石油、天然气资源的生物技术利用□戎志梅    近年来，随着现代生物技术的飞速发展，生物石油化工领域研究
    近年来，随着现代生物技术的飞速发展，生物石油化工领域研究日益活跃。    单细胞蛋白
    单细胞蛋白    随着世界人口不断增加，可耕地面积日益减少，动植物蛋白来源
    随着世界人口不断增加，可耕地面积日益减少，动植物蛋白来源已严重不足。目前生产单细胞蛋白（SCP）多以淀粉、糖、纤维素以及多种工业废液为原料。随着“石油发酵”热潮兴起，以石油、天然气生产SCP得到大力开发，主要包括以下3种。    ①石蜡酵母
    ①石蜡酵母    该技术开发完成于20世纪70年代，尽管其产品营养学及卫生学
    该技术开发完成于20世纪70年代，尽管其产品营养学及卫生学评价均好，但由于其毒性及石油价格不断上涨等因素，多数国家未能工业化。但也有少数国家如前苏联年产30万t SCP投产。我国自60年代就开展了这方面研究，石蜡转化率达90%以上，但因成本不过关、原料紧张等原因未能投产。    ②甲醇蛋白
    ②甲醇蛋白    以甲醇为原料生产SCP，在英、美、德国、日本、北欧等国都通
    以甲醇为原料生产SCP，在英、美、德国、日本、北欧等国都通过了中试，我国台湾也正在开发之中。但开发较成功的还只有英国ICI公司。ICI自1968年开始，12年投资1亿英镑，1979年建成5万t/a的甲醇蛋白工厂，产品已行销欧洲市场，饲料效果很好。但近年由于甲醇价格影响，成本降不下来，效益不佳。我国开展的许多研究同样因原料供应及价格问题而中途夭折。甲醇蛋白开发在我国虽不乐观，但如果未来甲醇价格能稳定在500元/t以下，那么甲醇蛋白的成本可控制在3000元/t以下，产业化还是可行的。    ③天然气蛋白
    ③天然气蛋白    天然气蛋白比甲醇蛋白的工业化要困难得多。因为甲醇易溶于
    天然气蛋白比甲醇蛋白的工业化要困难得多。因为甲醇易溶于水，而甲烷是气体，以气体做碳源就需要气体传质效率十分好的发酵装置。而且甲烷做原料耗氧很高，使冷却和供给空气的动力费用也较高。特别是一般甲烷利用菌生产都较慢，菌体浓度低，所以生产速率低，还有尾气中残余甲烷利用也是一个问题。总之，甲烷蛋白生产要在微生物学和工程学上克服较多障碍。    我国天然气资源丰富，其中油田气中有大量低压气因无输送价值
    我国天然气资源丰富，其中油田气中有大量低压气因无输送价值而不得不燃火排放，若能利用则可大大降成本。即使用输出的天然气，每吨SCP耗气量只有2000m3，相当于500元的天然气成本。若再采用尾气利用技术，那么天然气蛋白成本可降至1500元/t以下，显然优于甲醇蛋白和酵母蛋白。不过，开发该技术，需要组织较强的科研队伍，必要时可考虑引进苏联技术。    聚β羟基丁酸酯
    聚β羟基丁酸酯    目前塑料基本上是化学合成生产的。近来发现微生物具有合成塑
    目前塑料基本上是化学合成生产的。近来发现微生物具有合成塑料的能力。以甲醇为原料，利用甲基养嗜甲基杆菌可产生大量的聚β羟基丁酸酯（PHB），生物降解无毒性，耐紫外辐射，压电性，相当于聚丙烯均聚体。由于原料价格和生产效率等原因，目前PHB成本比聚丙烯高1倍左右。不过ICI公司已开始小批量生产。作为该技术工业化的第一步，首先要解决市场问题，利用该物质的特殊性质制造特殊高价产品，如利用其生物降解性作手术缝合线、医药和农药缓施剂。同时要改进工艺、降低原料成本。很显然，PHB在近期还不能与常用塑料竟争，但不远的将来定能成为1种无环境污染的通用高聚物。这项技术在我国是大有潜力的，一般每4～6t甲醇可生产1t PHB，如果将来甲醇的价格能够降低到丙烯的一半，则其成本降到聚丙烯水平是有可能的。    丙烯酰胺
    丙烯酰胺    丙烯酰胺世界年产量约20万t以上，我国年产量近万吨。丙烯
    丙烯酰胺世界年产量约20万t以上，我国年产量近万吨。丙烯酰胺生产路线有硫酸水合和催化水合两种，近年来又掀起了采用微生物法生产丙烯酰胺的开发热潮。日本日东公司于1985年已建成了年产4000t装置。微生物方法生产丙烯酰胺具有反应选择性高、产品纯度高、转化率高（达99%以上）、常温常压下反应、成本低等优点。    环氧化合物
