歐洲BREW計(jì)劃-可再生資源生產(chǎn)大宗化學(xué)品生物工藝的

1、可再生資源生產(chǎn)大宗化學(xué)品生物工藝的中長期機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)（BREW）可再生資源生產(chǎn)大宗化學(xué)品生物工藝的中長期機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)（BREW）執(zhí)行概要在過去的短短幾年，生物技術(shù)包括基因工程取得了巨大的進(jìn)步。可以預(yù)見在將來的幾十年里我們將在科學(xué)和技術(shù)上取得更大的突破性進(jìn)展。在生物技術(shù)已經(jīng)對藥物制劑，精細(xì)化工，特別化學(xué)品產(chǎn)生廣泛影響以及在短期內(nèi)被期望在這些領(lǐng)域取得更大可觀的進(jìn)展的今天，生物技術(shù)仍舊在生產(chǎn)大眾化學(xué)品這個(gè)角色上什么時(shí)候，怎樣，達(dá)到一個(gè)怎么樣的程度存在著很大的不確定性。鑒于白色生物技術(shù)對科學(xué)，技術(shù)和社會產(chǎn)生的利益，它長期被寄予很大期望。以生產(chǎn)化學(xué)品而開發(fā)白色生物技術(shù)為目標(biāo)，在研究，公司及政策方面在過去短時(shí)

2、間內(nèi)都取得了很大的進(jìn)步。然而這些進(jìn)步具有很大推動力的同時(shí)，在現(xiàn)在和將來經(jīng)濟(jì)，環(huán)境和社會的影響方面目前所能獲得的信息非常少。這個(gè)報(bào)告就是為了填補(bǔ)這個(gè)知識的空白。從范圍來講，這個(gè)報(bào)告通過生物技術(shù)例如用基因修飾過的和未修飾過的微生物發(fā)酵來研究可從生物質(zhì)獲得的原料（如可用于發(fā)酵的糖）轉(zhuǎn)化為有機(jī)大眾化學(xué)品（如 乳酸，乙酸，丙醇和乙醇）這個(gè)過程。 除白色生物技術(shù)以外，傳統(tǒng)的化學(xué)同樣包含在整個(gè)過程中。所有的白色生物技術(shù)產(chǎn)品將同同等功能的石油化學(xué)產(chǎn)品比較。焦點(diǎn)是工業(yè)化學(xué)品，食品，動物始料和燃料不包含其中。這個(gè)報(bào)告提出的關(guān)鍵問題是哪些產(chǎn)品能通過白色生物技術(shù)生產(chǎn)；這些產(chǎn)品是否對節(jié)能，減少溫室氣體（GHG）的排放有

3、幫助；在怎樣的情況下這些產(chǎn)品是經(jīng)濟(jì)可行的；向白色生物技術(shù)化學(xué)品轉(zhuǎn)型，包括利用基因修飾的微生物發(fā)酵，的同時(shí)將會產(chǎn)生什么問題，大眾的觀念又是什么。在這個(gè)報(bào)告的第二章，有哪些白色生物技術(shù)可以生產(chǎn)的化學(xué)品將會給出一個(gè)概述。首先會列出全部的生物基化學(xué)品（見圖2-1和表2-28，2-29），然后利用產(chǎn)品樹方法選擇19種主要化合物以及自然脂肪，油脂和基因修飾過的農(nóng)作物。這些產(chǎn)品在2.1至2.7將詳細(xì)敘述。對于每個(gè)產(chǎn)品，我們將討論其主要特征和用途，（例如，生物技術(shù)的選擇，成熟的程度，商業(yè)地位，世界范圍的生產(chǎn)量，挑戰(zhàn)和動力）。通過釀造組的進(jìn)一步評價(jià)，21種產(chǎn)品可作為白色生物技術(shù)的首打?qū)ο螅ㄒ姳?-42；這些產(chǎn)品

4、將在第3和第4章深入分析）。作為這些產(chǎn)品進(jìn)入市場的兩個(gè)主要策略分別是直接替代石油基化學(xué)品以及生物基產(chǎn)品與石油基產(chǎn)品的功能性競爭。兩者策略都能被21種被選中的白色生物技術(shù)化學(xué)品用到?；诘诙滤@得的見解我們可以得出如下結(jié)論：白色生物技術(shù)提供了無數(shù)的從各種原料生產(chǎn)新的和現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)品的機(jī)會，同時(shí)也賦予了早期開發(fā)大多數(shù)產(chǎn)品和生產(chǎn)程序的機(jī)會。非常重要的進(jìn)步可在不久的將來預(yù)見到。根據(jù)我們的估算，大規(guī)模的生物技術(shù)化學(xué)品的生產(chǎn)在技術(shù)上存在著挑戰(zhàn)，但是在這個(gè)挑戰(zhàn)已經(jīng)引起了廣泛的興趣，從長遠(yuǎn)來看它也是可行的。從（生物）化學(xué)和技術(shù)的角度看，機(jī)會是很吸引人也是很有前途的，但是要吸引工業(yè)和政府的興趣在很大程度上得

5、取決于白色生物技術(shù)產(chǎn)品是否在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的層面上有利。因此，在第3章我們將具體的對在第2章中選出的21種白色生物技術(shù)產(chǎn)品的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)層面上進(jìn)行分析（具體來說，例如每噸產(chǎn)品）。目前為止，由于不同的假設(shè)和邊界條件，在環(huán)保及經(jīng)濟(jì)方面對白色生物技術(shù)生產(chǎn)的生物基大眾化學(xué)品的定量的評論是極少，片面和不可比較的。而我們所采用的是通用背景數(shù)據(jù)（釀造tool）的統(tǒng)一方法。我們只用一個(gè)石油價(jià)格（原油價(jià)格：25美元/桶；天然氣的價(jià)格假定為最終用戶的價(jià)格4 歐元/GJ；附錄A3-2） 來分析發(fā)酵用糖的不同價(jià)格。第3章我們還討論了我們開發(fā)并用與估算信息量極少的未來過程的遺傳算法。 總之，我們結(jié)論是在白色生物技術(shù)能為化學(xué)品

