哈特穆特-米歇尔撰文称生物燃料没前途，效率低下代价高昂

哈特穆特-米歇尔

德国马克斯-普朗克学会（马普学会）生物物理研究所的哈特穆特-米歇尔在2012年2月的《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上发表了一篇社论，仅标题就表明了他的态度：生物燃料是扯淡。他对所有生物燃料领域的研究者和支持者集体发难，而不仅针对成为现今研究大热门的玉米乙醇这一隅。米歇尔揭示了地球上最重要的蛋白质之——光合成反应中心的结构，并因此获得了1988年诺贝尔化学奖——他理所当然知道光合作用是怎么回事。

在评论中，米歇尔先解释了生物燃料合成过程的能量效率。光合作用一直被人类膜拜，然而它并不如我们想象般高效。某种意义上讲，它的出现兼有进化的“合适开始”和历史的偶然性。一方面，植物因无法利用紫外、红外、绿色光而浪费了光谱中很大一部分能量。而电子转移及光捕获蛋白机制则很完美，并且在接下来的光反应和暗反应都有参与。光反应主要获取光能并产生辅酶NADPH和合成酶ATP，然后暗反应利用这部分能源和降低的电势与二氧化碳作用合成碳水化合物。但讲到能量利用固有低效问题，仅阳光光能的12%能被储存在NADPH中。

接下来，光强度问题似乎陷入了左右为难的陷阱。弱光，顾名思义，光子量低，其合成过程的效率最高。然而如果我们试图通过增加光强提高效率，又会造成光损失，用米歇尔的话来说，35亿年的进化无法克服。如果想要避免这种光损，植物则需将其中一种在光系统II限制效率的关键蛋白每小时循环使用约三次。最后，第二步反应的上述关键蛋白（RuBisCO，即1，5-二磷酸核酮糖羧化酶）又很难区分二氧化碳和氧分子。要摆脱氧分子的干预则要花很大的力气。

这些难题都指向了一个严峻的光合成效率低下问题—这个仅约4%的小之又小的能量转化率（在人类标准来看已经高得惊人了）无疑给人类泼了一盆冷水。以上种种显示，想要提高生物燃料效率的任何尝试都需经过蛋白质工程学上的无数难关。对当前无数致力于此的研究，这可不是什么好兆头。虽然从学术角度看令人振奋，但是我们需要大幅重组光合成的基本单位，包括重建无数基因途径以及获取其能达到量产获取商业价值的产物。人们很容易低估了从这些技术而获取净能量所付出的代价。

现在，应用基因工程细菌的生物合成学法，在高价药品和化工品的领域是大热门，然而让细菌做一些有违进化的事并还要做到足以与化石燃料相抗衡，却路长道远。米歇尔甚至对最近大热的红藻生产生物燃料也不抱多大希望。

看完他的预测，不禁想问，有多少像埃克森美孚和基因巨头克莱格的强强联手（双方在2009年签署了价值6亿美元、关于藻类燃料的合作协定）可以真正做到量产呢？最后，那些提供给生物燃料和其生产原料的土地可不可以提供给其他替代能源呢？这些问题还需三思。

在光伏发电上，米歇尔则乐观了很多。光伏发电的能量转化率已经提升了15%。当最终产品用于汽车时，光伏电池也可以将80％的能量用于驱动汽车。另外，电池技术近期研究进展显示能量密度有了大幅提升，米歇尔则对此很是看好。

在能量利用上，我赞成具体问题具体分析。从能源分布、地理情况、能源需求、购买力和经济学角度上，找到一劳永逸的解决方案不太现实。不过总是有人站出来推行一个全球适用、近乎神话的单一方案。

对太阳能我也秉持类似观点。现有的解决方案无法解决阳光并不充足地区的传送问题和太阳能利用率问题。米歇尔的关注点一部分落在了超导电缆的广泛使用上，然而现在却是黄粱一梦。尽管摆脱不了上述问题，太阳能在我们的经济中仍应起很大的作用，尤其在那些阳光充足的地区。

至于生物燃料，与其说是技术问题，还不如说是生物学的根本问题。要想颠覆35亿年的进化过程是很困难的，时间会证明一切。

The Nonsense of Biofuels

Prof. Dr. Hartmut Michel

Fossil fuels, like mineral oil, coal, and natural gas, are derived from the biomass of ancient times. As such, they are indirect products of photosynthesis. It is therefore appropriate to ask whether we can use currently available biomass and convert it into biofuels like biodiesel and biogas. Biohydrogen might be another option. Often one can read that biofuels are CO2-neutral and therefore a weapon against global warming. Their production is also supposed to reduce the amount of petrol and natural gas to be imported into many countries, thus making them less dependent on energy import. In the following, I shall discuss the efficiencies of the processes required to produce biofuels, compare them with alternatives, draw the obvious conclusions, and present some visions.
 

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201200218/full

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