    环氧化合物    环氧化合物（尤其是环氧乙烷和环氧丙烷）是重要的石油化工原
    环氧化合物（尤其是环氧乙烷和环氧丙烷）是重要的石油化工原料。人们已发现气态烯烃通过微生物酶催化可生成环氧化合物，该方法不需氯气或氯化物，也不需碱，可大幅度降低原料成本，减少污染。该工艺开发日益受到重视，但因菌种催化能力目前不高、细胞催化寿命和产物对细胞毒性问题没解决，而使工业化存在一定困难。    加氧酶
    加氧酶    加氧酶是一类能高效、专一催化分子氧掺入各种有机化合物的
    加氧酶是一类能高效、专一催化分子氧掺入各种有机化合物的酶，按加氧方式分为双加氧酶和单加氧酶两种。它能使非反应烃转化为可利用烃，把烷烃转化为醇或脂肪酸，把烯烃转化为环氧化物，使芳香烃开环等。众所周知，世界石油平均成分烷烃占30%，环烷烃占46%，芳香烃占28%，若能利用微生物加工烃，前景及影响将是不可估量的。例如甲苯是大宗石油化工产品，由于没有找到充分的利用途径，造成世界性甲苯过剩的问题。    这些化合物都是重要化工产品，如呋喃丹农药就是以邻苯二酚为
    这些化合物都是重要化工产品，如呋喃丹农药就是以邻苯二酚为主要原料，现呋喃丹主要靠进口，价格昂贵。己二烯二酸是高分子化工重要原料，可合成纤维，做轮胎帘子线。这种产品国内空白，国外末见工业化报道，只有少量出售。因此我国要加紧开发，争创世界先进水平。    微生物法生产乙烯
    微生物法生产乙烯    乙烯目前主要用化学合成法生产，由于世界性石油危机造成近年
    乙烯目前主要用化学合成法生产，由于世界性石油危机造成近年来发达国家乙烯能力下降，非常需要开辟新途径解决乙烯供应紧张问题。近年已发现某些微生物有合成乙烯的能力，代表菌株是指状青霉IF09327，每小时产乙烯1.394×10-3mL/mL，也可从牛、猪的粪尿或污泥中选出产乙烯的微生物。还有，使用再生资源生产乙醇，然后催化脱水制乙烯的路线也是可行的。    由烃类生产有机酸
    由烃类生产有机酸    微生物利用烃类可生产多种有机酸，大致分为3类：一类是作为
    微生物利用烃类可生产多种有机酸，大致分为3类：一类是作为微生物代谢中间产物存在的有机酸（月桂酸、十四碳酸、己二酸、癸二酸等），可进一步断裂，生成C2、C3化合物；另一类是由微生物代谢生成C2、C3化合物合成的有机酸，多为三羧酸循环中的一员，如柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、富马酸和谷氨酸等；第三类是由特定的烃类得到的有机酸，如萘生产水杨酸。近来，世界各国这方面的研究很多，利用微生物可由正烷烃生产二羧酸、由正烷烃生产脂肪酸、由石蜡烃生产柠檬酸、由正链烷烃生产琥珀酸。还有用合成法生产生物产品乳酸，由微生物法生产γ亚麻酸，用厌氧微生物合成醋酸。另外，利用微生物还可得到甲酸、富马酸、水杨酸、反丁烯二酸、α酮戊二酸等。    氨基酸
    氨基酸    微生物分解利用石油原料生产氨基酸研究很活跃，主要有以下两
    微生物分解利用石油原料生产氨基酸研究很活跃，主要有以下两种：    ①谷氨酸
    ①谷氨酸    正烷烃在野生细菌作用下可发酵生产谷氨酸，虽然目前原料质量
    正烷烃在野生细菌作用下可发酵生产谷氨酸，虽然目前原料质量和价格还达不到工业规模要求，但将来完全可望代替糖类发酵。还有乙酸在黄色短杆菌作用下也可产生谷氨酸，世界每年作谷氨酸原料而消耗的乙酸为10万t以上，这对于原先以废糖蜜和淀粉为原料的谷氨酸工业来说，其原料供应将更加稳定。    ②赖氨酸
    ②赖氨酸    赖氨酸的生产方法有抽提法、合成法、发酵法和酶法。现在国内
    赖氨酸的生产方法有抽提法、合成法、发酵法和酶法。现在国内外主要采用发酵法，一般用糖蜜等可再生资源为原料，也可用醋酸、石蜡、乙烯、苯甲酸等原料微生物发酵直接生成L赖氨酸。值得重视的是，酶法已成为近年研究的最有前途和生产潜力的方法。预计不久的将来，酶法将逐步取代发酵法。该工艺以制造己内酰胺时的副产物为原料，较之发酵法有很多优越性。    表面活性剂
