设计微生物 生产廉价糖


  为了使生物燃料更便宜,新泽西州(New Jersey)普林斯顿(Princeton)一家称为普罗泰罗(Proterro)的新创公司,正在开发一种方法,可以削减制糖成本,糖是乙醇的基本构造成分。该公司正在设计光合微生物(photosynthetic microorganism),以分泌大量的糖,也在设计一种生物反应器(bioreactor),培育这些微生物,只需要使用少量的水。

  光合微生物,比如藻类,通常是珍贵的,因为它们能够生产油。普罗泰罗公司选择重点生产糖,因为这是生物燃料乙醇的来源,这也是一个起点,可以进行一些新的加工,制成其他类型的生物燃料。

  今天,几乎所有用于生物燃料的糖都是由玉米或甘蔗制成,几家公司正在开发一些工艺,制糖可以采用丰富的纤维素原料,比如草和木屑。但作为原料,要制备生物燃料,“糖仍然过于昂贵,”卡夫·卡斯丁(Kef Kasdin)说,他是普罗泰罗公司的首席执行官。只有来自甘蔗的糖才足够便宜,具有经济意义,这只能生长在一些成本低廉的地方,比如巴西。

  普罗泰罗公司的微生物是一种类型的蓝藻细菌(cyanobacteria),每亩可生产的糖产量要高得多,胜过甘蔗和其他传统来源,卡斯丁说。甘蔗工厂利用水和来自太阳的能量,生成大量生物质,但不是糖,随后,这些大量的生物质要运输,糖要提取,这都增加了它的成本。在普罗泰罗公司的系统中,水和阳光中更多的能量直接用于制糖,而不是生长生物质,这些微生物也不需要收割,相反,它们不断分泌糖,这种形式容易用来制备生物燃料。

  普罗泰罗公司的微生物会自然产生蔗糖,它们在其中生长的水变得太咸时就会这样,这是一种防御机制,防止水被吸出微生物体,渗透到周围的水中。该公司已经确定了基因,可以触发这一机制,并设计了这些微生物,开启这一机制。研究人员还设计了这些微生物,以分泌糖,这使得它更容易收集。传统的办法制造燃料,是使用藻类或蓝藻,这些生物体必须被收割和脱水,油或糖随后从其余的生物质中分离出来,这是藻类燃料昂贵的一个原因。

  种植蓝藻和其它光合微生物,比如海藻,通常也需要大量的水,它们要生长在池塘或者是大型清洁容器,要盛满水。普罗泰罗公司正在开发一种新型生物反应器,不是把蓝藻浸泡在水中。相反,它们生长在纤维上,这些纤维湿透了水,使用的是一种滴液给料系统(drip-feed system)。“生物体不需要被浸没,只需喂给一滴滴的水,”卡斯丁说。

  这种方法类似于焦耳无限公司(Joule Unlimited)开发的方法,只是焦耳公司已经设计了它的生物,以直接生产燃料。卡斯丁说,普罗泰罗公司选择了一种工艺,这些生物体的行为是自然的,公司希望,这会使生物体更易于开发和维护。她还表示,普罗泰罗公司的低水生物反应器也可减少成本,相比之下,焦耳公司是把生物体浸泡在水中。

  普罗泰罗公司创立于2008年,已筹集到500万美元的风险投资资金,仍处于初期阶段。公司已经演示了工程版本的蓝藻,可分泌糖,也制造了原型生物反应器。但目前尚不清楚,究竟会有多高的产量,或者,会比传统制糖法少用多少水,甚至也不清楚它是否可以使糖价格更低,低于采用甘蔗制备。

  事实上,生物体并不需要太多的水就能分泌糖,这就让这一技术具有吸引力,于建平(Jianping Yu)说,他是国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)的科学家,就在科罗拉多州(Colorado)戈尔登(Golden)。更何况,他说,已经证明,海藻和蓝藻具有很高亩产量。但他说,公司将面临许多挑战。最大的挑战来自这样一个事实,就是因为分泌糖,这种生物就创造一个理想的环境,有利于许多其他生物。这些其他的生物可能会窒息蓝藻,因此有必要经常清洗生物反应器,生长新茬蓝藻。这将使系统过于昂贵。

  “生物燃料公司中更坚持贴近建立产业工艺的,就有更好的成功机会,”马克·邦杰(Mark Bünger)说,他是勒克斯研究公司(Lux Research)研究室主任。“生物燃料领域有很多的挑战,普罗泰罗公司正在设法解决它们,是要一下子解决。这是一个大的、勇敢的赌注。”