第577章 生物燃料

    第577章生物燃料(第1/2页)
    之后的一个星期，我几乎把能够找到的相关文献都翻了一遍。
    从巴西的甘蔗乙醇、美国的玉米乙醇，到欧洲正在进行的能源作物试验，还有以秸秆、木材等纤维素原料生产燃料的研究。
    看得越多，我就越觉得自己之前高兴得太早了。
    因为利用植物生产燃料，根本不是什么新鲜事。
    巴西早在十几年前就开始大规模推广燃料乙醇，欧洲甚至已经有人在研究一种与F-47相似的三倍体芒属杂交植物。
    而纤维素乙醇虽然已经研究了很多年，却始终无法大规模商业化，主要原因就是成本太高。
    植物细胞壁中含有大量纤维素和半纤维素，但这些物质都被复杂的木质素结构包裹着。
    要想把它们转化成糖，就必须先采用高温、酸碱处理等办法破坏细胞壁，再使用昂贵的纤维素酶进行分解。
    即使成功得到了糖，普通酵母也无法充分利用其中的木糖，导致相当一部分原料被浪费。
    按照我第一次试验的结果，F-47每公顷理论上只能提供两千多升乙醇，甚至不如巴西的甘蔗。
    更何况，这还没有计算收割、运输、预处理、酶解和蒸馏的费用。
    如果拿着这样的成果，跑去告诉一名真正懂能源工业的人，说自己找到了一种能够改变世界的植物，我大概会被当成白痴。
    不过，这些文献也让我注意到了另一个问题。
    既然纤维素乙醇最大的困难不是缺少植物原料，而是将植物转化成糖的成本太高，那么F-47异常容易分解的特点，或许比它的产量和糖分更值得研究。
    毕竟它只是一株从石狩川河滩上挖回来的野生植物，没有经过任何专门的能源作物育种。
    如果从一开始就朝着工业原料的方向改良，再配合更加高效的加工技术，最后究竟能够达到什么程度？
    我不知道。
    但我很想试试。
    ……
    接下来的几个月，我把大量业余时间花在了F-47上。
    五月，我将原始母株的地下根茎分割成十二份，又借用了草莓研究组的组织培养室，尝试建立快速繁殖方法。
    这件事还惹出了一点麻烦。
    因为草莓组自己的工作就很忙，我又经常趁晚上没人时借用设备，结果有一次忘记将培养基放回原位，第二天便被那边的前辈找上门来。
    最后商量好了，星期日没人使用的时候，我可以过去做一会儿。
    不过组织培养的进展并不顺利，大多数时候仍然只能依靠根茎分株。
    与此同时，四月份十胜方面寄回来的越冬记录，也让我有些失望。
    F-47在积丹的表现不错，可十胜的冬天明显更加严寒，积雪条件也不同，它在那里的越冬率只有71%，甚至低于当地全部材料的平均水平。
    大冢先生还在报告后面附了一句话：
    “那个倒伏得一塌糊涂的草，今年还要继续种吗？”
    我告诉他，当然要种。
    因为我现在已经不怎么关心它究竟能不能成为优质牛饲料了。
    真正让我感兴趣的，是它那种不同寻常的细胞壁。
    ……
    一九九一年六月十日，我在研究所公告栏上看见了一份集团通知。
    《长期能源安全相关研究项目征集》。
    通知中列出的研究范围相当广泛，从新型储能、氢能和合成燃料，到生物质能源、农业及工业废弃物利用，甚至还包括地热和太阳能等方向。
    集团似乎并不打算限制具体技术路线，只要能够改善长期能源安全，就可以提出申请。
    而且成果优秀的项目，还能够获得追加经费、设备和人员支持。
    我在公告栏前站了很久，随后花了十天时间，整理出十九页申请材料，第一次以个人名义向集团技术委员会提交了研究计划。
    项目名称是《利用寒地高消化率芒属植物生产燃料乙醇的可行性研究》。
    申请交上去以后，我几乎每天都去收发室看看。
    直到七月十五日，结果终于来了。
    我的申请被退回了。
    理由主要有三条：田间数据不足、申请人缺乏发酵工程方面的专业能力，以及项目未经所属研究机构正式推荐。
    技术委员会建议我补充数据，等下一轮征集再重新申请。
    下一次征集是明年春天。
