合成生物学在生物燃料上主要应用于哪些方面？

生物燃料

全球石油消费的主力是燃料。根据《BP世界能源统计年鉴》，2020年全球原油消费 量约40亿吨，其中柴油、汽油、煤油、燃料油合计消费量占比为65.9%；2021年我 国汽柴油产量合计超过3亿吨，主要用于发动机燃料。石油作为燃料燃烧会造成大量 的二氧化碳排放，碳中和的实现需要新型燃料替代石油。

生物燃料是能够替代传统化石能源的可再生能源。生物燃料主要包括生物乙醇和生 物柴油。生物柴油是植物油与醇类进行酯交换反应得到的产物，以油菜籽、向日葵、 红花、芥菜、棉籽、棕榈籽、椰子及大豆为原料，或者以牛肉、猪肉或家禽的脂肪， 甚至以饭店回收的油脂为原料。生物乙醇是从植物中获取的糖经过发酵获得，多以 淀粉类植物为原料，在美国，普遍以玉米作为原料；在巴西，则是以甘蔗作为原料。 据Renewable Fuels Association数据，2021年全球生物乙醇产量为273亿加仑（约 8200万吨），其中美国占55%，巴西占27%。据Wind数据，2021年全球生物柴油产 量为4827万吨，其中欧洲占22%，美国占18%。

使用合成生物学的方法构建工程微生物细胞工厂可更高效生产利用生物物质甚至直 接生产生物燃料。现阶段生物燃料的生产主要依赖于粮食、油脂等食物性质生物质 的使用，虽然生物质是可再生的，但生物质生产需占用宝贵的土地资源，且需依赖 于低效的农业生产过程，生物燃料的生产还会减少粮食的供给。使用合成生物学新技术有望解决上述问题，其一现阶段可以优化菌种以实现纤维素生产乙醇的高效利 用，其二通过合成生物学方法改造蓝藻等生命体使其更高效生产碳水化合物或直接 生产生物燃料，即通过人工光合作用和太阳能生产生物燃料。

根据Frontiers数据，迄今为止，科学家已经构建了生产从C2到C10的生物醇的合成 途径，与乙醇相比，高级醇可以以更高的体积混合，如异丙醇/异丁醇最高添加比例 为16%，大于乙醇的10%，且使用高级醇不需要改变当前的生物燃料精炼装置及运 输工艺；此外高级醇还可以用来生产多种化工品。但是与生物乙醇生产相比，多数 生物醇的工业化生产有待开发，其中Butamax（BP和杜邦的合资企业）和Gevo已经 开始着手实现异丁醇生物生产的商业化。