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李来庚：多元化是未来能源发展方向
编者按：能源危机是人类进入本世纪后面临的一个重大问题。由能源引发的矛盾与冲突不断。解决能源危机是全世界各国科学家的首要任务之一。为此，我们生物谷专程走访了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所李来庚研究员，与大家一起探讨生物能源研究开发利用的话题。
生物谷：目前国际上由于能源短缺，生物质能源成为一种非常有潜力技术，有望替代石油成为主要应用燃料，但是由于成本、生产技术、应用设备等限制生物质燃料的推广并不是很顺利，您觉得生物质能作为新一代替代能源的前途如何？
李来庚：我们知道，人类现代文明飞速发展很大程度上要归功于能源，主要是化石能的开发与应用。化石能是由数亿年前地球上所积累的生物质转化而成的，一种不可再生的资源。经过人类一百多年的开采使用，储量日渐减少，不能满足人类对能源不断增加的需求。据国际权威机构估计，以目前开采速度估算，世界上可开采的石油资源将在本世纪内枯竭，因此开发新能源的任务迫在眉睫。
未来人类应用的能源将会是多元化，比起目前以化石能（占96%以上）为主的能源应用更加科学合理。生物能源，太阳能，风能等可再生能源将成为能源供应的重要组成部分，目前世界各国都非常重视环境友好及可再生新能源的研究与应用。
发展新能源依赖于新的科学发现和技术突破。在当今世界上，各种新能源的开发应用中都存在许多问题有待解决，各方面技术亟需改进，生物质能的发展也是如此。
生物谷：那目前生物质能应用的技术或理论瓶颈在哪里？是什么限制了生物质能发展？
李来庚：生物质能在近几年受到了各界的高度关注，褒贬不一。总的来讲，限制生物质能发展的主要因素归根结底是原料问题！
目前用于生物质能源生产的原料还是以人类食源作物为主。如美国利用玉米、巴西以甘蔗为原料生产燃料乙醇，欧洲一些国家以植物油生产生物柴油等。从技术上讲，这些技术相对简单而且发展的也相当成熟，但是原料供应受到多方面限制。如果将收获的食源农作物用于燃料生产势必会减少粮食供应，并不是每个国家或地区都有充足的耕地和粮食来发展这些生物质能源的。
生物谷：我们怎样能有效的解决这个问题？
李来庚：为了避免能源与人类争粮，很多人又将目光投向了非粮植物上面。
纤维生物质是植物光合作用产物的主要部分，资源非常丰富，如果能利用纤维生物质生产生物质能即解决了能源与食物的矛盾，又可以充分利用整棵植株。这就是第二代生物质能源，以非粮植物为原料生产生物燃料。虽然纤维生物质资源潜力巨大，怎样合理有效利用还存在许多科学和技术难题需要攻克。
生物谷：您的主要工作是通过研究改造植物细胞壁使其具备成为生物质能源的优质原料，也就是说您也在研究这个问题，您能否给我们大家介绍一下您在这方面研究取得了怎样的成果？
李来庚：如前面谈到的，生物质能发展的潜力主要还在于怎样有效利用纤维生物质。纤维生物质是植物细胞壁的主要组成，我们所见到的树木，草本植物，农作物秸秆等都积累了大量纤维生物质。
其实我们人类利用纤维生物质作为能源已经数千年了，人类最早使用的就是纤维生物质能源，当时古人以木柴取火以保暖、照明和加热食品等。如今我们研究纤维生物质能是使之高效转化为可方便使用的能源形式，而不是简单的点燃。比如液体燃料等就是生物能源发展中广为关注的课题。
利用纤维生物质生产方便使用的能源，转化效率和规模生产是问题的关键，一般来讲这个问题可从两方面探究：一方面是纤维生物质的转化技术，另一方面是纤维生物质原料改造与生产。由于纤维生物质的组成和结构等对转化效率和工艺有很大影响，通过研究细胞壁合成过程，培育高生物量以及可高效转化的纤维生物质原料是一个重要的发展方向。
我们课题组的研究主要集中在这一方面。我们系统地阐明了纤维生物质中一种主要聚合物--木质素的生物合成代谢过程，在此基础上通过生物技术手段来调控木质素的合成，从而改变纤维生物质的组成和结构。研究结果表明纤维生物质的改造对提高其转化为液体燃料的效率具有显著作用，另外该方面的研究在制浆造纸等纤维材料生产方面也有很好的应用价值。我们的一些研究成果已在一些国家得到应用。
生物谷： 纤维生物质的利用效率在生物质能源生产过程中非常关键，调控木质素的合成，从而改变纤维生物质的组成和结构，提高其转化为液体燃料的效率，但是通过改造的植物会不会因为细胞壁结构改变而变的脆弱或者长不高？
李来庚：从目前我们研究的结果看，细胞壁这种程度的改变对植物生长并没有明显的影响。在自然界中，不同植物细胞壁的组成相差很大，比如木质素含量为15-40%，这说明两点，一是不同木质素含量的细胞壁，15% 还是40%都可以使植物生长正常，长高长大；二是不同种植物有不同含量，说明木质素含量受遗传控制，可以通过遗传操作来调控。关于植物细胞壁的脆弱程度是受很多因素控制的，不仅是木质素，还有纤维素，更有细胞壁本身的厚度，细胞的大小等，这说明通过改造细胞壁的组成来提高利用效率，同时又保证植物正常生长提供是可行的。所以我们认为改造细胞壁是可行的，并且有很大的应用潜力。
