鄧勇，陳方，王春明，陳云偉，房俊民

（中國科學院國家科學圖書館成都分館　成都　610041）

　　摘要：發展生物質資源研究對于國家的可持續發展具有重要的戰略意義。近年來，美國相繼制訂若干研究計劃或發展路線圖，并采取有效舉措，持續推動生物質資源的研究、開發和利用。通過分析美國在生物質資源研究領域的重要舉措，特別是分析其相關重要規劃的具體內容，總結生物質資源研究面臨的重要問題和研究熱點，對發展我國生物質資源研究提出一些思考建議。

　　廣義地說，生物質指通過光合作用等形式將太陽能、二氧化碳和水轉化而形成的有機物質，或光合產物間接形成的動物物質及其代謝物。自然界的生物質包括種類豐富的物質資源和基因資源，以及數量可觀的可回收利用資源。作為重要的可再生資源，生物質資源具有分布廣、總量大、污染小和可再生等特點，開發潛力巨大，可廣泛應用于能源、環保、醫藥、制造、農業等部門。近年來，由于面臨化石資源日趨枯竭和化石燃料價格波動的不穩定情況，以及日益凸顯的氣候變化與環境惡化等嚴峻問題，全球經濟的可持續發展正在受到越來越嚴重的制約，因此，合理開發利用可再生生物質資源已經越來越受到各國重視。

　　根據應用特性，生物質資源大體上可分為原料資源和功能性資源。生物質資源的應用主要包括將生物質原料中的有機成分轉化為能源及重要生物基產品、以及利用微生物（及其酶）的功能特性實現包括上述生物轉化過程在內的工業生物技術目標。各國根據本地區不同的生物質資源和技術優勢，選擇了不同的生物質資源研究重點，并處于不同的技術發展水平。其中，美國著力開發和利用生物質資源，生產廉價的生物燃料（特別是纖維素乙醇和藻類生物柴油）、生物質電力和生物基產品；同時，美國在系統微生物學和植物與微生物功能基因組學研究方面居于世界前列。分析研究美國在生物質資源研究方面采取的舉措以及相關規劃的具體內容，對我國建設生物質資源及生物經濟強國具有極重要的參考和借鑒意義。

　　1美國生物質資源研究的總體部署

　　美國是農業生產和農產品供應大國。在生物質資源研究方面，美國的主要發展驅動力為：第一，減少對石油進口的依賴，保障國家能源安全；第二，促進環境可持續發展和經濟發展；第三，為農業經濟創造新的就業機會；第四，開發新產業和新技術，形成多樣化的能源和產品供給。

　　2000年6月，美國政府通過了《生物質研究法》，并以農業部和能源部引領和管理，設立了生物質研發委員會和技術咨詢委員會，正式啟動了生物質研發項目。

　　2002年11月，《美國生物質能與生物基產品展望》報告對美國生物質資源研究做出了遠景規劃，提出到2030年，美國生物質能和生物基產品將發展成為完善、成熟并可持續發展的產業，為美國農業經濟增長創造新的機遇，為保護和加強國家環境安全提供可靠的清潔能源，以進一步增強美國的能源獨立性，并向消費者提供性能優良、綠色環保的生物基產品。

　　近年來，美國政府通過立法、規劃和政策制訂等舉措，持續推動生物質資源的研究、開發和利用。可以發現，在生物質資源研發方面，美國尤其重視發展生物燃料，而其重點開發的生物質資源包括纖維素生物質和藻類生物質等。表1簡要列舉了近年來美國在生物質資源研發方面采取的一些舉措。

　　與此同時，美國在生物質資源研發領域的資金投入逐年遞增，這其中包括2008年12月能源部投資2億美元支持利用生物質原料生產先進生物燃料的商業化研究與實踐、2009年1月能源部與農業部聯合支持有關生物燃料、生物質能及生物基產品生產技術與過程的研發項目等。即使在金融危機發生之后，生物質資源研究仍然成為美國經濟復興和再投資計劃的重要組成部分。2009年5月，美國能源部宣布，復興計劃中將有7．865億美元用于加快先進生物燃料的研究和開發、以及商業規模的生物精煉示范項目等。

