自从鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）的花生油发动机在1900年世界博览会上亮相后，作为能源的大麻油、动物油脂和玉米油便纷纷登场。但随着1940年代化石燃料价格的下跌，生物柴油――一种通过分离菜油中甘油和甲基酯而获得的可再生燃料――就逐渐淡出了人们的视线，从石油中提炼出的柴油便成为了常规燃油。
变废为宝
由于以化石燃料驱动的经济致使社会压力不断增长，再加上油价的持续攀高，因此说生物柴油生产正处于一个为期10年的增长期或许就不足为奇了。去年4月在佛罗里达州清水湾海滩举行的第32届燃料和化学品生物技术研讨会上，生物柴油再次得到了高度关注――即把那些粘糊糊的生物柴油衍生品转变成有价值的商品。
通常，每生产100公斤生物柴油就会留下10公斤糖浆色粘性物质，被业界称之为丙三醇的粗甘油。赖斯大学生物工程师拉蒙·冈萨雷斯（Ramon Gonzalez）指出，当挖掘这些作为副产品的废料的商业潜力时，就能发挥出额外的能量以用作燃料。
通过利用大肠杆菌，冈萨雷斯将废料发酵成乙醇，而乙醇可添加到生物柴油或汽油中用作燃料（另有人正在试验用细菌把丙三醇分解成丁醇――另一种燃料添加剂）。冈萨雷斯说：“通过从废料中提取乙醇，我们可以从生产生物柴油的过程中提取更多的生物燃料。”
这一设想对于生物柴油业而言无疑是个福音。随着全球资金的紧缩，再加之生产生物柴油原料的大豆和玉米价格上涨，该行业经过数年的惊人增长后于去年首次遭受减产，生物柴油产量下降了15%，比2008年记录的25亿升减少了3.5亿升。
生物柴油行业希望通过提高废品的利用率来提高利润。总部设在密苏里州杰斐森城的全美生物柴油委员会的杰西卡·罗宾森（Jessica Robinson）说：“生产商不应该把丙三醇看作是废料，它是生产过程中衍生出的一种副产品，它或许有其自身的市场价值。”
冈萨雷斯于2007年首次通过未变性的大肠杆菌将丙三醇发酵成乙醇，这在当时成为了一大新闻。就大肠杆菌而言，它们喜欢富氧的环境，通常在缺氧发酵反应中表现不佳。但冈萨雷斯在改变其生长介质和pH值之后，成功诱导野生大肠杆菌促使丙三醇发酵，结果从每6公斤丙三醇中产出大约4升乙醇。冈萨雷斯说：“只要你让大肠杆菌感到‘高兴’，它们就能适应缺氧的环境。”
再生能源
冈萨雷斯于2007年创建了GlycosBio公司，计划出售从丙三醇发酵制得的乙醇和其他产品。这年冬天，冈萨雷斯重复了早期的实验室试验，但规模比以前大得多并获得了类似的结果，这意味着该工艺在生产规模上是可行的。GlycosBio公司计划于2012年在马来西亚开办首家实体工厂，工厂建在距多家生物柴油生产商附近，以便购买他们的废料丙三醇。
从发酵反应中产生的乙醇可作为燃料出售，或作为工业用化学品出售给制药公司。同时，乙醇也可直接添加到生物柴油中作为混合燃料。最终，生物柴油生产商将会在自己的公司内部生产乙醇，把原本作为废料的丙三醇变为其创收产品。丙三醇发酵的同时还能提供额外的能量来源，可用于氢能发电，有利于工厂的运行和减少水电费的支出。
通过嗜极细菌分解丙三醇的过程中，明尼苏达大学的杰夫·格拉尔尼克（Jeff Gralnick）教授在实验中也发出了微量电能：通过在石墨板――用于接收细菌倾倒的电子并传导由此产生的电流――上培养细菌，不仅能产生电能，还能生产乙醇。包括在纽约州北部缺氧的欧奈达湖深处首次发现的希瓦氏菌（该菌有一种应对分解食物过程中产生的废电子的手段），尽管大多数其他有机体用电子制造酸和水，但希瓦氏菌却通过特殊的细胞膜把酸和水直接从细胞里面搬运出来。
产自发酵反应的能量可用蓄电池储存起来，或许可用来为小型的装置提供动力。格拉尔尼克指出，预言这种细菌的潜力尚为时过早，但他希望产生的电能抵消加工成本。他说：由此产生的电能“不大可能足以为整幢建筑物提供电力，但我们有可能从中得到一些益处。”
