化学与生物之间的协作

近年来，太阳能、风能等新型能源受到广泛关注，不过，我们却很少看到“太阳能飞机”、“风能卡车”等交通工具大量普及起来。这是因为，太阳能、风能等这些新型能源固然很好，但是他们的能量密度不够高，而且储存困难，难以支撑飞机、卡车等这些重型器械的运行。交通运输的快速发展迫切需要更多能量密度高、释放快且可控的能源形式。

目前，液体燃料是相对理想的燃料，比如汽油、柴油、航空煤油等，他们的主要成分是不同链长的碳氢化合物。我们知道，汽油、柴油等都是从石油中提炼出来的，而传统落后的能源炼制路线对我们的环境造成了很大压力。

因此，现在国内外的科学家们都加快了洁净能源路线的研发，希望能实现高品质液体燃料的绿色制造。而一些功能性碳氢化合物，比如润滑油，也迫切需要发展可持续绿色制造过程。

目前，各国大力发展洁净化工路线强化过程效率、减少污染物排放，取得了很大进展。除此之外，以生物质及其他丰富资源为原料的生物化工路线，被认为是一条制备生物能源、生物化学品的可持续绿色过程。这条路线以微生物或者酶为催化剂，将（废弃）生物质或者其他资源转化成高值生物能源以及化学品。这个过程条件相对温和，且生物相容性好。

植物油种植效率低，且依赖地理、气候因素，采用微生物反应器，利用生物质、页岩气等生物资源能增加过程效率（图1）。

图1碳氢化合物生物制造

化学催化与生物转化各有优势：化学催化效率高，但是选择性低，难以合成一些分子量大、结构复杂的特异性分子；生物转化选择性好，但是一些简单催化步骤比化学催化效率低。

既然二者各有千秋，何不珠联璧合？这样就能建立起联合生产路线，从而实现长链碳氢化合物甚至其他化合物的可持续高效合成，共同推动未来可持续绿色制造（图2）。

图2化学催化与生物合成珠联璧合实现绿色能源及化学品绿色制造

生物化工路线制备长链碳氢化合物，这个提法很新颖，也非常有前景，目前已经有很多科学家为之努力并取得了进展。比如，科学家们已经成功构建了酶及微生物细胞催化剂，实现了烷烃、(α）-烯烃、法尼烯等碳氢化合物生物合成。

中科院大连化学物理研究所一直重视多学科交叉，建立联合生产路线实现重要化学过程，比如，构建了无机-生物酶催化系统实现了太阳能水解制氢；通过构建离子液体水解-微生物转化路线实现了废弃生物质制备油脂等。该所还将进一步加强学科的交叉融合，特别是化学转化与生物转化融合，实现高品质液体燃料及化学品可持续绿色制造。

虽然科学家们已经在该领域取得了很多的成果，但是目前面临的挑战也不小。比如说，过程效率还不够高、微生物细胞催化剂性能还不够强等。

相关成果详见近期大连化物所合成生物学与生物催化创新特区研究组（18T6）周雍进研究员与瑞典查尔姆斯理工大学 Jens Nielsen 教授、Eduard Kerkhoven博士联合在《自然·能源》（Nature Energy）上发表的综述文章（DOI：10.1038/s41560-018-0197-x）。

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