　　2美國生物質資源研究的組織管理機制

　　為了系統地組織和管理國內的生物質資源研究，美國政府在2000年專門設立了生物質研發委員會和生物質研發技術咨詢委員會。其中，生物質研發委員會由美國農業部和能源部人員牽頭組成，成員所屬機構還包括國家科學基金會、環保署、內政部、科技政策辦公室和聯邦環境規劃署，委員會的任務是對美國生物質項目進行具體規劃和事務管理。生物質研發技術咨詢委員會由數十名資深的科學研究、技術開發人員和高級管理人員組成，成員均來自知名大學、研究機構和大型企業，咨詢委員會的任務是對生物質項目提供專業咨詢意見，協助推進生物質資源研究。

　　2000年10月，美國成立國家生物質能中心，其核心目標是聯合能源部的技術力量，推進生物質研發項目的研究規劃。該中心是一個虛擬的研究組織，總部設在能源部國家可再生能源實驗室，由一個技術領導小組和四個技術小組組成，在能源部能源效率與可再生能源辦公室的協調下共同開展生物質資源研究。各個成員小組的分工如表2所示。

　　2007年6月，為了推進生物質能的研究與發展，美國能源部建立了三個新的生物質能研究中心，重點開展生物燃料的基礎研究，包括專用能源植物白楊和柳枝稷等的研究，面向生物質改良和轉化的基因組學基礎研究，新型生物質降解酶或微生物的研究等。2009年5月，美國政府宣布成立生物燃料跨機構工作小組，由農業部長、能源部長和環保局長共同領導，與生物質研發委員會合作開展工作，為提升生物燃料原料生產的環境可持續性提供政策參考建議。

　　3美國生物質資源研究重要規劃解析

　　3.1美國生物質多年計劃

　　美國政府于2000年啟動生物質研發項目。2007年11月和2009年5月，美國能源部先后兩次發布《生物質多年項目計劃》報告，指出生物質多年項目計劃的戰略目標是發展具有成本競爭力的生物質技術，在國內形成新的生物產業，實現生物燃料在全國范圍內的生產和使用，減少國內原油依賴，全面支持“10年20％計劃”中提出的目標。

　　報告指出，生物質多年項目將在核心技術研發、示范與應用研究和交叉領域發展三個層面展開工作。其中核心技術的發展目標為形成穩定的生物質原料供應并降低纖維素乙醇的生物轉化成本，以便實現項目的執行目標，即顯著減少汽油使用量并大幅降低纖維素乙醇成本。

　　表3列舉了核心技術研發規劃的任務要點，它涉及兩方面的研究：其一是生物質原料的生產，包括生物質原料的采收、儲存、預處理和運輸過程；其二是生物質原料的轉化，包括將生物質原料變為低成本液體燃料的生物化學和熱化學轉化技術的研發。

　　3.2美國生物燃料與生物基產品路線圖

　　2007年10月，為確保經濟可行的、可持續發展的和有經濟前景的生物質產業，美國生物質研發技術咨詢委員會發布了新的《美國生物燃料與生物基產品路線圖》，確定了生物質技術發展的主要障礙和必要解決途徑，目的在于確保經濟可行的、可持續發展的和有經濟前景的生物質產業。表4概括展示了該路線圖報告在生物質研發方面確定的重點戰略部署。

　　3.3美國纖維素乙醇研究路線圖

　　2006年7月，美國能源部的生物與環境研究辦公室和能源效率與可再生能源辦公室聯合發布了生物質燃料研究路線圖——《打破纖維素乙醇的生物學障礙：纖維素乙醇研究路線圖》，對美國未來的纖維素乙醇發展做出了全面部署。該路線圖的重點是纖維素乙醇，但對于生物柴油和其他生物基產品或副產品的相關研究也具有重要參考價值。

　　根據完成相關任務的技術成熟度，路線圖將纖維素乙醇研究戰略劃分為“三個五年”階段，表5概述了這三個階段不同的發展目標。

　　在纖維素生物質原料開發、原料處理和生物轉化方面，路線圖分別確定了三方面重點研究部署，其主要內容列于表6和表7中。路線圖指出，只有將復雜的工程技術與基礎生物學研究結合起來，才能保證纖維素乙醇任務取得成功。

