2014年，一些美國(guó)的工廠開(kāi)始以作物為原料制備汽車(chē)燃料，是標(biāo)志性的一年。然而，生產(chǎn)這種纖維素乙醇的成本仍然遠(yuǎn)高于直接利用汽油。所以研究人員一直在在尋找削減成本的新方案?，F(xiàn)在，他們發(fā)現(xiàn)了一種奇妙的微生物，這種微生物可以利用富余的氮?dú)庾鳛榉柿先ドa(chǎn)乙醇。

    Steven Ricke 是一名來(lái)自Fayetteville的Arkansas大學(xué)的微生物學(xué)家，并且著有一本關(guān)于生物燃料生產(chǎn)的專(zhuān)著，他對(duì)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的評(píng)論是，“生物燃料方面的一項(xiàng)重大商業(yè)成就”，盡管他并未參與其中。

    由于生物燃料的環(huán)保和可持續(xù)性，長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家們將生物燃料視為傳統(tǒng)化石燃料的有效替代品。為了從植物中得到乙醇，研究人員收割類(lèi)似于木薯和甘蔗的莊稼，然后磨碎，利用相關(guān)的霉去降解，并且撒上酵母。酵母發(fā)酵植物中的糖分來(lái)產(chǎn)出乙醇。這樣生產(chǎn)的乙醇目前一般會(huì)和汽油一起，用于世界各地的轎車(chē)或者巴士燃料。

    但事物總有兩面性，生物燃料也不例外。多數(shù)的生物燃料是來(lái)自于像玉米一樣的食用作物的。批評(píng)家由此認(rèn)為生物燃料的需求上升會(huì)引起食物價(jià)格的上漲。此外，盡管生物燃料燃燒后產(chǎn)生的二氧化碳直接排放量相對(duì)于化石燃料會(huì)少一些，但是一些科學(xué)家們卻聲稱(chēng)如果考慮進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程中的土地使用等因素造成的二氧化碳間接排放，其總排放量實(shí)際更高。

    所以近些年來(lái)，研究人員將目光放在了樹(shù)木和竹子之類(lèi)的非食用作物上，希望將它們作為生物燃料的原料。因?yàn)檫@些作物所需的肥料更少，而且它們對(duì)土地的傷害更小。理想狀態(tài)下，生物燃料將由這些不能食用的植物作為原料來(lái)生產(chǎn)，例如樹(shù)木和收割食用作物之后的雜草。

    然而問(wèn)題仍然存在。第一、這些植物的基本組成結(jié)構(gòu)是纖維素和半纖維素，進(jìn)一步降解為簡(jiǎn)單糖類(lèi)的過(guò)程中需要的酶類(lèi)卻是價(jià)格不菲。第二、發(fā)酵簡(jiǎn)單糖類(lèi)的微生物需要氮?dú)鈦?lái)生長(zhǎng)和繁殖，這就需要在發(fā)酵罐中加入肥料來(lái)提高乙醇產(chǎn)量。據(jù)估計(jì)，一座乙醇生產(chǎn)工廠每年需要為后者花費(fèi)一百萬(wàn)美金。

    最近的新發(fā)現(xiàn)無(wú)疑給第二個(gè)問(wèn)題帶來(lái)了解決方案。來(lái)自印第安納大學(xué)伯明頓校區(qū)的微生物學(xué)家開(kāi)始利用一種芒草作為原料。這種高大的木本熱帶草類(lèi)能夠在那些食用作物不能生長(zhǎng)的地方快速生長(zhǎng)。而且，他們采用了一種叫做Zymomonas mobilis 的細(xì)菌來(lái)進(jìn)行發(fā)酵工作。這種細(xì)菌需要在高氮環(huán)境中生長(zhǎng)，而該芒草無(wú)法提供。

    通過(guò)控制氮肥供給的有無(wú)，研究人員觀察了上述體系的乙醇產(chǎn)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有供給時(shí)乙醇產(chǎn)量反而更高。這正說(shuō)明該細(xì)菌能利用大氣中的氮?dú)猓蛘哒f(shuō)具有“固氮”作用。

    這項(xiàng)研究發(fā)表在近日的Proceedings of the National Academy of Sciences上，除了上述結(jié)論，它還表明當(dāng)這種細(xì)菌利用氮?dú)舛皇菑姆柿现蝎@得氮時(shí)，它能更快速地進(jìn)行發(fā)酵。論文作者認(rèn)為，如果這一現(xiàn)象在工廠生產(chǎn)中仍然存在，那么生物燃料生產(chǎn)的成本將得到控制；這一生產(chǎn)過(guò)程也將是環(huán)境友好的，因?yàn)樯a(chǎn)氮肥料的過(guò)程中難免會(huì)有溫室氣體排放。

    不過(guò)，這一過(guò)程在大型的工業(yè)生產(chǎn)中能否實(shí)現(xiàn)也是問(wèn)題的所在。來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的分子生物技術(shù)專(zhuān)家 Yong-Su Jin以一個(gè)局外人的身份發(fā)表觀點(diǎn)：雖然使用Z. mobilis可能會(huì)因?yàn)槭褂昧肆畠r(jià)的非食用作物而降低成本，但是卻有額外的成本和問(wèn)題，比如說(shuō)，注入凈化的氮?dú)饩蜁?huì)提高成本。他還說(shuō)，（注入氮?dú)獾倪^(guò)程）也可能引入污染。

    總的環(huán)境效益可能是微乎其微的。即使在發(fā)酵過(guò)程中不再需要氮肥了，作物生長(zhǎng)卻不可避免的需要。而且這項(xiàng)研究進(jìn)展也沒(méi)有強(qiáng)調(diào)其他方面的環(huán)境影響，比如生長(zhǎng)，收割和運(yùn)輸作物過(guò)程中的溫室氣體排放。據(jù)西北大學(xué)的化學(xué)工程師 Fengqi You說(shuō)，進(jìn)一步的研究會(huì)圍繞工業(yè)級(jí)別的細(xì)菌發(fā)酵展開(kāi)，綜合考慮環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的成本收益，最終和現(xiàn)有的生產(chǎn)體系進(jìn)行對(duì)比。