    我拿着退回通知，在办公室里坐了一个下午，最后不得不承认，他们说得全都对。
    尤其是第二条。
    我确实不懂化学工程，也不懂真正的工业燃料生产。
    如果有人现在给我一亿日元，让我建一座纤维素乙醇试验工厂，我甚至不知道应该先找谁来设计。
    问题就在这里。
    我需要懂得这些技术的人，但想把他们招进项目组，就必须先获得经费；而要申请经费，又需要拿出足够可靠的研究成果。
    想明白这一点以后，我只好暂时放弃了扩大项目的打算。
    既然暂时没有办法增加人员，那就先把自己能够做的事情做好。
    ……
    八月份，F-47的分株评价终于有了一点进展。
    十二份分株中，编号F-47-8的材料表现最好，茎秆比原始母株粗壮一些，倒伏情况也有所改善，同时仍然保持着较高的糖分和纤维消化率。
    当然，这并不意味着我已经培育出了新品种。
    根茎分株在遗传上本来应该与原始母株一致，F-47-8的差异可能只是定植条件或者其他环境因素造成的。
    但它至少值得继续繁殖和观察。
    于是，我给它起了一个新的编号。
    SF-01。
    SF是S-Farm的缩写，01则代表我准备将它作为第一代候选材料继续研究。
    不过，我真正需要解决的，仍然是糖化成本问题。
    之前的试验虽然证明F-47能够释放较多糖分，但使用的仍然是常规预处理方法。
    如果必须使用大量化学试剂和昂贵的纤维素酶，那它比普通牧草容易分解一些，又有什么意义呢？
    所以从九月份开始，我决定改变试验方法。
    最初，我只是尝试降低预处理的温度和碱液浓度，看看能不能节省一些费用。
    按照常理，处理条件越温和，植物细胞壁就越难被破坏，最终能够释放的糖分也应该越少。
    普通芒属材料的表现确实如此。
    可是F-47不一样。
    十月八日，我完成了一组新的对照试验。
    这一次，我将普通芒和F-47放在相同的温和处理条件下，并将纤维素酶用量降低到此前试验的五分之一。
    结果出来以后，我还以为自己把样品编号弄错了。
    普通芒的糖释放量大幅下降，每百克干物质只能得到4.6克糖。
    F-47却达到了42.7克。
    这个数字甚至超过了之前采用较强预处理方法取得的33.8克。
    我重新检查了仪器和样品记录，没有发现问题，随后又进行了两次重复试验，得到的结果分别是41.9克和43.3克。
    几次测定的结果相当接近。
    这就有些奇怪了。
    因为此前的分析认为，F-47只是木质素含量偏低，细胞壁相对容易分解而已。
    可是普通芒在降低处理强度以后，糖释放量会急剧下降，F-47却反而取得了更好的结果。
    仅仅是木质素含量少了几个百分点，似乎很难解释如此明显的差异。
    我开始怀疑，F-47真正特殊的地方，可能不是木质素的含量，而是它的结构。
    ……
    接下来的一个多月，我几乎把所有能够使用的空闲时间都投入了这件事。
    为了排除实验误差，我分别使用不同日期收获的样本、不同分株的材料进行重复试验，还请其他研究员在不知道样本编号的情况下进行测定。
    结果始终没有改变。
    而且随着处理条件不断调整，我发现了一个更加惊人的现象。
    当我们进一步降低碱液浓度，并将处理温度控制在六十摄氏度左右时，F-47的糖释放效率竟然还能继续提高。
    经过多轮试验，十一月中旬，我终于得到了一组让自己几乎不敢相信的数据。
    在不使用高压设备、仅进行温和碱处理的条件下，采用最初试验约十分之一的纤维素酶用量，F-47每百克干物质竟然能够释放出61.8克可供后续发酵利用的糖。
    随后两次重复试验，分别得到了60.9克和62.4克。
    也就是说，在我们的实验条件下，F-47几乎能够将自身干物质中绝大部分可以转化的碳水化合物释放出来。
    而普通芒在相同条件下，糖释放量只有不到六克。
    我甚至不敢立刻把这个结果写进正式报告。
    因为它实在太不寻常了。