6、工業(yè)降低不可再生能量的利用，溫室氣體的排放以及相應(yīng)的環(huán)境影響的同時(shí)，其生產(chǎn)大眾化學(xué)品的主要挑戰(zhàn)來自經(jīng)濟(jì)方面。用當(dāng)今的技術(shù)和玉米粟（相對于石油化學(xué)品用數(shù)學(xué)平均來算節(jié)省了相當(dāng)于沒有脂肪酸和醋酸的不可再生資源的30%），幾乎所有被研究的產(chǎn)品都是非常環(huán)保的（用的都是可再生資源也沒有溫室氣體排放），同時(shí)在未來也將是這樣（將節(jié)省50%能源）。如果木質(zhì)素原料能在將來被利用（將能節(jié)省75%能量）那么將能節(jié)省更多的能量。假如發(fā)酵用糖能從糖質(zhì)藤中來，那么平均來講要比今天的石油化學(xué)品節(jié)省85%的不可再生能源。而且，從單位農(nóng)田（GJ每公頃農(nóng)田節(jié)省的能量）不可再生能源的節(jié)省來看，白色生物技術(shù)產(chǎn)品要比石油液體燃料（乙醇）

7、得更高分。白色生物技術(shù)產(chǎn)品與其對應(yīng)得石油基產(chǎn)品相比經(jīng)濟(jì)方面的挑戰(zhàn)同技術(shù)的進(jìn)步也是密切相關(guān)的?？偟膩碇v，技術(shù)的突破（包括生物工序和產(chǎn)品的分離純化）以達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行要比改進(jìn)環(huán)保更具吸引力。在第四章，三個(gè)針對歐洲到2050年的情景構(gòu)想進(jìn)行闡述。我們區(qū)分了三個(gè)情景：一個(gè)低的情景是生物基化學(xué)品的條件并不看好（石油價(jià)格高達(dá)30美元每桶；糖價(jià)格高達(dá)400 歐元/t；0%p.a. 在化學(xué)品行業(yè)自然增長），一個(gè)中等的情景是石油價(jià)格高達(dá)66美元每桶；糖價(jià)格高達(dá)200 歐元/t以及1.5% p.a. 有機(jī)酸化學(xué)品行業(yè)自然增長, 一個(gè)高的情景是石油價(jià)格高達(dá)83美元每桶；糖價(jià)格約70 歐元/t以及3.0% p.a. 化學(xué)

8、品行業(yè)自然增長。歐洲（EU-25）不可再生能源的絕對節(jié)省還得看選擇怎樣的情景。在這樣的情景中到2050年大約有7%-10%的用于生產(chǎn)特定化學(xué)品的不可再生能源可以節(jié)??；在中等和高的情景中這個(gè)百分量分別為20%-30%和39%-67%（淀粉價(jià)格更低；木質(zhì)素價(jià)格高一點(diǎn)；見4.5.2節(jié)以及附錄11-13）。換而言之，如果白色生物技術(shù)能在2050年之前取得重大突破，木質(zhì)素的利用得到成功的開發(fā)，那么將有三分之二（67%）的用于目前生產(chǎn)我們選中的化學(xué)品的不可再生資源能被節(jié)省。這樣我們選中的化學(xué)品的生產(chǎn)不但能節(jié)能減少溫室氣體的排放，同時(shí)在所有有機(jī)酸的生產(chǎn)中具有優(yōu)勢。這種情況下節(jié)省的百分率大約是剛才引用的一半。

9、在大部分情形下生物基化學(xué)品的生產(chǎn)總占地要相對低些。假如淀粉被用作發(fā)酵用糖那么在這三種情形下總的占地面積是1.038.1百萬公頃。假如木質(zhì)素用作生物原料，僅需要0.415.6百萬公頃的面積。而2002年EU-25相對應(yīng)的耕地面積大約是180百萬公頃。因此，用地需求在未來的幾十年內(nèi)不可能成為關(guān)鍵問題（4.5.2節(jié)）。因此，在2050年白色生物技術(shù)在中等情景和高的情景中將產(chǎn)生巨大的整體經(jīng)濟(jì)節(jié)約效益（6.7和74.8十億歐元），然而在低的情景下它有著小的虧損（-0.13十億歐元，見4.5.2節(jié)）。整體的經(jīng)濟(jì)節(jié)約效益隱含著進(jìn)步的國際競爭力。2050年增加的生物基化學(xué)品價(jià)值在低、中等和高的情景下估計(jì)分別為

10、1.8，8.8和33.2十億歐元。從第四章我們可以得出結(jié)論：在比較理想的情況下（見執(zhí)行概要之后的四種需求）白色生物技術(shù)可以成為現(xiàn)實(shí)，從而使得在經(jīng)濟(jì)節(jié)省的情況下還能節(jié)約不可再生能源的利用和溫室氣體的排放。從各情景的結(jié)果我們可以看出白色生物技術(shù)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)最有可能在發(fā)酵糖價(jià)格較低的國家（特別是在拉丁美洲）大規(guī)模生產(chǎn)。歐洲工業(yè)白色生物技術(shù)首先應(yīng)用在大規(guī)模的國外生產(chǎn)最后再在歐洲開發(fā)其市場。第五章將討論白色生物技術(shù)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)之處。這章的主要目的是深入分析影響整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)和知識缺陷的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。傳統(tǒng)（如身理毒性和意外事故）以及基因修飾（水平基因遷移）的風(fēng)險(xiǎn)都將被分析。生物技術(shù)產(chǎn)品的傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)（基因修飾微生

11、物和農(nóng)作物風(fēng)險(xiǎn)除外）同石油基化學(xué)品具有可比性；然而，假如白色生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，新的原材料，中間品以及終產(chǎn)品將要得到一系列的處理，合適的安全的生產(chǎn)流程需要開發(fā)。白色生物技術(shù)基因修飾微生物應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)是易于控制的假如采取預(yù)防措施；至于知識缺陷，這些措施的具體細(xì)節(jié)還需進(jìn)一步的研究；綠色生物技術(shù)的挑戰(zhàn)要比白色生物技術(shù)大的多，因?yàn)榘咨锛夹g(shù)已快要在化學(xué)品行業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。第六章討論的是大眾和投資者的觀念，因?yàn)檫@對白色生物技術(shù)大規(guī)模實(shí)施有著很大的關(guān)系。我們的結(jié)論是考慮到環(huán)保問題以及可再生能源的應(yīng)用，投資者和大眾對白色生物技術(shù)生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品的態(tài)度基本上是積極的。但是，這個(gè)結(jié)論是基于首先對不同于釀造范圍的研究，然

