盐碱地上“种”石油

2010年7月，柳枝稷的全基因组图谱测序完成，一篇学术论文低调地刊登在《遗传学》（Genetics）杂志上。虽然没有像水稻基因组那样受到过多的关注，但这项工作却可能是改变人类能量获取方式浩大工程的一个开端。

农作物提纯酒精：消耗＞产出

使用生物能源并不是件新鲜事，世界上第一辆汽车的油箱里就装满了酒精，只是后来人们发现了石油这种储量丰富且价格低廉、又可以提供强劲动力的燃料，酒精才“无奈”地离开了汽车油箱。如今，在经历了历次石油危机、大规模环境污染事故之后，酒精再次在汽车发动机里找到了发挥热度的空间。如今，已经有越来越多的加油站可提供汽油里加入乙醇的服务。比如在巴西就有50%以上的燃料是生物乙醇，美国汽油中的乙醇添加量标准为10%，我国汽油中的乙醇添加量也在日益提高，目前已有9个省市的乙醇添加量达到了10%。

目前获取乙醇燃料的最常用的原料还仍以糖和淀粉为主。没办法，谁让人类用葡萄糖制作酒精有长达6000年多年的历史呢？相比之下，用淀粉（谷物）酿酒则仅仅只有2000多年的历史。在科技发展日新月异的今天，完整的工艺，成熟的发酵微生物，对各生产环节的清晰认识，已经让建设一座“专供汽车饮用的特供酒厂”变得轻车熟路。

首先，你需要考虑如何种出这些能制作出酒精的农作物。据了解，截止到2007年，我国人均耕地面积已下降至1.4亩，此数字甚至还不及世界人均耕地面积的三分之一。即便人们采用最经济、最合理的方法制造乙醇，也会对粮食供给造成巨大的压力。根据联合国粮农组织的统计，2006年的农产品价格指数增幅为8%，2007年增幅为24%，而2008年首季度已经高达53%。目前粮价虽然也会受到气候等因素的影响，但随着燃料用粮食比率的逐年增大，将在不远的将来迅速推动粮价的大幅度上涨。

既然种植制作酒精的农作物可以推高粮食价格，那如果只使用粮食作物的中的淀粉、蔗糖和油脂是否可以缓解催高粮价带来的危机呢？事实证明，作物的中的淀粉、蔗糖和油脂只占农作物固定能量物质的10%-20%。采用依靠微薄的粮食作物提取物来装满车辆的油箱的粗放式提取方式，显然是不划算的。2006年全球种植玉米、甘蔗和油菜这些主要能源的耕地面积约为193万公顷，如果按照每公顷生物燃料的平均产量计算，我们可从这些农田里收获3.3亿吨的生物燃料，不过区区3.3亿吨只能算是世界能源餐桌上的一道甜点，因为这些燃料收获量只相当于2007年世界原油产量的8%和同期世界能源消费的2.3%。

不仅如此，在生物乙醇的生产过程中也需要消耗巨大的能源，此外，运输原料及处理、纯化环节也需要能源供给。巴西乙醇工厂曾采用以燃烧压榨后的甘蔗废料来代替消耗化石能源的方式以降低生产过程中的能耗率，但实际效果却收效甚微。由此看来，用粮食“喂”汽车的能源供给方案已走到了尽头，业界迫切呼唤出现一种创新型能源供给方式。

纤维素乙醇：不争口粮的新兴生物燃料

如果只利用植物中的淀粉和糖类来生产纤维素，那人们只能利用植物生产能量的10%-20%，而储存着超过80%能量的秸秆、茎叶部分均不能得到有效利用。为此，人们提出了第二代生物燃料开发方向以最大限度地提高植物能源利用率。

从化学成分上讲，纤维素和淀粉也是一对亲兄弟，它们都是由葡萄糖合成的，不过纤维素长链纠缠在一起形成了紧密的植物纤维，这些纤维为植物枝叶提供了强力支撑。众所周知，在秸秆、植物茎叶中含有大量的植物纤维，而要在以上物质中提取纤维素乙醇，第一步就需要获得纯净的纤维素。如果把植物比作钢筋混凝土大厦，那么纤维素就如钢筋一样充当了植物支撑系统的重要构件，在它们外侧还覆盖着木质素、半纤维这样的“混凝土”。人们要提取植物中的纤维素，就必须把这些充当混凝土作用的附属物质去掉，这便是生产纤维素乙醇的第一步，也是目前技术的瓶颈所在。

