合成生物學(xué)在生物燃料上主要應(yīng)用于哪些方面？

生物燃料

全球石油消費(fèi)的主力是燃料。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，2020年全球原油消費(fèi) 量約40億噸，其中柴油、汽油、煤油、燃料油合計(jì)消費(fèi)量占比為65.9%；2021年我 國汽柴油產(chǎn)量合計(jì)超過3億噸，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。石油作為燃料燃燒會(huì)造成大量 的二氧化碳排放，碳中和的實(shí)現(xiàn)需要新型燃料替代石油。

生物燃料是能夠替代傳統(tǒng)化石能源的可再生能源。生物燃料主要包括生物乙醇和生 物柴油。生物柴油是植物油與醇類進(jìn)行酯交換反應(yīng)得到的產(chǎn)物，以油菜籽、向日葵、 紅花、芥菜、棉籽、棕櫚籽、椰子及大豆為原料，或者以牛肉、豬肉或家禽的脂肪， 甚至以飯店回收的油脂為原料。生物乙醇是從植物中獲取的糖經(jīng)過發(fā)酵獲得，多以 淀粉類植物為原料，在美國，普遍以玉米作為原料；在巴西，則是以甘蔗作為原料。 據(jù)Renewable Fuels Association數(shù)據(jù)，2021年全球生物乙醇產(chǎn)量為273億加侖（約 8200萬噸），其中美國占55%，巴西占27%。據(jù)Wind數(shù)據(jù)，2021年全球生物柴油產(chǎn) 量為4827萬噸，其中歐洲占22%，美國占18%。

使用合成生物學(xué)的方法構(gòu)建工程微生物細(xì)胞工廠可更高效生產(chǎn)利用生物物質(zhì)甚至直 接生產(chǎn)生物燃料?，F(xiàn)階段生物燃料的生產(chǎn)主要依賴于糧食、油脂等食物性質(zhì)生物質(zhì) 的使用，雖然生物質(zhì)是可再生的，但生物質(zhì)生產(chǎn)需占用寶貴的土地資源，且需依賴 于低效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，生物燃料的生產(chǎn)還會(huì)減少糧食的供給。使用合成生物學(xué)新技術(shù)有望解決上述問題，其一現(xiàn)階段可以優(yōu)化菌種以實(shí)現(xiàn)纖維素生產(chǎn)乙醇的高效利 用，其二通過合成生物學(xué)方法改造藍(lán)藻等生命體使其更高效生產(chǎn)碳水化合物或直接 生產(chǎn)生物燃料，即通過人工光合作用和太陽能生產(chǎn)生物燃料。

根據(jù)Frontiers數(shù)據(jù)，迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)構(gòu)建了生產(chǎn)從C2到C10的生物醇的合成 途徑，與乙醇相比，高級(jí)醇可以以更高的體積混合，如異丙醇/異丁醇最高添加比例 為16%，大于乙醇的10%，且使用高級(jí)醇不需要改變當(dāng)前的生物燃料精煉裝置及運(yùn) 輸工藝；此外高級(jí)醇還可以用來生產(chǎn)多種化工品。但是與生物乙醇生產(chǎn)相比，多數(shù) 生物醇的工業(yè)化生產(chǎn)有待開發(fā)，其中Butamax（BP和杜邦的合資企業(yè)）和Gevo已經(jīng) 開始著手實(shí)現(xiàn)異丁醇生物生產(chǎn)的商業(yè)化。