通过让植物工作使生物燃料更便宜

生物燃料是替代我们今天使用的石油基汽油、柴油和喷气燃料的更广泛战略的重要组成部分。然而，迄今为止，生物燃料尚未达到与传统石油燃料同等的成本。

使生物燃料更具竞争力的一种策略是让植物自己完成一些工作。科学家可以对植物进行工程改造，使其在生长过程中生产出有价值的化合物或生物产品。然后可以从植物中提取生物产品，并将剩余的植物材料转化为燃料。当在工厂本身生产时，生物产品可以帮助降低由此产生的生物燃料的成本。

但这一战略的一个重要部分仍不清楚——为了使这一过程在经济上可行，植物需要生产多少特定的生物产品?

现在，由伯克利实验室管理的能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和能源部联合生物能源研究所(JBEI)的研究人员提供了这个数量的第一个定义。他们的研究由 Corinne Scown 和 Patrick Shih 共同领导，最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

研究人员首先收集了一组经过充分研究的植物已经可以有效生产的生物产品的信息——从香精香料到可生物降解的塑料。制造有价值的生物产品将有助于抵消制造生物燃料的成本，并使整个过程更便宜。

JBEI 和伯克利实验室能源技术领域的研究员 Scown 说：“这是一个非常优雅的解决方案，能够设计植物直接积累有价值的生物产品。”

然后，他们设计并模拟了在乙醇生物精炼厂的背景下从植物材料中提取这些生物产品的过程。在这种情况下，将从植物中提取有价值的生物产品，而剩余的植物材料将转化为乙醇。

这帮助他们回答了两个重要问题：植物需要生产多少生物产品才能使提取过程变得有价值，以及需要生产多少才能达到每加仑 2.50 美元的目标乙醇销售价格。

令他们惊讶的是，他们的结果表明植物需要制造的数量实际上是相当可行的。例如，他们计算出，当以 0.6% 的生物质干重累积时，用于香精和香料的化合物(如柠檬烯)将为生物精炼厂带来净经济效益。换句话说，如果他们可以从一英亩的土地上收获 10 干公吨的高粱生物质，他们只需要从这些生物质中回收大约 130 磅的柠檬烯。

“我们原料部门的研究人员对目标水平的适度程度感到惊讶，”斯考恩说。“我们需要在植物中积累的水平以抵消生物产品回收的成本并降低生物燃料的价格是触手可及的。”

他们的研究结果表明，这种降低生物燃料成本的策略是可行的——但科学家不应该把所有的鸡蛋都放在一个篮子里，因为每种高价值产品的市场规模都是有限的。他们的分析表明，仅五个商业规模的生物精炼厂就可以支持整个预计的 2025 年市场对柠檬烯的需求。斯考恩说，需要对农作物进行工程改造，以生产各种产品，以确保行业多元化，并且市场不会被任何一种产品淹没。

“通过技术经济模型，这项研究为生物产品在提高生物炼油厂经济性方面的作用提供了新的见解，”JBEI 博士后研究员、该研究的主要作者杨敏亮说。

斯考恩说，这篇论文的最大影响在于，它为实际实施这种节省成本的策略提供了第一个定量基础，为试图设计或培育能够自行创造生物产品并抵消成本的科学家提供了一个起点。因此制造生物燃料。

“我认为这项研究只是展示工程生物能源原料作物未来潜力的第一步，”JBEI 植物生物系统设计总监 Shih 说。“我想我们的发现将有助于激发未来使生物燃料在经济上可行的努力。”

这项研究得到了美国能源部科学办公室的支持。