    按照我查阅过的文献，传统纤维素原料需要经过相当复杂的处理，才能让纤维素酶接触到足够多的纤维素。
    可是F-47却似乎不需要那些昂贵的步骤。
    更奇怪的是，之前较强的碱处理反而没有取得这么好的结果。
    我怀疑，过于剧烈的处理可能破坏了部分糖类，或者产生了妨碍后续酶解的物质。
    如果F-47的细胞壁确实存在某种特殊结构，那么我们过去使用的传统处理方法，反而可能根本不适合它。
    后来，我托人请教了中心负责植物生化分析的研究人员。
    对方看完数据以后，提出了一种可能性。
    F-47的木质素内部，或者木质素与其他细胞壁成分之间，可能存在某种异常容易断裂的化学连接。
    这些结构在植物正常生长时能够维持细胞壁的基本强度，但在特定的温和化学条件下，却会比普通植物中的相应结构更容易被破坏。
    如果这个判断正确，就能够解释为什么F-47不需要剧烈的预处理，也能让大量纤维素暴露出来。
    当然，这只是猜测。
    想弄清楚它究竟拥有怎样的分子结构，还需要专门的分析设备和更高水平的研究人员。
    但至少有一件事已经可以确定。
    F-47绝不只是一株糖分比较高的野草。
    ……
    十一月底，我重新计算了一次它的理论燃料产量。
    按照每百克干物质可以释放约六十克糖的数据，如果以后能够使用同时利用葡萄糖和木糖的微生物，实际乙醇产率就有希望大幅提高。
    以F-47目前每公顷14.2吨的干物质产量计算，即使考虑发酵过程中的损失，理论上也有机会得到四千多升乙醇。
    这已经明显高于我最初的估算。
    而它的产量还远远没有达到极限。
    在欧洲的能源作物研究中，部分巨芒材料已经表现出每公顷二十吨以上的年干物质生产潜力。
    如果我们能够通过育种，将F-47的年产量提高到二十五吨、三十吨，甚至更高，同时保留这种特殊的糖化性状呢？
    按照目前的实验结果，未来每公顷生产八千至一万多升乙醇，并不是完全没有可能。
    当然，这些都只是理论估算。
    （本章未完，请点击下一页继续阅读）第577章生物燃料(第2/2页)
    真正让我兴奋的，其实是另一个数字。
    十分之一。
    我们的最新实验，已经将纤维素酶的用量降低到了最初试验的十分之一左右，而且还省去了传统工艺中大量高温高压预处理的要求。
    如果这些优势能够在工业生产中得到验证，那么不仅是每公顷的燃料产量，整个生产过程的成本都有可能大幅下降。
    我尝试按照文献中的工业设备、能源和原料价格，做了一份非常粗略的成本估算。
    结果表明，只要未来能够解决大规模种植和发酵效率的问题，以F-47为基础建立的成熟生产体系，就有希望将乙醇的成本降低到不再依赖高额补贴、能够与传统石油燃料竞争的范围。
    当然，乙醇的单位体积热值低于汽油，不能直接拿每升价格比较。
    而且收割、运输和蒸馏仍然需要消耗大量能源，这些问题也不会因为植物容易糖化就自动消失。
    但我觉得，至少已经有必要认真研究这种可能性了。
    因为如果它真的能够实现，那么过去一直缺乏商业竞争力的纤维素燃料，或许就有机会成为一种真正的大宗工业产品。
    更重要的是，F-47本身还没有经过任何专门改良。
    这让我第一次意识到，自己手里的可能并不只是一种具有潜力的能源作物。
    它甚至可能是解决纤维素燃料产业长期成本难题的一把钥匙。
    ……
    十二月，我带着最新实验结果，再次去找木岛教授。
    教授花了将近两个小时看完报告，尤其是那几组不同预处理条件下的糖化数据，他反复核对了好几遍。
    最后，他告诉我，这份材料已经有理由申请独立研究项目了。
    但是，必须先经过其他研究机构的验证。
    因为目前的试验全部是在积丹完成的，规模又太小，特殊细胞壁的具体结构也没有弄清楚。
    即使实验结果完全正确，也不能保证放大到工业生产以后仍然能够保持这样的效率。
    而且，真正的商业成本还需要化学工程方面的专家重新核算。
    教授说得很有道理。