12、后是在不同于大眾觀念的投資者中進(jìn)行釀造的調(diào)查研究。然而只有通過對大眾觀念的研究才能確認(rèn)結(jié)論的正確性，可獲得的信息表明大眾觀點(diǎn)并不是關(guān)鍵因素，相反它在目前的環(huán)境下是支持性的。最后，最終的結(jié)論在第七章得到總結(jié)。必須牢記的是關(guān)于未來生物過程（詳見表3-2）和下游過程的釀造調(diào)查假設(shè)是評價(jià)計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵。并且，在進(jìn)行釀造工程時(shí)石油基產(chǎn)品的創(chuàng)新并沒有考慮到，包括可能變成生物基白色生物技術(shù)大眾化學(xué)品最大威脅的煤中生產(chǎn)石油精煉化學(xué)品。從分析中我們得出結(jié)論以下四個(gè)核心需求必須滿足以更好地向生物基化學(xué)品行業(yè)邁進(jìn)，即：1， 在生物生產(chǎn)過程中重大技術(shù)突破2， 下游工序的重大進(jìn)步3， 化石燃料價(jià)格必須高4， 發(fā)酵用糖價(jià)

13、格必須低對于每個(gè)因素我們都提供了采取相應(yīng)措施的建議，同時(shí)我們還提出了伴隨行為（見7.2章）?？傊紤]到這四個(gè)核心要求以及提供的相應(yīng)措施，我們強(qiáng)力建議發(fā)展一個(gè)整體的白色生物技術(shù)策略，使得歐盟積極支持白色生物技術(shù)。目 錄1.引言111.1計(jì)劃的目標(biāo)及范圍121.2為什么使用生物質(zhì)公司遠(yuǎn)景141.3為什么使用生物質(zhì)政府遠(yuǎn)景151.4本文結(jié)構(gòu)162白色生物技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)182.1 C2 平臺化合物212.1.1 酒精212.1.2 乙酸322.2 C3 平臺化合物332.2.1 乳酸332.2.2 甘油352.2.3 3-乳酸382.2.4 1，3-丙二醇402.2.5 丙烯酸442.3 C4 平臺

14、化合物442.3.1 丁二酸442.3.2 富馬酸492.3.3 天冬氨酸512.3.4 1-丁醇532.3.5 1,4-丁二醇552.4 C5 平臺化合物562.4.1木糖，阿拉伯糖和木糖醇，阿拉伯糖醇562.4.2乙酰丙酸592.4.3糠醛612.5 C6 平臺化合物632.5.1蔗糖和葡萄糖632.5.2山梨醇742.5.3 5-羥甲基糠醛762.5.4己二酸792.6 >C6結(jié)構(gòu)單元（天然脂肪和油脂的衍生物）802.7生產(chǎn)大宗化學(xué)品的基因改良農(nóng)作物822.7.1探索基因改良作物作為大宗化學(xué)品的生產(chǎn)平臺822.7.2產(chǎn)品分類概述842.7.3產(chǎn)品種類發(fā)展現(xiàn)狀852.7.4碳水化合物

15、892.7.5脂肪、油脂和脂肪酸912.7.6氨基酸922.7.7聚合物942.7.8木質(zhì)纖維素962.7.9利用GMPs作為大宗化學(xué)品生產(chǎn)平臺的挑戰(zhàn)972.8 概要與結(jié)論983 21種產(chǎn)品的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)評估1083.1 一般性的方法1103.1.1 發(fā)酵操作1103.1.2產(chǎn)品的分離1133.1.3 操作能耗1153.2 環(huán)境評估方法1163.2.1環(huán)境評價(jià)的目標(biāo)和范圍1173.2.2 能量利用、溫室氣體（GHG）排放及土地使用計(jì)算方法論1213.2.3副產(chǎn)品配置（分配）1243.2.4 credits排出能量計(jì)算方法1243.2.5 可燃廢物的處理1263.3經(jīng)濟(jì)定量評估方法1283.3.1

16、 經(jīng)濟(jì)評估方法1283.3.2 放大1303.3.3 解釋結(jié)果1303.4 對每個(gè)產(chǎn)品的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)評價(jià)的結(jié)果1313.4.1 可發(fā)酵糖1323.4.2 典型發(fā)酵產(chǎn)品1,3-PDO的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析1403.4.3 總覽所有發(fā)酵產(chǎn)品對環(huán)境的影響1553.4.4 所有發(fā)酵產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)成效之綜述1663.4.5 酶轉(zhuǎn)化的能量分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)1754 生物工業(yè)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)1844.1 組織管理嚴(yán)密的市場方案1854.2.方法1864.2.1技術(shù)性替代潛力1864.2.2 經(jīng)濟(jì)性替代潛力1874.2.3技術(shù)擴(kuò)散1884.3 生物工藝化學(xué)品和相關(guān)的石化產(chǎn)品1894.3.1產(chǎn)品的選擇1894.3.2 數(shù)據(jù)輸入1

17、904.4 方案假設(shè)1914.4.1化石燃料價(jià)1924.4.2生物工業(yè)技術(shù)的發(fā)展1944.4.3生物原料成本及土地的可利用性1944.4.4化學(xué)品市場1954.4.5補(bǔ)充1964.5市場計(jì)劃1964.5.1市場潛力1964.5.2 經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的利益2004.6 討論2044.6.1不確定性和靈敏性2044.6.2從長遠(yuǎn)眼光看該項(xiàng)目效益2064.7結(jié)論2085.工業(yè)生物技術(shù)的潛在風(fēng)險(xiǎn)2115.1.1 方法論2常規(guī)排放造成的外部風(fēng)險(xiǎn)2技術(shù)事故造成的外部風(fēng)險(xiǎn)2 意外事故2工作相關(guān)的疾病2風(fēng)險(xiǎn)指示表2165.1.