冈萨雷斯的大肠杆菌在用来给丙三醇发酵时也可作为一种额外的生物能源，但大肠杆菌产生的是氢气，而不是电流。当细菌将丙三醇发酵成乙醇的时候会产生废料分子（甲酸），而当细菌对它进行分解的时候，氢气和二氧化碳却被释放出来。氢气可以直接从大肠杆菌生长的发酵桶里收集用于氢燃料电池，后者在将氢和氧转变成水的过程中产生电能。同时，逃逸的氢气可以被燃烧以产生能量。
废品＝产品
索诺马州立大学的微生物学家迈克·科恩（Mike Cohen）指出，沼气池――存有分解材料的封闭池子或槽罐――是另一种收集废甘油能量的方式。在大多数沼气池中，牛粪或酒糟被自然产生的细菌分解后，其释放出的甲烷可用来给发电机提供燃料，而将粗甘油添加到牛粪或酒糟的混合物中，似乎能使同体积的沼气池产出更多的甲烷。科恩――他正在测试不同基质的效能――说：“每天一加仑丙三醇就能提供足够的沼气来满足一位索诺马县居民的天然气需求。”
在发酵反应过程中除了获得乙醇和丁醇外，也产生了污染物。然而，这些所谓的“污染物”有时却能单独作为产品在市场上出售，给产生的丙三醇增添额外的价值。
亚拉巴马大学的化学工程师凯瑟琳·塔科尼（Katherine Taconi），在利用巴斯德氏梭菌将丙三醇转变成丁醇的过程中，尝试解决称为1,3-丙二醇的副产品问题――一种用来制造油漆和防冻剂的溶剂。这种物质是在细菌发酵反应过程中产生的。如果实验进展顺利的话，塔科尼的技术将被用来批量生产这两种物质。塔科尼说：“1,3-丙二醇和丁醇是由相反的途径产生的。减少其中的一个，你就增加其中的另一个。”
有研究人员指出，在其他情况下，丙三醇发酵过程中产生的“污染物”也许比主打产品更有价值。例如，在生产乙醇的时候，冈萨雷斯的大肠杆菌还产生少量的乳酸。乳酸可用来给食品调味，也可用于织物染色。冈萨雷斯最近发现了一种通过代谢路径来提高乳酸产量的方法。他说：“这是我们都知道的一个路径，大肠杆菌在甘油代谢中担任角色，但没人知道可用它来生产乳酸。”
冈萨雷斯指出，另外两种污染物――丁二酸和丙二醇――也可用于制药业和化妆品业。“在重量相同的情况下，实际能生产出比乙醇更多的丁二酸和丙二醇。因此，你能从同样数量的丙三醇中获得更多的适销产品。
环境问题
乙醇发酵的魅力在于，它为脏兮兮的丙三醇创造出了一种新的收入来源。虽然丙三醇并不缺乏有用的选择，它在被提炼之后还可用于牛饲料，或用于洗手液和化妆品。但实际情况是，多数生物柴油生产商目前普遍付钱清别人处理这种粘嗒嗒的废料，或免费送人，这种废料对他们来说实在是太多了。
然而，生物柴油在减少温室效应和其他空气污染物排放的同时，种植生物柴油的起始产品玉米和大豆，则可降低大气中二氧化碳的含量。但随着生物柴油行业的扩长，有可能增加工业化种植的面积，这同样会带来环境问题。
原因在于这些作物的大规模工业化栽培，不可避免地存在虫害问题，而农民通常求助于杀虫剂和除草剂这些最具争议的化学品处理作物，其残留物在几英里开外的河道里都能被找到。根据忧思科学家联盟的说法，基因改造（GM）污染了传统的种子储备，常常要求使用更高的杀虫剂用量。
砍伐森林也是个问题。在印度尼西亚，为了给生物柴油农场和棕榈种植园――另一个重要的燃料来源――让路，森林几乎被砍伐殆尽。根据美国大自然保护协会的数据，为了种植生物柴油作物而毁坏草地和雨林，可导致大气中二氧化碳比使用化石燃料前增加420倍。
塔科尼为此指出，从用于燃料作物种植中获取最大的利益，可以使该产业得以持续发展。她说：“在选择可持续发展起始产品的同时，我们也需要把类似丙三醇这样的废料整合回燃料生产的过程中。”
资料来源 The Scientist
责任编辑 则 鸣