今年6月30至7月5日在德国林道市举办了以“绿色化学”为主题的第63届诺贝尔化学奖得主大会（简称“林道会议”），其间，《自然》杂志视频采访小组在诺贝尔奖获得者和年轻学子之间安排了多场对话，从绿色化学到稀土金属催化剂等未来化学前景，探讨了目前化学领域内最为紧迫的一些问题，展示了诺奖获得者的独特视角，以及年轻一代研究人员以前人成功为楷模树立奋斗目标的决心。
未来是以发展生物燃料为主，还是寻求更先进的太阳能技术以确保能源供应，一直有所争议。在诺贝尔奖得主云集的林道会议上，两位诺贝尔奖得主与三位年轻学子就生物燃料与太阳能技术的利弊得失展开了讨论。
在林道会议上，朱棣文（图中）等5人就发展生物燃料与太阳能技术的利弊得失发表了各自的看法
出席者：朱棣文，1997年因在利用激光冷却和捕获原子的研究中做出的贡献被授予诺贝尔物理学奖。2009年至2013年任美国能源部部长，之后返回加州斯坦福大学。
哈特穆特·米歇尔（Hartmut Michel），1988年因阐明光合作用中膜结合蛋白质的作用获诺贝尔化学奖，德国马普生物物理研究所的科学家。
希瑟·B·梅耶斯（Heather B.Mayes），美国西北大学化学和生物工程系在读博士生，主要研究非粮食生物化学物质转换为可再生能源的分子反应。
斯塔福德·希恩（Stafford Sheehan），康涅狄格州耶鲁大学攻读物理化学博士学位的研究员，研究方向为材料科学、催化作用和人工光合技术。
海恩·多坦（Hen Dotan），以色列理工学院材料科学与工程系博士生，主要研究太阳能生产氢的光电化学水解技术。
从植物材料中提取液体生物燃料以确保未来能源供应一直有所争议。在诺贝尔奖得主云集的德国林道会议上，就生物燃料与太阳能技术的利弊得失，两位诺贝尔奖得主与三位年轻学子在《自然》杂志主持的视频讨论会上对发展生物燃料背后的科学展开了讨论。
“不应忽略生物燃料这一大有前途的能源技术”
梅耶斯：生物燃料辩论的主题来自于朱棣文对未来能源的展望。朱棣文乐观地认为，未来为我们提供燃料的将是可再生能源，而生物燃料在未来的能源结构中将做出有价值的贡献。
在讨论可再生能源的选择时，有必要考虑整个过程：所需要的资源、创造有用能源的数量、科技进步或建立新的基础设施的一些必要条件。如果我们只局囿于某种技术的一个方面，可能是很危险的。在讨论生物燃料时，米歇尔认定了这样一个事实，即植物捕获的只是一小部分阳光，而我们也不需要吸收所有的太阳能量（到达地球的太阳能量远远超过人类对能源的需求）。更重要的是，我们要避免因以玉米为原料生产乙醇导致对粮食供应的影响，这个问题可通过从农业和森林废弃物中生产生物燃料来解决。
另一个问题是大量生物质原料的运输和转化为燃料的过程所产生的一些困难。自2001年以来，生物质废物转换燃料的成本下降了三分之二以上，而运输困难的问题可通过在生物燃料工厂附近建立农业中心来解决。如果这些问题可以得到克服，生物燃料将填补其他再生能源不能满足需求的问题，生物燃料是唯一可以替代化石燃料，为航空业等能源密集型行业提供足够燃料的能源。随着非粮食生物燃料成本的降低和日益普及，我们不应该忽略这项大有前途的能源技术。
“从长远来看，我们需要投资于人工光合技术”
希恩：正如朱棣文所指出的那样，从燃料消费者角度看，最重要的因素是能源价格，这将决定生物燃料的应用是否能够普及的关键，但这还不是唯一的考虑因素。在这场辩论中被忽略的一个问题是，人们通常倾向于阻力最小的途径，因此往往选择最简单的能量转换和储存方式。几千年来，农业一直是人类文化的一部分，我们有着植物种植的丰富经验。但是生物燃料有其缺陷，例如，其原料只能在拥有大量耕地和充足粮食供应的地区生产。此外，每年来自农作物的太阳能转换效率平均不足1%（尽管根据植物的生长周期有所差异）。生物燃料的低产出率及其地理依赖性决定了其非可持续性的缺点，尤其是还要考虑到地球人口增长趋势的因素。
商业光伏电池转换能量比生物燃料作物更有效率，米歇尔为此提出，太阳能是满足未来能源需求的解决办法，但太阳能并不适合于所有的应用，也不是在世界上所有地区都适合的。主要问题是缺乏一个存储密度接近于汽油的好办法。从长远来看，我们需要投资于人工光合技术――将阳光转换为化学能，存储在某种形式燃料的分子键中。与生物燃料作物相比，人工光合技术需要的土地较少，但产出效率更高，因此它可能将会成为我们未来主要的可再生燃料。
光伏电池能量转换效率远高于生物燃料
多坦：在整个辩论过程中，朱棣文都强调了替代燃料的成本问题。但你又如何能知道某种新兴技术未来的成本呢？例如，1954年硅光伏电池刚问世时，生产成本昂贵（1785美元/瓦特）而效率低下（实验室里大约为6%，但作为商业产品只有2%），但是在政府提供补贴的支持下以及时间的流逝，2012年这类电池的价格跌至每瓦0.78美元，而能源效率则达到了25%以上。