生物谷：生物能源发展经历了第一代（以粮食等农作物为原料）、第二代（以非粮植物为原料），又有油料作物提取油脂、纤维素发酵生产乙醇等各个方面研究，加之现在您认为哪种更有希望解决我们能源紧缺问题，拥有更好的市场前景？
李来庚：生物质能源是未来能源多元化中重要的一元，生物质能源本身也存在多种形式，不要指望某一种技术能完全解决能源问题。
结合我国实际情况，生物能源在我国能源供应中将大有作为。我国人口众多，人均耕地少，利用粮食作物大规模发展生物能源不太可能，因此我们应该关注第二代生物能源的发展，即纤维生物质能源。纤维生物质能源的使用实际上在我国广大农村山区很普遍，但怎样使之转化为可方便使用的能源则是需要研究的问题，纤维生物质有多种转化和使用形式，纤维素发酵生产乙醇是其中之一，也被认为是具有巨大市场潜力的液体燃料生产途径，然而这方面的研究与技术开发，我国与美国等先进国家差距明显。
生物谷：提到能源，还有一点我们不能丢掉：环境！大规模应用生物能源会不会像化石能源一样造成我们地球大部分地区污染严重？
李来庚：由于化石能的大量使用，化石能所产生的大量污染物和温室气体，已使地球环境高度恶化，人们希望发展清洁能源来改善环境，这样如清洁能源、新能源、环境友好能源、可再生能源等提法频繁出现。所有这些提法都是希望发展有别于传统化石能的新能源，对环境影响小，可再生，对社会经济的发展作用是可持续的。生物能源是很重要的一种可再生的清洁能源，随着相关技术的发展，生物能源在未来能源供应中比例将会逐步增加。生物质能源与其他多种清洁能源，如太阳能、水电、风能、核能、沼气、氢能等一起将取代（很大一部分）化石能，构成未来能源供应的多元化，清洁化。
生物谷：我国在发展生物能源的过程中应该注意哪些问题？
李来庚：鉴于我国目前人口多，粮食资源需求较大的情况下，开发利用纤维生物质能源以弥补一部分我国能源的短缺是非常有意义的。应该说，我国生物质能源的发展还存在一些认识、知识和技术等方面的问题，以下几个方面特别值得大家思考。
1） 生物质能源是未来能源多元化中重要的一元，这一方面是指生物能源作为可再生和环境友好能源很重要，另一方面表明光靠发展生物能源来解决能源短缺也是不可能的。未来任何一种能源都不可能像今天化石能一样成为唯一的能源供应。
2） 在发展生物质能源方面，也存在多种形式，需要发展多种技术，不要指望一种技术能解决所有问题。同时应该把生物质能作为一项长期的发展目标，循序渐进，切忌急功近利去追求一些大而空的项目。
3） 生物质能健康和可持续的发展迫切需要新的科学知识的积累，系统技术的开发，知识产权的保护，相关专业人员队伍的培训等。
4） 需要建立鼓励生物质能方面创业和投资的环境与政策，这方面特别需要加强。
生物谷：您的这个课题是生物质能源的研究，如何从一项研究转化为一项实用技术同样非常重要，但我国在这方面相对不足，您觉得在科学技术成果转化方面我们应该如何加强？
李来庚：大家都知道在我们国家有很多的研究论文，专利，但其中真正得到应用的比例并不高，很多的成果、专利的价值并没有体现出来。我认为，随着我国市场经济体系的不断成熟，国际经济一体化程度越来越高。国内外市场对新产品、新技术的需求将越来越大，具有创新价值的成果和专利一定会受到市场欢迎。
现在我们要做的就是加强知识产权保护，知识产权保护不仅是科技成果转化的重要保证，而且是推动科技成果转化的动力。知识产权保护不仅是保护产权创造者，而更重要的是保护合法使用者。如合法使用者得不到保护，那谁会愿意投资具有风险的创新技术？这是为什么很多企业只对一些短期产生效果的实用技术感兴趣，对具有市场潜力的原创成果不愿投资。
在完善知识产权保护的同时我们还需要建立有效的技术转化市场。往往优秀科学家或发明家并不都是好的创业者，技术集成组织者。所以我们需要一个良好的成果转化平台引导科研工作者使自己的成果为社会创造价值。据我所知，国外的大学和研究机构都有技术转让部门来操作技术转让过程中涉及的各种问题，而我国在这方面的确比较落后。
进行应用技术的研究，一定要对有关企业有充分的了解，建立广泛的联系，这才能使研究成果较好地符合市场的需求，闭门造车的结果往往会偏离市场需求。科学研究一方面需要对自然的奥秘进行探索，同时也需要以人类需求为目标，不断满足人和社会的需求，推动社会进步！
李来庚博士简历：中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员。1982于中南林学院本科毕业，1985年于中南林学院硕士毕业，同年留校任教。1994年留学美国，1997年11月于密歇根理工大学（michigan technological university）取得博士学位。后在美国北卡罗莱纳州立大学（north carolina state university）从事教学与研究工作，2006年回国后任职于中科院上海生命科学院植物生理生态所，从事植物细胞壁生物合成的分子生物学, 生物质合成功能基因组学, 生物质基因工程与生物能源技术研究。