18、2 結(jié)果2175.1.3不確定性分析2215.1.4 結(jié)論2255.2與 GMO相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)2265.2.1 對基因改良生物的風(fēng)險(xiǎn)評估2285.2.2 GMOs 在工業(yè)生物技術(shù)中的應(yīng)用2305.2.3 工業(yè)生物技術(shù)中GM植物的應(yīng)用2325.2.4 基因改良的微生物和植物的PHA的生產(chǎn)2335.2.5 結(jié)論 2356. 公眾和利益相關(guān)者的觀點(diǎn)2376.1 回顧公眾對于新技術(shù)引進(jìn)的作用2376.2 影響公眾對用生物技術(shù)以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品的看法的關(guān)鍵因素2406.2.1 環(huán)境影響和倫理約束2416.2.2社會經(jīng)濟(jì)和宏觀經(jīng)濟(jì)影響2456.2.3事故2516.2.4對初步評價(jià)的總結(jié)2546.3早

19、期研究的結(jié)果2546.3.1 歐洲民意調(diào)查2556.3.2 德國的BMBF計(jì)劃2556.3.3 Kassel項(xiàng)目2586.3.4 NatureWorks Graptine 研究2606.3.5 在德國關(guān)于可再生資源的調(diào)查2606.3.6早期研究結(jié)果26264 BREW調(diào)查2636.5結(jié)論2707歸納和總結(jié)2747.1 概括2757.1.1 出現(xiàn)的工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品2757.1.2 環(huán)境和經(jīng)濟(jì)2767.1.3對于大規(guī)模的化學(xué)品生產(chǎn)的生物技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)2857.1.4大眾和投資者白色生物技術(shù)觀念2877.2 結(jié)論2881、序 論在過去的幾年里包括基因工程在內(nèi)的生物工程取得了巨大的發(fā)展。在未來的數(shù)年將取得

20、進(jìn)一步的科學(xué)以及技術(shù)上的突破。迄今為止，在工業(yè)上生物工程主要用于兩個(gè)方面：一方面是食物及飼料的生產(chǎn)，另一方面是醫(yī)藥應(yīng)用。因?yàn)槿祟惢蛟谧罱絹碓街匾婕盎蚬こ痰纳鐣懻撘仓饕嬖谟谶@兩個(gè)領(lǐng)域。除了食品及飼料產(chǎn)品以及醫(yī)藥應(yīng)用，生物工程也將用于化工材料以及中間體的生產(chǎn)。人們對生物工程在更遠(yuǎn)的將來為科學(xué)、技術(shù)以及社會帶來的好處充滿了希望。(EuropaBio and ESAB, not dated; EuropaBio/ESAB/SusChem 2005, not dated Eur.Commiss. 2002; Eur. Commiss. 2004; OECD 2001; BACAS 2004

21、; Dechema 2004; Astet al. 2004; Gavrilescu and Chisti 2005; Willke and Vorlop 2004; Wagner et al. 2004;Hoppenheidt et al. 2004; Werpy and Petersen 2004)植物利用光能將CO2裝和為多聚糖以及其他的復(fù)雜分子，利用生物工程合成大宗化學(xué)原料以及中間體可以利用植物作為潛在原材料。如果植物可以更清楚的適應(yīng)某些生物技術(shù)工程的需要將更好的利用生物工程。因?yàn)槔每稍偕Y源為原料并可以減少廢物（包括CO2）以及有毒廢料排放到生物圈中，人們希望生物技術(shù)可以用于更清潔

22、的生產(chǎn)大宗化學(xué)品(e.g., OECD 2001)。生物技術(shù)用于生產(chǎn)現(xiàn)在利用石化資源合成的各種大宗化學(xué)品可能更具效率，同時(shí)可以合成新的作為許多其他更有用的材料的基礎(chǔ)化合物（“平臺化合物”）。到目前，一些化學(xué)工廠為了發(fā)開使用生物技術(shù)合成化學(xué)品，已經(jīng)在研究開發(fā)以及工業(yè)生產(chǎn)部門投入了很多的資金(Degussa, DSM, DuPont, NatureWorks, Novozymes)。有趣的是在化工中生物技術(shù)的潛力被不同的部門表現(xiàn)在完全不同的方面，例如：歐洲化工聯(lián)盟（CEFIC 2004）和一些環(huán)境政府部門（例如德國綠色團(tuán)體，Bündnis 90/Die Grünen）。歐盟將生

23、物技術(shù)合成大宗化學(xué)品作為不僅是第六框架計(jì)劃研究議程，同時(shí)也是未來第七框架計(jì)劃的研究議程(compare EuropaBio, 2005)。而且，歐洲國家已經(jīng)啟動了相當(dāng)多的研究開發(fā)部門（例如，一個(gè)工業(yè)生物技術(shù)聯(lián)合協(xié)會將在荷蘭建立，Task Force Ind. Biotechnology, 2005)。這表示化工中生物技術(shù)的發(fā)展具有強(qiáng)烈的驅(qū)動力，同時(shí)人們對于這些前景持有廣泛的積極態(tài)度。驚人的是關(guān)于對目前以及將來的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的好處，公共知之甚少。研究常常針對少數(shù)個(gè)案，所以提出的結(jié)論不是十分確定（OECD 2001)。之前的對技術(shù)發(fā)展水平以及生物技術(shù)的前景的報(bào)道(例如，SRI-PEP 227 199

24、9; SRI-PEP 236 2001; SRI-PEP 188B 2002)大體上提供了對工業(yè)應(yīng)用生物技術(shù)的現(xiàn)狀和前景更好的了解。盡管如此，大部分研究成本較高，限制了其廣泛應(yīng)用，因此也限制了廣泛的討論以及企業(yè)同政府之間的合作發(fā)展。這標(biāo)明存在一條明顯的信息間斷，這就更需要公眾以及私人的討論。之前的公共討論以及調(diào)查可以幫助避免公眾的不完全了解以及錯(cuò)誤的期望。為了達(dá)到這些目的，這方面的消息必須及時(shí)公開。除了利用生物技術(shù)對可再生原料加工處理，得到生物質(zhì)化學(xué)品的其他（非生物技術(shù)）處理路線有：直接利用天然化合物及其變體（例如，利用淀粉制熱塑性淀粉）或者熱化學(xué)轉(zhuǎn)換過程（例如，快速熱分解生物質(zhì)合成芳香劑或者

25、生物質(zhì)C1化學(xué)處理氣化）。在這兩個(gè)領(lǐng)域里存在很多有價(jià)值的成功示例（例如，Bastioli 2005 and Crank et al. 2005; Hamelinck and Faaij 2002）都是針對應(yīng)用生物技術(shù)合成有機(jī)的大宗化合物。生物技術(shù)中有分為綠色生物技術(shù)、紅色生物技術(shù)和白色生物技術(shù)。綠色生物技術(shù)是用于遺傳修飾的農(nóng)作物（目前絕大多數(shù)是用于食品及飼料），紅色生物技術(shù)是用于醫(yī)藥用品，白色生物技術(shù)是用于發(fā)酵和酶催化過程生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品以及燃料。白色生物技術(shù)也可能用到遺傳修飾物種。這篇報(bào)道是關(guān)于白色生物技術(shù)，在美國也被稱為是工業(yè)生物技術(shù)。因?yàn)榫G色生物技術(shù)可以用于合成化合物（例如，多羥基抗生素類多

