2017年9月國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等十五部委下發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》，提出在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，到2020年基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋。當(dāng)前我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)量?jī)H占汽油消耗量的2%左右，若實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用E10乙醇汽油，則燃料乙醇缺口超過1000萬噸?！斗桨浮吠瑫r(shí)也指出其實(shí)施的基礎(chǔ)和前提是“保障國(guó)家糧食安全”，避免出現(xiàn)“與民爭(zhēng)糧、與糧爭(zhēng)地”等問題。因此，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)人口眾多、石油資源有限的大國(guó)來說，開發(fā)非糧的乙醇生產(chǎn)原料與生產(chǎn)技術(shù)具有戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實(shí)意義。合成氣（syngas）是主要由氫氣、一氧化碳和二氧化碳組成的混合氣。合成氣來源廣泛，煤化工、鋼鐵工業(yè)、石油煉廠等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量合成氣，農(nóng)林廢棄物通過氣化也可制得合成氣。由于其易得性，使合成氣成為一種極具潛力的可持續(xù)能源與化工生產(chǎn)原料。大量的原料和巨大的需求之間缺少高效轉(zhuǎn)化技術(shù)是目前阻礙生物燃料乙醇大規(guī)模應(yīng)用的基本國(guó)情。
青島能源所李福利研究員帶領(lǐng)的分子微生物工程研究組長(zhǎng)期致力于燃料乙醇的生物合成研究。近日，該研究組與中科院上海植生所顧陽研究員以及山東大學(xué)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的王書寧教授通力合作，闡明了合成氣利用的模式菌株永達(dá)爾梭菌（Clostridium ljungdahlii）合成乙醇的能量代謝調(diào)控機(jī)制（圖1）。通過基因敲除和碳13同位素標(biāo)記，闡明了乙醇代謝的關(guān)鍵途徑與回流機(jī)制?；诖?，通過設(shè)計(jì)新型的氣液發(fā)酵裝置，使醇產(chǎn)量提升到50 g/L，產(chǎn)物組成以產(chǎn)酸為主轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)醇為主（圖2），相關(guān)研究成果發(fā)表在微生物領(lǐng)域著名期刊Frontiers in Microbiology和Applied and Environmental Microbiology上，乙醇產(chǎn)量和產(chǎn)率的提高大大推動(dòng)了合成氣生物轉(zhuǎn)化的規(guī)?；瘧?yīng)用。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、山東省自然科學(xué)基金委和中國(guó)石油化工股份有限公司的資助（文/圖 劉自勇）。
1. Zhu HF#, Liu ZY#, Zhao X, Yi JH, Lun ZM, Wang SN, Tang WZ*, Li FL*.2020. Energy conservation and carbon flux distribution during fermentation of CO or H2/CO2 by Clostridium ljungdahlii. Front Microbiol 11. doi: 10.3389/fmicb.2020.00416
2. Zi-Yong Liu, De-Chen Jia, Kun-Di Zhang, Hai-Feng Zhu, Quan Zhang, Wei-Hong Jiang, Yang Gu*, Fu-Li Li*. Ethanol metabolism dynamics in Clostridium ljungdahlii grown on carbon monoxide. Appl Environ Microbiol. 2020, doi:10.1128/AEM.00730-20.
圖1. 永達(dá)爾梭菌轉(zhuǎn)化合成氣生產(chǎn)乙醇的代謝機(jī)制簡(jiǎn)圖
圖2. 永達(dá)爾梭菌轉(zhuǎn)化合成氣生產(chǎn)乙醇的階段進(jìn)展圖