    只是他随后又告诉我，研究中心最多只能继续提供现有的育种和分析条件。
    如果需要专门的酶工程、发酵工程团队，以及真正的工业试验设施，就必须向集团总部申请。
    他愿意在明年春天的正式申请书上签字。
    我问他，如果不等到明年呢？
    教授看了我一会儿，最后说道：
    “山田君，如果这些数据是真的，那么它确实不应该继续由我们这个牧草研究室单独负责。”
    “但我不能因为你认为它很重要，就要求集团立即批准一个不知道需要多少钱的项目。”
    我知道他的意思。
    科学研究不能仅凭热情，资金也不是无限的。
    不过，我已经不想再等上一整年了。
    因为现在的问题不只是需要更多试验，我也根本没有条件完成那些真正重要的试验。
    靠着借来的仪器和每年三百八十万日元的预算，我究竟要花多少年，才能弄清楚F-47的真正价值？
    ……
    一九九一年年底，我将F-47的全部材料重新整理了一遍，包括原始采集记录、两年多的生长调查、染色体分析，以及从三月份开始进行的糖化和发酵试验。
    我还特意将十月以后取得的数据单独装订成册，要求研究所对完整资料实行限制保管。
    毕竟如果这些发现真的具有重大商业价值，那么F-47的原始种质和实验数据，就不应该随随便便流到其他会社手里。
    与最初那份十九页的申请书相比，这一次的材料厚了不少。
    而我想申请的东西，也已经完全不同了。
    我不再满足于获得几百万日元的育种经费，更希望集团能够成立一个由植物育种、生物化学、微生物学和化学工程人员组成的独立研究团队。
    最好还能建立一座小型试验设施，真正验证每吨原料需要多少化学试剂、多少酶，以及最终能够生产多少乙醇。
    只有得到这些数据，我们才能判断F-47究竟是一种特殊的实验材料，还是一种足以改变整个纤维素燃料产业的能源作物。
    不过，我还有一个没有告诉教授的想法。
    我希望能够亲自负责这项研究。
    说出来可能有些不够谦虚，毕竟我只是一名普通研究员，以前甚至没有独立主持大型研究项目的经历。
    可F-47是我从石狩川挖回来的，也是我一点点发现它的特殊性，并亲手完成了最初的实验。
    如果最后真的证明它具有重大价值，我当然希望自己的名字能够留在这项成果上。
    更重要的是，我不想在某一天突然收到通知，说研究已经移交给其他部门，而我必须回去继续研究牛饲料。
    所以，我觉得自己应该主动争取一次。
    ……
    一九九二年一月三日。
    今天是新年假期，研究所还没有完全恢复工作。
    我一个人来到办公室，把这些年来的全部资料重新检查了一遍。
    最上面那份仍然是1989年4月10日的立项申请书。
    项目名称：《寒地多年生高产牧草种质收集与评价》。
    年度预算：三百八十万日元。
    项目负责人：山田敏彦。
    两年多以前，能够独立主持这样一个项目，我已经觉得非常满足。
    可现在，我却想向集团申请可能高出几十倍甚至上百倍的研究经费。
    究竟需要多少钱，我还没有办法给出准确答案，但我知道，必须有人愿意支持我们完成下一阶段的研究，否则这些实验数据永远都只能停留在纸面上。
    想到这里，我又找出了去年六月的集团能源研究计划通知。
    上面写得很清楚，对于具有长期战略价值的技术，集团允许跨机构组织科研团队，并根据研究成果追加资金和人员。
    既然如此，我想去试试。
    我要亲自去东京的集团总部。
    先找集团技术委员会，如果他们仍然不能决定，就争取向更高层汇报。
    必要的话，我甚至想去见那位西园寺大小姐。
    如今她在集团里的地位，早已不是什么秘密。
    过去一年，报纸上经常能够看到她出席各种商业活动的照片，听说集团许多重大投资和技术项目，最后都要由她亲自决定。
    我不知道她对生物学有多少了解，但她肯定有权力决定西园寺是否愿意为这项研究投入足够的资源。