26、聚物）或者熱化學(xué)或發(fā)酵過程的原料，本文涉及到的內(nèi)容也可能超過此研究范圍。然而在一些章節(jié)中涉及的綠色生物技術(shù)是為了做比較（尤其在5、6章中關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)以及公共意識部分）。白色生物技術(shù)之所以成為本文的研究主旨是因?yàn)樵卺t(yī)藥方面，較綠色生物技術(shù)化工一般更傾向于利用白色生物技術(shù)，同時(shí)也因?yàn)槟壳搬槍G色生物技術(shù)的反對意見更多。1.1 計(jì)劃的目標(biāo)及范圍本文研究了有機(jī)化合物合成的生物技術(shù)中長期的機(jī)會以及風(fēng)險(xiǎn)。目標(biāo)是對未來白色生物技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)取得更好的了解。其關(guān)鍵問題是白色生物技術(shù)可以生產(chǎn)什么產(chǎn)品，這些產(chǎn)品是否可以節(jié)約能源以及減少溫室氣體（GHG）排放，在什么條件下才能使這些產(chǎn)品商業(yè)化，發(fā)酵基因修飾物種

27、（GMO）將帶來什么風(fēng)險(xiǎn)，以及公共效應(yīng)將如何。分析這些問題的結(jié)論的范圍是：l 以技術(shù)的觀點(diǎn)，所有研究內(nèi)容應(yīng)該包括至少一個(gè)處理步驟為白色生物技術(shù)，例如，發(fā)酵或者酶轉(zhuǎn)化，無論用或不用基因修飾物種。同時(shí)也要包括一個(gè)以上的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。l 因?yàn)榭梢岳冒咨锛夹g(shù)處理石化以及生物質(zhì)原料，BREW項(xiàng)目研究集中于可再生資源（生物質(zhì)原料）合成生物質(zhì)產(chǎn)品，因?yàn)檫@樣更能節(jié)約能源及減少GHG排放。所有的白色生物技術(shù)產(chǎn)品都可以與石化產(chǎn)品相媲美。l 雖然已經(jīng)存在一些利用白色生物技術(shù)的大規(guī)模處理過程，但是這項(xiàng)技術(shù)仍處于初期。本文評價(jià)了目前及未來的工藝水平，提出了白色生物技術(shù)的預(yù)期水平以及未來二三十年（20202030）

28、下游工程可達(dá)到的水平。技術(shù)的完善需要更多的時(shí)間，因此本文的時(shí)間跨度可以達(dá)到2050年。l 為了評估節(jié)約的能量以及減少的GHG排放，本文分析了白色生物技術(shù)生產(chǎn)的大宗化學(xué)物。這里大宗化學(xué)品是指到2020年西歐每年2050kt（1kt=1千噸=1000公噸），更理想的是至少達(dá)到更大規(guī)模200kt。小規(guī)模高價(jià)值的產(chǎn)品不包括在內(nèi)1。l 這里的產(chǎn)品只包括核心的化工產(chǎn)品。因此例如食品、飼料、造紙以及紡織等產(chǎn)品不包括在內(nèi)。同時(shí)只作為燃料的產(chǎn)品也不包括在內(nèi)。相反，例如乙醇等同時(shí)可以作為化學(xué)品以及燃料的產(chǎn)品包括在內(nèi)。總而言之，這篇報(bào)道中的產(chǎn)品是指白色生物技術(shù)生產(chǎn)的大宗的生物質(zhì)有機(jī)化合物。我們簡稱其為生物質(zhì)產(chǎn)品，生

29、物質(zhì)化學(xué)品或者白色生物技術(shù)產(chǎn)品（及類似同義詞）。這些產(chǎn)品等同于石化產(chǎn)品。生物質(zhì)化學(xué)品受到工業(yè)界以及政府機(jī)關(guān)越來越多的關(guān)注。因此我們將在接下來的兩段（1.21.3）從這兩方面進(jìn)行討論。1第2章為每年2050kt的小規(guī)模，第3、4章中為了得到生物質(zhì)產(chǎn)品潛在的前景分析使用的是每年至少200kt的規(guī)模。1.2 為什么使用生物質(zhì)公司遠(yuǎn)景目前為止，絕大多數(shù)的有機(jī)化合物都是利用石油化工合成的，而且很清楚的是目前公司仍沒有大量使用生物質(zhì)原料的最重要的原因是生產(chǎn)成本較高。只有少數(shù)生物質(zhì)產(chǎn)品同石化原料的化工產(chǎn)品相媲美或更好，以乙醇為例：全世界利用生物質(zhì)（主要玉米淀粉以及甘蔗）使用生物技術(shù)生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)量至少是以蒸氣

30、cracker2石化的10倍。一個(gè)較新的例子是1,3-丙二醇（PDO）：SHELL公司利用環(huán)氧乙烷（SRI-PEP 227 1999）以石化方法生產(chǎn)PDO，而DuPont公司最近新建了一條利用玉米中的葡萄糖合成PDO的生產(chǎn)線（Muska and Alles 2005）。選擇不同的原料是由于經(jīng)濟(jì)原因?；诠δ艿母偁幎腔瘜W(xué)方面更加平常（例如，以植物油作為表明活性劑以及聚乳酸相較于聚對苯二甲酸乙酯）。一些生物質(zhì)產(chǎn)品具有其他功能，可以得到更高價(jià)值的產(chǎn)品（例如，手性產(chǎn)品或者生物降解塑料包裝）。 在小范圍市場，由于綠色產(chǎn)品的理念，生產(chǎn)商應(yīng)用生物質(zhì)原料的產(chǎn)品價(jià)格更高。例如，實(shí)際上目前應(yīng)用的所有大宗聚合物，

31、已經(jīng)發(fā)展了45到80年，人們質(zhì)疑未來是否還有新的大宗塑料出現(xiàn)(Lemstra 2005)。因此生物質(zhì)化學(xué)品填補(bǔ)了這部分。同時(shí)緊張的商業(yè)狀況使生物質(zhì)化學(xué)品更難競爭。這種矛盾統(tǒng)一的情況似乎已經(jīng)導(dǎo)致了化工業(yè)出現(xiàn)不同的商業(yè)策略。例如，DSM以及Degussa已經(jīng)能夠從石油化工業(yè)退出，集中精力到精細(xì)化工，尤其是利用白色生物技術(shù)。Nature WorksLLC3 是首家擁有全球范圍生產(chǎn)生物質(zhì)聚合物（既聚乳酸，PLA）的工業(yè)生產(chǎn)線（生產(chǎn)力為每年140kt）。這推進(jìn)了人們對生物質(zhì)聚合物尤其是PLA的興趣，也可能促進(jìn)其他企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)以及公共基金認(rèn)真的去考慮甚至投資生物質(zhì)化合物。Nature Works將聚對苯

