2017年9月國家發(fā)改委、國家能源局、財政部等十五部委下發(fā)了《關于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，提出在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，到2020年基本實現(xiàn)全覆蓋。當前我國生物燃料乙醇產(chǎn)量僅占汽油消耗量的2%左右，若實現(xiàn)全國范圍內(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也指出其實施的基礎和前提是“保障國家糧食安全”，避免出現(xiàn)“與民爭糧、與糧爭地”等問題。因此，對于我國這樣一個人口眾多、石油資源有限的大國來說，開發(fā)非糧的乙醇生產(chǎn)原料與生產(chǎn)技術具有戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實意義。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化技術是目前阻礙生物燃料乙醇大規(guī)模應用的基本國情。
青島能源所李福利研究員帶領的分子微生物工程研究組長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微生物重點實驗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爾梭菌（Clostridium ljungdahlii）合成乙醇的能量代謝調(diào)控機制（圖1）。通過基因敲除和碳13同位素標記，闡明了乙醇代謝的關鍵途徑與回流機制。基于此，通過設計新型的氣液發(fā)酵裝置，使醇產(chǎn)量提升到50 g/L，產(chǎn)物組成以產(chǎn)酸為主轉變?yōu)楫a(chǎn)醇為主（圖2），相關研究成果發(fā)表在微生物領域著名期刊Frontiers in Microbiology和Applied and Environmental Microbiology上，乙醇產(chǎn)量和產(chǎn)率的提高大大推動了合成氣生物轉化的規(guī)?；瘧?。
該工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院、山東省自然科學基金委和中國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. 永達爾梭菌轉化合成氣生產(chǎn)乙醇的代謝機制簡圖
圖2. 永達爾梭菌轉化合成氣生產(chǎn)乙醇的階段進展圖