米歇尔认为，应该舍弃对生物燃料的研究，因为光合作用效率低下，能源作物还要与粮食作物竞争有限的资源，如淡水、耕地和肥料等。我同意这种看法，我认为人工光合技术是一个更好的出路，在自然发生的光合作用中，第一步是利用太阳能辐射将水分解成氧气和氢气，氢可直接用作燃料，或与二氧化碳结合生产甲醇或其他碳氢化合物燃料。这项生产工艺在理论上的能源效率可达15%以上，远高于自然光合作用。去年，使用低成本的氧化铁光阳极，太阳能-氢的转换效率已接近5%。人工光合技术的设备已经成熟，可应用于传统燃料难以供应的偏远地区。在政府补贴支持下的进一步发展，这项技术在十年里可与化石燃料相竞争。
“对于能源需求，根据具体情况我们可以有多种选择”
梅耶斯：我们都希望拥有某种廉价的、不受地理位置限制的、无瑕疵的可再生能源技术。但遗憾的是，与多坦所述相反的是，如此理想的新能源技术是不存在的，如果真有这样的能源技术，化石燃料就会成为遥远的记忆。每种可再生能源都有其不足之处，但幸运的是，我们不需要以某一种技术来解决我们所有的能源需求，我们可以有多种选择，根据具体情况选择最适合的一种。
对于我们应该放弃生物燃料研究的说法我不敢苟同。使用生物质或废弃物的新一代生物燃料，不会影响到我们的粮食供应，下一代生物燃料已经呼之欲出，生物燃料技术的额外投资将有助于将成本降至更低。为继续解决棘手的气候变化难题，我们应该在投资于短期内即将走向市场的一系列技术的同时（如生物燃料），也投资于有可能导致不可预见技术的基础科学研究。
希恩：多坦有些过于乐观了，科学也许可以找到某种解决方案，但如果基本的想法不具备成本效益，那么不管其生产工艺有多优化，这项技术也永远不会得到普及。新技术必须考虑它所利用的资源是否充足，例如，硅太阳能电池使用的是地球中储量丰富位居第二的元素，但如果电池依赖的是如镓和铟这样的稀有元素，太阳能电池是否能达到如今这样的普及程度，就很值得怀疑了。
我们现在再来看看将水分解成氢气和氧气的技术。15年前的分解技术用的是昂贵稀缺的稀土元素，能源效率为12.4%；如今的分解技术用的是诸如氧化铁等更为丰富的化合物，但即使用的是储量更丰富的元素，“人工绿叶”获取氢的成本也需要大约6.50美元/公斤，碳氢化合物蒸汽转化技术的成本低于2.00美元/公斤。虽然我赞同人工光合技术将成为长远的可再生能源，但目前这一技术还不完备。我们首先要做的是大量的基础研究，在此之前，生物燃料仍然是一种可行的燃料选择。
“生物燃料仍然存在汽车尾气排放的问题”
多坦：虽然我同意希恩所说的对于消费者来说价格是一个重要因素，但我还想补充一点，很多人并不擅长于理解长期成本。例如，即使使用节能灯泡可以降低家庭总耗电量的10%，但消费者往往还是选择购买价格更便宜的白炽灯泡，正是这种短期成本与长期的差异，导致一些国家政府开始禁止白炽灯泡，这也是市场经济规律失灵的一个例子。我所担心的是，生物燃料很可能成为第二个这样的例子，在消费者眼里，短期成本的吸引力有可能超过长期成本。
不应忽略生物燃料这一大有前途的能源技术
生物燃料有两个主要的缺点。首先，如上所述，能源效率较低；其次，生物燃料仍然会有汽车尾气排放的问题。根据燃料类型的不同，这些排放可能低于常规化石燃料（尽管目前仍然没有确切的证据），但生物燃料并非是无污染的。我相信，人工光合技术已证明比生物燃料更有效率，产生的氢气是真正的零排放燃料（燃烧氢产生的唯一副产品是水）。遗憾的是，没有对生物燃料的适当调控以及对人工光合技术的支持，我很担心，化石燃料将被效率低下、污染严重的生物燃料所替代，尽管我们还有一个更好的选择。即使全球性的法规限制生物燃料的原料必须使用农业和森林废弃物，但正如梅耶斯所建议的那样，我们必须同时重视人工光合技术的研究和运用，以确保可持续燃料的生产。
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣
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环绕林道岛美丽的康士坦茨湖的翠绿色湖水每年都吸引着科学大师与年轻学子在此聚会，化学是今夏“林道会议”的主题，诺贝尔奖得主精彩的演讲深深吸引住了所有的与会者，之后热烈的讨论更是促进了学者之间的相互交流。
对于参加林道会议的625名年轻学子来说，能向全球著名科学精英学习，和他们一起展开辩论，并受到他们成功故事的鼓舞和激励，是一个千载难逢的好机会。今年参加会议的34名诺贝尔奖得主中的许多人已经是第二次、第三次，甚至无数次参加了这一年一度的聚会，他们非常欢迎来自年轻人的挑战。
与会者中还有一位非科学奖得主、1996年诺贝尔和平奖得主之一的东帝汶前总理若泽·R·奥尔塔（JoséR.Horta）；这也是2012年诺贝尔化学奖得主布赖恩·科比尔卡（Brian K.Kobilka）的第一次出席。科比尔卡就G蛋白耦合受体（GPCRs）在会议上做首场演讲，他的贡献是确定了对未来药物开发拥有极大影响的首个GPCR结构。