    而且，既然集团已经开始征集长期能源安全项目，她至少应该愿意听听一种可能大幅降低液体燃料生产成本的新技术。
    我想，如果能够让她亲眼看看那些实验结果，或许事情就会有所不同。
    当然，我也做好了被拒绝的准备。
    毕竟从实验室里的几十克糖，到每年生产几十万吨燃料的工业设施，中间还有太多问题需要解决。
    但至少，我现在已经能够拿出一些真正不同寻常的东西。
    尤其是那组在温和处理条件下，几乎将原料中全部可利用碳水化合物转化成糖的实验数据。
    如果它能够被进一步验证，那么F-47的价值，就绝不只是比其他牧草高产一些而已。
    这几天，报纸上到处都是西园寺塔的新闻。
    那座五百米高的黑色大楼已经接近正式启用，集团各部门也准备陆续迁入。
    我看过照片，确实很气派。
    如果能在那里办公，会是一种什么样的感受呐……
    再看看自己现在的办公室，桌上摆着一台用了好几年的显微镜，角落里还放着几盆等待移栽的草，隔壁草莓组的前辈甚至还在催我尽快归还借来的设备。
    两边的差距实在有些大。
    不过，我已经决定了。
    等那座塔正式启用，我就带着SF-01去东京，把这些年的实验数据和下一阶段研究计划，亲自交到能够决定它命运的人手里。
    一个年度经费只有三百八十万日元的普通研究员，是没有资格要求见西园寺集团最高负责人的。
    但是这株草有。
    ——山田敏彦
    一九九二年一月三日，积丹。
    ……
    ……
    ……
    作者说：
    先给大家道个歉，这两章写着写着，查资料就查得“发狠了，忘情了”，一不小心塞进去了不少专业知识，可能看起来有些晦涩难懂（笑）。
    不过这两章涉及的是本书后续一条相当重要的生物能源线，又属于补充前因后果的插叙，所以还是花了一些篇幅，用一位普通研究员的自述回忆，交代这项技术究竟是怎么诞生的。
    主要还是因为，我不太想让西园寺凭空变出一种对标《赛博朋克》醇2的“黑科技作物”。
    既然要写能源革命，总得有个稍微靠谱些的起点吧？
    所以查了不少现实中的生物能源、巨芒和纤维素乙醇资料，最后决定在真实科学的基础上，稍微添加那么一点属于小说的“奇迹”，让一种理论上有可能存在的特殊植物，成为未来能源革命的起点。
    当然，目前的SF-01还远远不是醇2，后续还有大量技术难关需要攻克，这些就留到以后慢慢写了。
    至于为什么一定要发展这条线——
    提问：
    日本最缺什么？
    答案：
    是能源。
    作为一个资源相对匮乏、能源高度依赖进口的岛国，日本最怕的就是别人掐住它的能源供应线。
    看看现实就知道了，国际能源市场稍微闹出点大动静，就够老日喝上一壶的。
    而本书的目标，终究是让西园寺成为书名中的那个“世界财阀”。
    如今的西园寺已经很有钱了，未来也会越来越有钱，可如果它的工业体系、运输网络乃至整个商业帝国，都必须依赖别人提供能源，那么这个世界财阀就始终存在着一处致命的软肋。
    因此，能源自主是西园寺未来必须争取的东西。这里说的当然不是让日本在北海道种满草，就能立刻实现百分之百的能源自给，而是逐步建立一套不再完全受制于传统石油供应体系的能源产业。
    更何况，这件事还有另一层意义。
    如果有一天，西园寺真的能够让植物燃料在成本和性能上与传统石油燃料并驾齐驱，甚至逐渐取代石油作为主要燃料的地位呢？
    当然，我知道石油的用途远远不止燃料，替代汽油、柴油本身也存在大量技术、经济和基础设施方面的困难，这些都会在后续剧情里慢慢交代。
    但如果真的成功了，那就不只是解决日本的能源安全问题了，西园寺将有能力参与重塑整个世界的能源格局。
    呐，那种未来，不是很有趣吗？
    到了那个时候，西园寺才真正有资格称得上是一个能够左右世界的财阀。
    总之，这两章算是提前埋下一颗种子，也是衔接下一阶段的剧情。至于它最后能够长成什么样子，就留给未来的皋月去折腾吧。
    接下来，咱们还是先回到1992年的东京！
    西园寺塔要来啦！