蔗糖和油脂只占農作物固定能量物質的10%-20%。采用依靠微薄的糧食作物提取物來裝滿車輛的油箱的粗放式提取方式，顯然是不劃算的。2006年全球種植玉米、甘蔗和油菜這些主要能源的耕地面積約為193萬公頃，如果按照每公頃生物燃料的平均產量計算，我們可從這些農田里收獲3.3億噸的生物燃料，不過區區3.3億噸只能算是世界能源餐桌上的一道甜點，因為這些燃料收獲量只相當于2007年世界原油產量的8%和同期世界能源消費的2.3%。

不僅如此，在生物乙醇的生產過程中也需要消耗巨大的能源，此外，運輸原料及處理、純化環節也需要能源供給。巴西乙醇工廠曾采用以燃燒壓榨后的甘蔗廢料來代替消耗化石能源的方式以降低生產過程中的能耗率，但實際效果卻收效甚微。由此看來，用糧食“喂”汽車的能源供給方案已走到了盡頭，業界迫切呼喚出現一種創新型能源供給方式。

纖維素乙醇：不爭口糧的新興生物燃料

如果只利用植物中的淀粉和糖類來生產纖維素，那人們只能利用植物生產能量的10%-20%，而儲存著超過80%能量的秸稈、莖葉部分均不能得到有效利用。為此，人們提出了第二代生物燃料開發方向以最大限度地提高植物能源利用率。

從化學成分上講，纖維素和淀粉也是一對親兄弟，它們都是由葡萄糖合成的，不過纖維素長鏈糾纏在一起形成了緊密的植物纖維，這些纖維為植物枝葉提供了強力支撐。眾所周知，在秸稈、植物莖葉中含有大量的植物纖維，而要在以上物質中提取纖維素乙醇，第一步就需要獲得純凈的纖維素。如果把植物比作鋼筋混凝土大廈，那么纖維素就如鋼筋一樣充當了植物支撐系統的重要構件，在它們外側還覆蓋著木質素、半纖維這樣的“混凝土”。人們要提取植物中的纖維素，就必須把這些充當混凝土作用的附屬物質去掉，這便是生產纖維素乙醇的第一步，也是目前技術的瓶頸所在。

坊間流傳著使用氫氧化鈉堿溶液來提取植物纖維素的秘方，這個過程被人們形象地稱為“爆破”，此方法往往對處理條件與處理設備要求甚高，畢竟引入耐酸堿、耐高壓的容器也需要一筆不菲的投資，但目前的纖維素乙醇工廠的前期投資也要在運轉百年以后才能收回投資。即便如此，斥巨資試水“纖維素乙醇工廠”的投資者也大有人在，他們只要獲得了純凈的纖維素，接下來的方法就簡便易行了：他們采用纖維素酶將纖維素分解為葡萄糖，據說此竅門是人類從在自然界中最高效的處理設備——白蟻那里學來的。白蟻作為啃木頭、消耗纖維素的機器已經在世界上存活了上億年，人們正是在模仿了白蟻腸道中纖維素酶的運作程序后，才將大量的纖維素轉化成葡萄糖。

在此之后，投資者就可以像釀造葡萄酒那樣“釀制”工業乙醇了。由于氧元素的存在，乙醇的能量密度要比汽油低得多，燃燒的實質就是燃料中的碳元素和氫元素同空氣中的氧元素結合并放出能量的過程，如果燃料分子中已經摻雜了氧元素，那釋放出的熱量勢必會大打折扣。雖然現在的乙醇發動機可以驅動汽車，但是與汽油發動機相比，同樣大小油箱提供的續航能力仍舊稍遜一籌。為提高汽車的續航能力，研究人員將纖維素拆分成水、二氧化碳、芳香烴和小分子烷烴，而后兩者正是汽油的主要成分。最后，通過適當的催化劑和高溫高壓處理，纖維素便可以變為石油了。

事實證明，纖維素乙醇在生產實踐中已明顯顯示出“不爭奪口糧、有效利用植物能源”等諸多優越性。但僅以農作物秸稈為原來提取纖維素乙醇，必定會受到工廠周邊區域及季節性供應等限制，由此，人們又開始繼續尋找可專門提供纖維素的的能源植物。

柳枝稷：可收集CO2D的智能型植物

文章開頭提到的柳枝稷就是這樣的能源工程植物。之所以選取此種禾本科植物（雖然跟玉米、水稻是一家，但是沒有可以做面包的籽粒），是因為它們從不挑剔生長環境，即便是貧瘠的鹽堿地也不會影響它們的茁壯成長。據了解，這些其貌不揚的柳枝稷生長周期超長，大有野草“割”不盡，春風吹又生的架勢。一般來說，柳枝稷可以一次種植連續收割10年，其間也不需要對其進行任何施肥、修剪，只要掌握正常的收割時間即可。

不僅如此，柳枝稷還是C4植物，即可充當二氧化碳“濃縮器”的智能型植物。眾所周知，作為植物光合作用重要原料的二氧化碳的濃度是制約能源生產的一個關鍵因素，可惜大氣中二氧化碳的濃度只有0.03%，而C4植物恰恰可廣泛收集空氣中的二氧化碳，然后再將其濃縮后傳輸到維管束鞘附近，維持光合作用的高效運轉。

據報道，在火力發電中，1畝地一年產出的能源草相當于4噸煤。乍一看，這些草還是不錯的燃料。但是稍微計算一下，我們就會發現其中的問題：目前，一個熱電廠每天最少要消耗2000噸煤，一年就是72萬噸。那么，要填飽一個中小型電廠的肚子，一年至少要種18萬畝能源草。如果將影響能源草產量的因素（干旱、鹽堿化）考慮在內，需要的種植面積可能會更大。此時此刻，柳枝稷憑借其超長的生長周期及可再干旱、鹽堿化土地生存的超強適應性，理所當然地充當了生物能源開發的樣板植物。筆者相信，如果人們可從柳枝稷基因組中準確解讀出其生長的特殊信息，人們將會像馴化水稻、玉米等糧食作物那樣，馴化像柳枝稷這樣的能源植物。這意味著在不遠的將來，珍貴的清潔型能源真的可以生長在不毛之地上。