科学家正致力于研究，怎样将农业废弃物、木材及生长更为迅速的草本植物，转化为种类繁多的生物燃料（甚至是航空燃油）。然而在这些新一代生物燃料完全替代传统化石能源之前，它们必须具备与60美元/桶的原油竞价的能力。

　　撰文 乔治·W·休伯（George W. Hube）

　　布鲁斯·E·戴尔（Bruce E. Dale）

　　翻译 仉磊 章晓庆

　　审校 李十中

　　现在，我们都应该清醒地认识到，对石油过分依赖，会让国家安全、经济安全及环境安全遭受威胁。但文明不能因此停下前进的步伐，我们必须找到新的能源来保障世界运输系统的顺利运转。以非粮原料或农业废弃物为原料转化的液态燃料——纤维素生物燃料（Cellulosic biofuel）有利于环境安全，技术可行性强，近期内最有希望替代传统化石能源。

　　生物燃料可以用植物或植物制品为原材料。目前，第一代生物燃料以可食用作物为原料，主要包括玉米、大豆（美国）、甘蔗（巴西）。用可食用作物制造生物燃料是最简单可行的，因为把这些可食用作物转化为燃料的技术是现成的。然而，第一代生物燃料并非长久之计，原因很简单：没有足够的耕地能够满足发达国家10%的液态燃油原料需求。这种对粮食作物的额外需求还使2008年家畜饲料价格大幅上升，虽然没有达到去年媒体所预言的、近似歇斯底里的高价，但部分粮食价格还是有一定上涨。一旦将玉米生长、收获及加工期间的所有排放纳入经济成本预算，第一代生物燃料显然并不是我们所期望的、对环境安全具有积极影响的能源形式。

　　第二代生物燃料主要以纤维素质材料为原料，如富含纤维素、生长迅速的草本植物，因此将英文汽油（gasoline）单词中前缀“gas”去掉，引入“grass”（草），就组成了形象生动的专有名词“草油”（grassoline）。可转化为草油的原料有很多，从木材废料（锯木屑、木质建筑残片）到农业废弃物（玉米秸秆、小麦茎秆），再到“能源作物”[生长迅速、纤维含量高、专门种植用作草油原料的草本和木本植物]。这些原料作物耕作成本低（与每桶石油有等价能效的草油为10到40美元）、量大，更关键的是，这些作物的种植生产不会干扰和危及粮食生产。大多数能源作物能够在不能用作农田的边际土地上快速生长。还有一些能够在被废水或者重金属污染的土壤中生长并净化土壤，如生长周期较短的灌木柳树（short-rotation willow coppice）。

　　纤维素类植物生物质（biomass，指某一系统中全部或特定的生物总量）丰富，能够可持续地收获，来制造生物燃料。美国农业部和能源部的研究显示，在不减少作为人类食物、动物饲料及出口生物质份额的前提下，美国每年能够生产13亿吨（干重）生物质。如此大量的生物质每年至少能够产生1,000亿加仑（约3,790亿升）草油，大约相当于每年美国汽油、柴油消耗总量的一半（见第23页图表）。放眼全球，每年纤维素类生物质生产量能够转化的生物燃料相当于340亿~1,600亿桶原油，已经超过了目前全球每年30亿桶原油的消耗量。纤维素类生物质能够转化成任何类型的燃料，如乙醇、普通汽油、柴油，甚至航空燃油。

　　现在，科学家仍然更擅长发酵玉米籽粒（有效成分为淀粉），而不是打断纤维素分子链，使它们转变成可发酵单糖，但最近这方面取得了突破性进展。量子化学计算模型（quantum-chemical computational model）之类的强大工具的引入，使化学工程师能够在原子水平控制反应进程。目前科学家将研究重心集中在，如何快速将这种微观尺度的控制级别提升到炼制厂这样的工业水平。尽管此领域依然处于起步阶段，一些示范工厂已经开始运行，第一个商业化生物燃料炼制厂预计在2011年建成。人类历史上的能源新纪元 ──草油时代也许很快就要到来。

　　自然界把纤维素赋予植物作为主要骨架结构，这种由葡萄糖分子紧密咬合并层层叠加的“脚手架”，为植物提供了抵抗重力和生物降解的支撑性架构。为了释放纤维素里的能量，科学家必须先破坏进化赋予植物的这种异常稳定的结构。

　　一般来说，这种“解封”过程先要将固体生物质解构成聚合度更低的小分子物质，随后将它们转化成燃料。工程师一般采用控温方式进行这种操作。低温（50℃~200℃）情况下，生物质裂解产生的单糖可以被发酵成乙醇或其他形式的燃料，玉米及糖类作物（如甘蔗）采用的就是这种转化方式。生物质在高温（400℃~600℃）下会直接转化为生物质原油（Biocrude），再经过提炼就可以成为汽油或者柴油。极端高温（高于700℃）下，生物质会直接变成气体并进一步转化为液态燃料。