32、二甲酸乙酯（PET）是作為一種重要的目標(biāo)產(chǎn)品并且在成本上已經(jīng)具有競爭力。PLA產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場，零售商和品牌商開始承認(rèn)更多的聚合物以及可再生原材料的應(yīng)用價(jià)值。但是PLA產(chǎn)品必須和已經(jīng)存在的聚合物競爭而且快速擴(kuò)張的PLA市場仍然存在機(jī)遇。2根據(jù)Weissermel and Arpe (2003)，1997年全世界生產(chǎn)了24.11百萬噸的生物乙醇，1998年steam crackers乙烯石化合成乙醇的全球產(chǎn)量為2.6百萬噸。根據(jù)Berg (2004)全世界乙醇總產(chǎn)量約31.5百萬噸（Berg 2004）。3直到2005年初名稱為Cargill Dow（Dow Chemical和Cargill合營

33、）同已經(jīng)對生物質(zhì)化學(xué)品的研究投入很多的Degussa、DMS以及Nature Works一樣，越來越多的大公司開始發(fā)掘這個(gè)領(lǐng)域并開始謹(jǐn)慎的嘗試4。另一方面，在化工業(yè)中許多人對于大規(guī)模生產(chǎn)生物質(zhì)化合物沒有那么多的商機(jī)，至少在短到中期都不會太多。公司的不同的期望需要進(jìn)一步分析。1.3 為什么使用生物質(zhì)政府遠(yuǎn)景政府主要關(guān)注的重點(diǎn)是，原則上生物質(zhì)材料對于節(jié)約能量（石化能量），減少排放溫室氣體（GHG）供給安全，創(chuàng)新改革甚至化工業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)究竟有多大。生命評估研究（LCA）可以得到生物質(zhì)聚合物節(jié)約能量以及減少排放可以達(dá)到的數(shù)量級為每千克（Patel等，2003）。因此，到2020年，歐洲已經(jīng)和快要

34、商業(yè)化的生物質(zhì)聚合物的市場占有量不會超過23百萬噸，也就是目前聚合物市場的4.4%6.7%（2000年西歐大約45百萬噸），這種數(shù)量級上的能量節(jié)約很少。直到2020年，預(yù)期減少不少于化工CO2排放量的5%（2000年）；與目前整體CO2的排放量相比，由于使用生物質(zhì)聚合物減少的排放量將不少于0.2%（Crank et al. 2005）。這些評估數(shù)據(jù)只涉及到已經(jīng)商業(yè)化和將要商業(yè)化的生物質(zhì)聚合物。擴(kuò)張到整個(gè)商業(yè)化和將要商業(yè)化的有機(jī)化合物（包括聚合物）得到的結(jié)果很相似，因?yàn)榫酆衔锎砹舜蟛糠值挠袡C(jī)化合物?？赡苡腥藭f這種節(jié)約太少了而不能說生物質(zhì)聚合物是一種有效的減少溫室氣體的排放的方法，但是相較于早

35、期的生物質(zhì)化合物發(fā)展政策以及現(xiàn)在的整個(gè)化工業(yè)潛在變革的機(jī)遇，不能過早的得出這種結(jié)論。還需要更多的時(shí)間來發(fā)展和實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的技術(shù)。介于氣候政策對于整個(gè)經(jīng)濟(jì)更像一個(gè)多年的工作，也由于技術(shù)發(fā)展可以帶來許多進(jìn)一步的獲益（例如，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和就業(yè)），因此是值得在近幾年開創(chuàng)這種長期規(guī)劃。尤其對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會來說，白色生物技術(shù)是一項(xiàng)有希望的事業(yè)。為了確定最具性價(jià)比和對環(huán)境最有利的措施以達(dá)到其減少溫室氣體排放的目標(biāo)而進(jìn)行的歐洲氣候變化規(guī)劃的最終報(bào)告（2000年中期到2001年中期）指出，也提出利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)大宗化學(xué)品的生物技術(shù)（ECCP 2001）。而且生物可再生能源有重要的協(xié)4另一方面，BP最近與Metabo

36、lix合作開發(fā)軟枝草為原料合成PHA（Green Biotechnology; Tullo 2005）；BASF宣布將開展一項(xiàng)利用可再生原材料得到生物降解塑料（BASF 2005)；Archer Daniels Midland (ADM)和Metabolix將建立生產(chǎn)力為每年50000噸的多羥基抗生素（PHA）生產(chǎn)線(ADM 2006; Metabolix 2006)。作作用，因?yàn)橛米魅剂系纳镆掖家呀?jīng)利用生物技術(shù)生產(chǎn)并在歐洲政策促進(jìn)下迅速壯大（Eur. Commis.-ETAP Newsletter 2005;Official Journal of the EU 2003）。至于在一些歐洲國

37、家利用菜籽油催化轉(zhuǎn)化的生物柴油，白色生物技術(shù)（這里指酶催化轉(zhuǎn)化過程）可改善其相對位置。除了對環(huán)境的好處（2010年達(dá)到廢物最小量化，耗能較小，GHG排放減少），根據(jù)EuropaBio（2003）白色生物技術(shù)是許多歐洲工業(yè)的競爭力至關(guān)重要，也就是化合物、紡織品和皮革、動物飼料、紙漿和造紙，能源，金屬和礦物，以及廢物處理過程。根據(jù)McKinsey & Company 2003 (quoted in EuropaBio 2003) 直到2010年，白色生物技術(shù)可以用于生產(chǎn)1020%的化學(xué)品，還可以創(chuàng)造每年110220億的增加值。粗略的看這種增加值的一半被認(rèn)為是部分因?yàn)樵牧系某杀炯凹庸み^程的

