不久前，許多投資者押注生物質可再生燃料將成為能源領域的下一個熱點。將玉米、甘蔗和大豆轉化為乙醇或柴油類燃料可以減少我們國家對石油進口的依賴，同時減少二氧化碳排放。但這個新興產業已經面臨挑戰。不斷增長的需求正在推高食品價格，而農民為了種植燃料作物正在清理熱帶雨林棲息地。最近的幾項研究表明，某些生物燃料生產過程要麼未能產生淨能量收益，要麼釋放的二氧化碳多於其使用的二氧化碳。
一批後起的初創企業旨在避免這些問題。馬薩諸塞大學阿默斯特分校的化學工程師喬治·W·休伯說，許多原型生物乙醇工藝並非專注於糧食作物的澱粉、糖和脂肪，而是使用木質纖維素，即強化植物細胞壁的“木質”組織。雖然纖維素比糖和澱粉更難分解，因此需要一系列複雜的酶驅動化學反應，但它的使用為該行業打開了非食用植物原料的大門，如農業廢棄物、木屑和柳枝稷。但目前還沒有公司展示出具有成本競爭力的工業化纖維素生物燃料生產工藝。
加利福尼亞大學河濱分校的化學工程師查爾斯·懷曼報告說，科學家和工程師們正在研究數十種可能的生物燃料加工路線。懷曼是位於馬薩諸塞州劍橋市的馬斯科瑪公司的創始人之一，該公司是纖維素乙醇工藝的領先開發商。“沒有什麼奇蹟般的工藝，”他評論道。微調一個工藝需要大量的資金和時間。“石油公司表示，完全商業化一條工業加工路線需要10年時間，”休伯警告說，他為另一家生物質初創公司威倫特能源系統公司（位於威斯康星州麥迪遜市）貢獻了一些熱化學技術。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事。
伊利諾伊州沃倫維爾的科斯卡塔公司正在探索一種很有前景的生物燃料生產程式，該程式避免了分解纖維素的複雜酶化學過程。該公司由知名投資者和企業家於2006年成立（通用汽車公司最近也收購了該公司的少數股權）。科斯卡塔公司的工程和研發副總裁理查德·託比說，在科斯卡塔公司的運營中，傳統的氣化系統將利用熱量將各種原料轉化為一氧化碳和氫氣的混合物，稱為合成氣。處理多種植物原料的能力將提高整個工藝的靈活性，因為國內每個地區都可以獲得某些原料，但不能獲得其他原料。
託比說，科斯卡塔集團沒有采用熱化學方法將合成氣轉化為燃料，因為對氣體進行加壓會增加額外費用，從而使該過程成本更高，而是選擇了一條生化路線。該集團專注於俄克拉荷馬大學的微生物學家拉爾夫·坦納多年前在沼澤的無氧沉積物中發現的五種有前景的排乙醇細菌菌株。這些厭氧微生物透過貪婪地消耗合成氣來製造乙醇。
正如託比所說，“科斯卡塔工藝的核心和靈魂”是細菌賴以生存的生物反應器。“我們的細菌不是在一個大型罐中的發酵醪液中尋找食物，而是等待氣體輸送到它們那裡，”他解釋道。該公司依賴於塑膠管——細如人類頭髮的濾布管。合成氣流經這些管子，水被泵送到管子的外表面。氣體透過選擇性膜擴散到嵌入管子外表面的細菌中，該膜不允許水進入內部。“我們透過這些管子獲得了高效的傳質，這並非易事，”託比說。“我們的資料表明，在最佳條件下，我們可以將氣體能量值的90%轉化為燃料。”細菌吃掉氣體後，它們會將乙醇釋放到周圍的水中。標準的蒸餾或過濾技術可以從水中提取酒精。
科斯卡塔研究人員估計，他們商業化的工藝可以將乙醇的交付價格降至每加侖1美元以下——不到目前每加侖2美元批發價的一半，託比聲稱。阿貢國家實驗室的外部評估人員測量了科斯卡塔工藝的投入-產出“能量平衡”，發現最佳情況下，它可以生產出最終產品能量的7.7倍，而生產它所需的能量只有最終產品的1/7.7。
該公司計劃在今年年底前在密歇根州米爾福德的通用汽車測試跑道附近建造一座年產4萬加侖的試驗工廠，並希望在2011年前建造一座年產1億加侖的全面生產工廠。到那時，科斯卡塔公司可能會有一些同行；位於阿肯色州費耶特維爾的生物工程資源公司已經在開發一種類似的三步法途徑，其中合成氣被阿肯色大學退休化學工程師詹姆斯·加迪分離出的細菌消耗。考慮到這些方法和其他方法的進步，植物纖維素可以提供每個人都想要的更環保的乙醇。