    表面活性剂    微生物表面活性剂可做为提高石油回收率的一种潜在试剂，也可
    微生物表面活性剂可做为提高石油回收率的一种潜在试剂，也可用于脱乳化学业。目前微生物表面活性剂的研究大多停留在中试阶段，工业化还很少。研究表明，烃化合物做为碳源对生物表面活性剂的生成起诱导作用，但也有烃对表面活性剂生成起抑制作用。可见，不同碳源对生物表面活性剂活力产生不同影响。这方面成功的研究不少，例如乙酸钙不动杆菌产生的乳化聚糖，具有使油变性的能力，可用于燃料、环保等工业，它的混合物乳化聚酮醛醇可作为燃料使用。    甲烷氧化菌
    甲烷氧化菌    近来国际上一碳微生物学的研究很活跃。一碳微生物或称甲基化
    近来国际上一碳微生物学的研究很活跃。一碳微生物或称甲基化合物营养菌，主要是利用甲醇和甲烷作为碳源和能源的微生物。一般认为甲醇或甲烷做碳源较便宜，可大大降低成本。同时甲烷氧化剂对有毒物质可生物降能，有利于环保，并且在防止瓦斯爆炸方面有独特功能，因而具有很大的工业价值。    从石油、油渣及废矿中提取金属
    从石油、油渣及废矿中提取金属    利用微生物从石油、油渣及废矿中提取金属是现代生物技术应用
    利用微生物从石油、油渣及废矿中提取金属是现代生物技术应用的一个重要方面。这种技术的突出优点在于可最大限度地利用资源，同时难以被其他技术取代。利用微生物从石油中可提取钒、镍、铜等重要金属。利用某些细菌与含铀的矿物做底物一起培养，可从低密度的矿中提取铀，当矿中铀含量为l%时，铀提取率达96%，几乎可全部提取。目前加拿大已有年产60t铀的抽提生产装置。    微生物采油
    微生物采油    石油开采中，现行的工艺只能从大多数油井中采出30%～40%的
    石油开采中，现行的工艺只能从大多数油井中采出30%～40%的石油，大部分由于粘度高而遗留在岩石中。随着微生物采油技术的开发，使得采油率不断提高。这主要是由于细菌的代谢作用产生大量二氧化碳，二氧化碳与石油混溶，使之膨胀而降低粘度，同时还可产生大量有机酸，导致过量气体产生，产生压力驱出石油；而且微生物在油层中可产生表面活性剂，使石油易流动。目前微生物采油主要有两方面：其一是利用微生物产物采油，如微生物多糖、表面活性剂等；其二是微生物本身用于采油，注入地下。    另外，微生物还可用于原油脱蜡、脱硫、漏油清除和除去金属。
    另外，微生物还可用于原油脱蜡、脱硫、漏油清除和除去金属。微生物脱蜡与尿素脱蜡、分子筛脱蜡相比，工艺简单，成本能耗低，脱蜡深度大。微生物脱硫不需高温高压，可节约能源，降低成本。    石油、天然气生物技术利用范围广，产品众多。根据我国现状，
    石油、天然气生物技术利用范围广，产品众多。根据我国现状，从近期预测来看，未来发展方向主要体现在以下几个方面：    单细胞蛋白
    单细胞蛋白    我国蛋白质人均食用量不及日本一半、美国的1/10。随着生活
    我国蛋白质人均食用量不及日本一半、美国的1/10。随着生活提高，蛋白需要量将大幅提高。只要解决了经济成本、市场及法规等问题，蛋白业发展在我国意义极大。应从多方面采取优惠扶植政策，引进消化吸收国外先进技术，建先进示范厂，而不需要再搞工艺研究。    石油化工产品
    石油化工产品    这是一项十分有利可图的工作。特别是由丙烯腈发酵生产丙烯酰
    这是一项十分有利可图的工作。特别是由丙烯腈发酵生产丙烯酰胺；由乙烯、丙烯微生物环氧化生产环氧乙烷和环氧丙烷；由甲醇生产PHB；利用双加氧酶生产催化由苯甲酸制邻苯二酚，由邻苯二酚制己二烯二酸；用微生物生产乙烯、异丁烯等。    各种有机酸和氨基酸
    各种有机酸和氨基酸    从生产二羧酸、脂肪酸、柠檬酸、琥珀酸等入手，开发系列有机
    从生产二羧酸、脂肪酸、柠檬酸、琥珀酸等入手，开发系列有机酸产品。不断扩大微生物生产氨基酸品种，重点改进谷氨酸、赖氨酸技术。    其他
    其他    大力开展微生物采油技术的应用研究，不断提高石油开采率；同
    大力开展微生物采油技术的应用研究，不断提高石油开采率；同时将生物技术应用于石油脱硫、脱蜡；从石油、油渣、废液中提取金属。（全文完）