38、降低，另一半是因?yàn)樾庐a(chǎn)品或者更好的產(chǎn)品增加的收入（McKinsey & Company 2003, 引用自 EuropaBio 2003）。在歐洲及其成員國爭取保證他們的工業(yè)達(dá)到最好的水平，以培養(yǎng)競爭力和成長，同時(shí)追求環(huán)境效果。因此有必要了解目前以及將來的邊界條件以及政策需要怎樣改變這些。在未來幾十年，對于歐洲這樣重要的改變之一是作為提供及處理大量低價(jià)生物質(zhì)原材料的東歐國家的整合。在這些政策和措施中，對白色生物技術(shù)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)值有最大的影響的是保證歐盟農(nóng)產(chǎn)品在世界市場的價(jià)格或者產(chǎn)品償還借款的變更。除此之外，如果前景一直看好而且可以保證高附加值，政府可能增加其白色生物技術(shù)的RD（而且可能是

39、其他生物質(zhì)化合物）。當(dāng)決定是否支持白色生物技術(shù)和生物質(zhì)化合物，而且政府將不得不考慮到這些產(chǎn)品的公共影響。1.4 本文結(jié)構(gòu)除了介紹的章節(jié)（第一章），本文分為6個(gè)章節(jié)。第2章的主要目的是綜述白色生物技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)和解釋那些化合物是可以利用這個(gè)生產(chǎn)的。詳細(xì)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)評估在第3章（利用專有的量詞既每噸產(chǎn)品）。第3章也稍稍討論叫做生成方法（Generic Approach），這是我們進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的方法論。在第4章有三節(jié)討論Europe (EU-25)，分為假定的生物質(zhì)化合物的良性、中等以及不利的條件。在第5章涉及到利用白色生物技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。這章的主要目的是說明影響整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的重要因素以及知識缺陷。分析了

40、傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)（例如，對人類的毒性及事故）和涉及到基因修正的風(fēng)險(xiǎn)（例如，水平基因轉(zhuǎn)移）。因?yàn)楣娪绊懣赡軐τ诎咨锛夹g(shù)的大規(guī)模推廣的實(shí)現(xiàn)有重要的影響，這樣都在第6章討論到，通過數(shù)據(jù)和提出觀察結(jié)果得出結(jié)論。最后在第7章概述總結(jié)得出結(jié)論。2、白色生物技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)5這一章是對大量化學(xué)品和媒介物的生物技術(shù)步驟的概述（見1.1節(jié) 范圍的確定）。本章旨在：l 綜合概述相關(guān)的過程和產(chǎn)品并描繪出生物技術(shù)在此領(lǐng)域的技術(shù)潛力，l 匯編分散的不同來源的信息，l 為從以下的章節(jié)中提出選擇性的證據(jù)和結(jié)果提供一個(gè)基礎(chǔ)。本章是由各種類型的基礎(chǔ)原料組成的。 我們把基礎(chǔ)原料定義成從菌體中提煉出的化學(xué)品，通過應(yīng)用生物技術(shù)得到。當(dāng)

41、進(jìn)一步的過程（普通的化學(xué)或生物技術(shù)處理）應(yīng)用的時(shí)候，基礎(chǔ)原料 通常是形成各種有吸引力的產(chǎn)物的基礎(chǔ)。它們因此有潛力被大量生產(chǎn)，至少在以后更長的一段時(shí)間內(nèi)可以。盡管一些化合物如燃料，動物飼料或食品成分的杰出用途不在定義基礎(chǔ)原料的范圍之內(nèi)，重要的用途還是在第二章提到了，以便于提供更完整的畫面。為了確定化學(xué)品未能進(jìn)入這次研究的范圍（1.1節(jié)），我們開展了由以下因素組成的程序： l 生物技術(shù)生產(chǎn)的化學(xué)品，即從大量生物質(zhì)中生產(chǎn)的化學(xué)品的確定，l 證明大量化學(xué)品是通過化石來源制得的，但也可通過一些生物技術(shù)步驟，從菌體中獲得，l 證明在生物基礎(chǔ)上，通過生物技術(shù)方法得到的產(chǎn)品與通過化石燃料得到的產(chǎn)品基本是相同的

42、，l 證明以生物法為基礎(chǔ)的，生物技術(shù)方法得到的基礎(chǔ)原料能夠提升化學(xué)品的種類，因此大量需要。圖表2-1 展現(xiàn)了運(yùn)用這個(gè)方法以后的結(jié)果。從生物體的主要組成開始，即從蔗糖，淀粉，纖維素和半纖維素和從木質(zhì)素，油脂和蛋白質(zhì)開始，生物技術(shù)方法被證明是能對這些生物體的主要成分進(jìn)行轉(zhuǎn)換的。但是對于完全生產(chǎn)那些物質(zhì)（精細(xì)的或特別的化學(xué)品或主要用與食物的生產(chǎn)）卻沒有進(jìn)行過嘗試，因?yàn)槟切┪镔|(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出BREW計(jì)劃的范圍。圖表2-1中列出的物質(zhì)因而是由通過化學(xué)和生物技術(shù)轉(zhuǎn)化獲得的化合物組成的。5在另外一個(gè)分析步驟中，這些物質(zhì)被分成產(chǎn)品子目錄，從這里基礎(chǔ)原料通過應(yīng)用以下標(biāo)準(zhǔn)被選擇做進(jìn)一步分析：l 基礎(chǔ)原料 或它的派生物直

43、接或間接的代替石化產(chǎn)品生產(chǎn)出大量化學(xué)品的潛力，l 基礎(chǔ)原料承擔(dān)不同產(chǎn)品組基礎(chǔ)的潛力，例如： 提供化學(xué)功能和潛在用途，l 策略方面要符合市場前景和以后的發(fā)展，l 從生物體到基礎(chǔ)原料以及從基礎(chǔ)原料到其派生物合成的復(fù)雜性。在這個(gè)基礎(chǔ)上, 基礎(chǔ)原料被選擇做進(jìn)一步分析。它們在下面的部分被描述，按照化合物中碳原子數(shù)的遞增順序排列。在BREW計(jì)劃中，方法和標(biāo)準(zhǔn)的選擇是相似的，但與Werpy和Peterson2004年的報(bào)告中使用的又有所不同。Werpy和Peterson旨在識別生物體中提取出的最具價(jià)值的額外化學(xué)品。他們的分析因此導(dǎo)致了我們的分析相比略有不同building block前景的列表，因?yàn)槲覀兊姆?/p>