　　3.4美國“基因組到生命”戰略計劃

　　進入21世紀后，面臨能源安全、環境和氣候等問題的重大挑戰，美國開始了新一代生物研究，美國能源部啟動了新的戰略計劃《基因組到生命》（ＧＴＬ計劃），系統地研究微生物，為生命科學在能源與環境領域的應用奠定基礎。

　　2002年7月美國能源部正式推出為期5年、資助額度為1億美元的后基因組計劃———ＧＴＬ計劃。2005年10月，美國能源部發布了《ＧＴＬ路線圖》，2008年又發布了《ＧＴＬ戰略計劃2008》，對《ＧＴＬ路線圖》進行了補充和升級，提出其核心目標是在未來10～20年，了解幾千種微生物的基因組及微生物系統對生命活動的調控作用，為利用生物手段解決能源與環境問題鋪平道路?！叮牵裕虘鹇杂媱潯诽貏e指出了系統生物學在能源、環境治理及碳循環與碳存儲領域的研究重點與挑戰。

　　3.5美國藻類生物燃料研究路線圖

　　2008年12月，美國能源部能源效率與可再生能源辦公室召集200多位專家召開“藻類生物燃料技術路線圖”研討會，評估了藻類技術研發現狀，確定了為推動藻類生物燃料商業化需要采取的措施；2009年6月，能源部形成《國家藻類生物燃料技術路線圖》草稿，開展專家咨詢。

　　該路線圖中共涉及11個研究主題，包括藻類資源與分布、藻類生物質資源的研究與轉化、藻類下游處理過程，以及相關政策、標準和監管措施等具體部署；其中，藻類生物學、藻類培養和藻類生物燃料的轉化是較重要的研究領域。同時，藻類生物燃料生產系統與技術經濟分析也是當前迫切需要開展研究的領域。

　　4對生物質資源領域研究的啟示

　　4.1對生物質資源領域的重要研究方向、問題和研究熱點的啟示

　　通過分析美國在生物質資源研究方面采取的舉措，并通過研究美國相關規劃的具體內容，結合對本領域重要研究文獻的研讀，可以發現如表8所列舉的美國在生物質資源領域主要關注的研究方向和研究重點，而這些也正是本領域研究面臨的重要問題及呈現的研究熱點。

　　4.2對發展我國生物質資源研究的啟示

　　（1）發展生物質資源研究的重要動因是為了解決人類當前在能源、環境、制造等方面面對的重要挑戰和重大現實問題，因此加強生物質資源研究對于國家可持續發展具有很強的戰略意義。

　?。?）生物質資源的研究是農業科學、生物學、化學及過程工程等多門學科交叉的研究，生物質資源的發展需要結合基礎研究與技術應用領域的進展和突破；同時，技術經濟分析與應用試驗研究也十分重要。系統生物學、宏基因組學等學科體現出的系統研究方法，以及多用途生物質原料、多功能微生物開發等方面體現出的功能或工藝有機整合的觀點，在生物質資源的研發與應用中尤為重要。

　　（3）針對生物質資源研究領域面臨的重要問題，我國相關決策機構應及時做出相應的研究部署，特別是加強有關能源植物研究、應用微生物研究、合成生物學和系統生物學研究，并積極發展生物能源和重要生物基產品的研究與開發，充分探索重要微生物在環境治理和能源開發的應用研究，以真正應對各種重大科學挑戰和重要現實需求。

　?。?）生物質資源的研究項目往往是多個政策規劃部門與多家研究機構聯合開展的大型和長期性研究，需要由國家關鍵部門主動引領，通過專門的委員會來協調開展，并需要充分發揮技術咨詢委員會的力量。在具體推進重大項目時，多個研究機構之間可結成技術開發聯盟或研究網絡，共同協作開展研究工作，以有效地聯合各個研究機構的資源、實力與優勢，促進各技術環節的有效銜接和整合。

　?。?）我國可參考美國及其他科技先進地區的戰略規劃與技術發展路線圖，確定我國的特色生物質資源、優勢研究領域和潛在優勢產業，制訂適合我國實際情況的生物質資源研究發展路線圖。在目標的設置和具體規劃上要充分考慮氣候、能效、環境、生態和公眾利益等方面的潛在影響，在研究力量部署上要有利于促進科研機構的廣泛合作，建立技術研究網絡和產學研戰略聯盟，培養技術咨詢力量。