坊间流传着使用氢氧化钠碱溶液来提取植物纤维素的秘方，这个过程被人们形象地称为“爆破”，此方法往往对处理条件与处理设备要求甚高，毕竟引入耐酸碱、耐高压的容器也需要一笔不菲的投资，但目前的纤维素乙醇工厂的前期投资也要在运转百年以后才能收回投资。即便如此，斥巨资试水“纤维素乙醇工厂”的投资者也大有人在，他们只要获得了纯净的纤维素，接下来的方法就简便易行了：他们采用纤维素酶将纤维素分解为葡萄糖，据说此窍门是人类从在自然界中最高效的处理设备――白蚁那里学来的。白蚁作为啃木头、消耗纤维素的机器已经在世界上存活了上亿年，人们正是在模仿了白蚁肠道中纤维素酶的运作程序后，才将大量的纤维素转化成葡萄糖。

在此之后，投资者就可以像酿造葡萄酒那样“酿制”工业乙醇了。由于氧元素的存在，乙醇的能量密度要比汽油低得多，燃烧的实质就是燃料中的碳元素和氢元素同空气中的氧元素结合并放出能量的过程，如果燃料分子中已经掺杂了氧元素，那释放出的热量势必会大打折扣。虽然现在的乙醇发动机可以驱动汽车，但是与汽油发动机相比，同样大小油箱提供的续航能力仍旧稍逊一筹。为提高汽车的续航能力，研究人员将纤维素拆分成水、二氧化碳、芳香烃和小分子烷烃，而后两者正是汽油的主要成分。最后，通过适当的催化剂和高温高压处理，纤维素便可以变为石油了。

事实证明，纤维素乙醇在生产实践中已明显显示出“不争夺口粮、有效利用植物能源”等诸多优越性。但仅以农作物秸秆为原来提取纤维素乙醇，必定会受到工厂周边区域及季节性供应等限制，由此，人们又开始继续寻找可专门提供纤维素的的能源植物。

柳枝稷：可收集CO2D的智能型植物

文章开头提到的柳枝稷就是这样的能源工程植物。之所以选取此种禾本科植物（虽然跟玉米、水稻是一家，但是没有可以做面包的籽粒），是因为它们从不挑剔生长环境，即便是贫瘠的盐碱地也不会影响它们的茁壮成长。据了解，这些其貌不扬的柳枝稷生长周期超长，大有野草“割”不尽，春风吹又生的架势。一般来说，柳枝稷可以一次种植连续收割10年，其间也不需要对其进行任何施肥、修剪，只要掌握正常的收割时间即可。

不仅如此，柳枝稷还是C4植物，即可充当二氧化碳“浓缩器”的智能型植物。众所周知，作为植物光合作用重要原料的二氧化碳的浓度是制约能源生产的一个关键因素，可惜大气中二氧化碳的浓度只有0.03%，而C4植物恰恰可广泛收集空气中的二氧化碳，然后再将其浓缩后传输到维管束鞘附近，维持光合作用的高效运转。

据报道，在火力发电中，1亩地一年产出的能源草相当于4吨煤。乍一看，这些草还是不错的燃料。但是稍微计算一下，我们就会发现其中的问题：目前，一个热电厂每天最少要消耗2000吨煤，一年就是72万吨。那么，要填饱一个中小型电厂的肚子，一年至少要种18万亩能源草。如果将影响能源草产量的因素（干旱、盐碱化）考虑在内，需要的种植面积可能会更大。此时此刻，柳枝稷凭借其超长的生长周期及可再干旱、盐碱化土地生存的超强适应性，理所当然地充当了生物能源开发的样板植物。笔者相信，如果人们可从柳枝稷基因组中准确解读出其生长的特殊信息，人们将会像驯化水稻、玉米等粮食作物那样，驯化像柳枝稷这样的能源植物。这意味着在不远的将来，珍贵的清洁型能源真的可以生长在不毛之地上。