44、析集中于大量的應(yīng)用上。301Utrecht大學(xué) 最終報(bào)告圖 2-1 生物質(zhì)資源通過已建立或可能的生物煉制過程所得到的化學(xué)物質(zhì)這個(gè)分析之外的產(chǎn)品和方法一些相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品和方法不在這個(gè)分析之內(nèi)，盡管它們或許有很大的商業(yè)價(jià)值，并且能瞄準(zhǔn)主流市場。它們被排除在BREW工程的范圍之外是因?yàn)樗麄兊闹饕猛臼怯迷谑澄?，飼料，醫(yī)藥以及純化和分離化學(xué)品的方面；或者要在生物技術(shù)方法以及與化石燃料有關(guān)的一些方法幫助下才能生產(chǎn)。表2-1 列出了這些產(chǎn)品的概況。表2-1 從這個(gè)分析中排除的大概的產(chǎn)品抗生素維他命氨基酸（除了天(門)冬氨酸，賴氨酸，谷氨酸）精煉化學(xué)品工業(yè)用酶通過生物體聚合物的直接變異獲得的聚合物（例如：改

45、進(jìn)的淀粉，纖維素派生物，甲殼素派生物）2.1 C2 平臺化合物2.1.1 酒精酒精的生產(chǎn)酒精是一種具有吸引力的普通化學(xué)品，因?yàn)樗駷橹惯€是通過發(fā)酵從大量生物體中獲得。在2003年，世界酒精產(chǎn)量估計(jì)在大約40bln l左右（l=升；大約相當(dāng)于31500000噸）(Berg 2003;Law 2003)，美國和巴西成為最大的生產(chǎn)國（產(chǎn)量大約分別是14bln l和 11 bln l ）。如今只有不足10%的世界酒精產(chǎn)量是通過原油，天然氣，煤的化學(xué)合成方法得到的，而超過90%是通過通過農(nóng)作物作為原料發(fā)酵得到的（Berg 2004; weissermel and Arpe, 2003）.發(fā)酵和合成酒精

46、的化學(xué)本質(zhì)是相同的。酒精的發(fā)酵法生產(chǎn)被大公司壟斷著，它們擁有巨大的財(cái)力。世界上最大的酒精生產(chǎn)商Archer Daniel Midlands(美國) 已擁有3.4 bln l的生產(chǎn)能力（2001），大約相當(dāng)于世界酒精生產(chǎn)量的10%。合成酒精的主要生產(chǎn)商數(shù)量很少，大多數(shù)是跨國企業(yè)，比如Sasol（德國，南非），SADAF（沙特阿拉伯，由兩個(gè)股份各占50%的集團(tuán)殼牌集團(tuán)（英國，荷蘭）和沙特阿拉伯基礎(chǔ)工業(yè)集團(tuán)組成），BP（英國）以及Equistar集團(tuán)（美國）(Schmitz 2003)。用生化法生產(chǎn)酒精的工藝就是用酵母對糖和淀粉進(jìn)行大范圍的發(fā)酵，純化酒精的方法是通過蒸餾（Wheals et al.

47、1999; Schmitz, 2003; Schmitz 2005）。在2003年， 世界上61%的酒精產(chǎn)量是從糖類農(nóng)作物（甜菜，甘蔗）或者淀粉類農(nóng)作物（谷物，尤其玉米是主要的原料）來的。原材料占了原料酒精總成本的70%到80%，因此是酒精生產(chǎn)利潤的重要決定因素。 酒精生產(chǎn)的基本方法經(jīng)過幾十年的逐步改進(jìn)技術(shù)上已趨于成熟。為了使整個(gè)生產(chǎn)過程優(yōu)化，須對以下步驟進(jìn)行改進(jìn)：l 培養(yǎng)基的選擇l 用于生產(chǎn)的微生物的選擇l 培養(yǎng)基的狀態(tài)l 從碳水化合物到可發(fā)酵的單糖的轉(zhuǎn)化l 糖轉(zhuǎn)化成酒精的發(fā)酵過程l 酒精的后處理l 酒精生產(chǎn)的副產(chǎn)物和廢料的利用l 所有設(shè)備的組成，設(shè)計(jì)，人員的分配等因素的綜合考慮最近幾年的方

48、法導(dǎo)致用玉米和甘蔗發(fā)酵酒精的方法的高度運(yùn)用（見表2-2）。表2-3到表2-7 給出了在生產(chǎn)生化酒精的過程中，每一步生產(chǎn)工藝的概況，以及關(guān)鍵因素/要求，挑戰(zhàn)和克服瓶頸的方法。為了在商業(yè)過程中可行，酒精的產(chǎn)量（作為投入的用于發(fā)酵糖的一部分來計(jì)算）必需達(dá)到理論值的90-95%，1g酒精l/h的產(chǎn)率應(yīng)該獲得（Zaldivar et al. 2001,p.23）。因?yàn)榉椒ú粩嗟母倪M(jìn)，用淀粉生產(chǎn)酒精的生產(chǎn)成本從1980年的0.98US$/l酒精降到1993年的0.32US$/l酒精(Wyman 1994，p.11)。公布的生產(chǎn)成本估計(jì)在0.31-0.38US$酒精（Wooley et al.1999,p.

49、801）。到1998年，在巴西用甘蔗生產(chǎn)酒精的成本達(dá)到0.26US$/l 酒精(Zanin et al. 2000，p. 1155)。盡管有這些明顯的改進(jìn)，即使在最有利的條件下，生化法生產(chǎn)仍比用汽油生產(chǎn)花費(fèi)更多。表 2-2 用甘蔗和玉米生產(chǎn)出的酒精的技術(shù)發(fā)展水平特征(Wheals et al. 1999；Vogelbusch，2006)甘蔗玉米作物的產(chǎn)量（t/ha）80-10012糖的產(chǎn)量（t/ha）12-15n.a.最大酒精產(chǎn)量6(liter/ha)90004400平均酒精產(chǎn)量(liter/ha)77502750平均發(fā)酵效率（%）9289典型發(fā)酵時(shí)間(h)6-1040酒精濃度(g/l)100100酒精生產(chǎn)力(g/l/h)24-8注：濃度和生產(chǎn)力的數(shù)據(jù)涉及到一系列無細(xì)胞循環(huán)（下限）和有細(xì)胞循環(huán)（上限）的作物。這些數(shù)據(jù)源自Vogelbusch(2006)，別的數(shù)據(jù)來自Wheals et al.(1999)。盡管發(fā)酵法生產(chǎn)酒精在技術(shù)上已經(jīng)很成熟，在成本方面仍有縮小的空間。開發(fā)這方面的潛力能使生物酒精與以化石燃料為原料制得的能源更有競爭力。減少生