第7章乙醇
我第一次接觸到藻類燃油是在瓦爾森位於德州的溫室。一開始我被他們的光生物反應器所吸引：成排的透明板，裡面有彎曲的管子，藻類和水在管中流動。瓦爾森的培養方式類似生產線，藻類與自然環境隔絕，似乎可以滿足全世界對燃油的無盡需求。雖然這家公司突然解散了，但幸好我也追蹤了其他兩家栽培藻類的公司：焦耳無限（Joule Unlimited）和藻類醇（Algenol），他們擁有自家版本的光生物反應器，據說這兩家公司是成功的。當我開始為這本書進行研究的時候，雖然無法接觸到焦耳無限公司的管理階層，不過藻類醇公司的創立者兼執行總裁保羅．伍茲（Paul Woods）則是無話不說。
所以二○一三年七月的豔陽天，我和他站在該公司位於佛羅里達州的總部，這個總部在麥爾茲堡（Fort Myers）機場附近，周圍的沙地上長滿矮樹叢。伍茲穿著短褲、T恤和涼鞋，他的額頭很高，帶紅色的金髮垂到肩上。這不是典型的執行總裁裝扮，但伍茲也本就不是。
在我們面前是一排排閃著綠色光輝的塑膠袋，排滿超過兩英畝的土地，每個都有四呎寬、四呎長，但只有幾吋厚，共有數千個，垂直掛在鋼製架子上。每個塑膠袋的間隔約為十吋，距離地面約一呎。看起來像是巨人國辦公室裡面的掛式檔案夾。不過每個檔案夾中放置的並不是文件，而是四加侖的無菌海水、二氧化碳氣泡，以及數百萬個經由生物工程改造過的藍綠菌。這些透明的檔案夾是藻類醇公司擁有專利的光生物反應器（photobioreactor），簡稱為PBR。
這些藍綠菌製造的不是油，而是乙醇。如果你在加油站看加油幫浦，便可知道還有石油之外讓車子移動的燃料。目前在美國販售的汽油中，有一成含有來自玉米發酵所製成的乙醇。乙醇也叫酒精，是酒之所以能醉人的原因，也是乾洗手露和其他殺菌劑中的殺菌成分。不過乙醇在汽缸中壓縮，與氧氣混合，再由火星塞點燃，就能像汽油一樣，把蘊藏在化學鍵中的能量突然釋放出來。用乙醇推動交通工具並不是什麼新鮮的點子，最早的內燃機便是以燃燒酒精推動的。現在巴西的燃油中含有四分之一酒精，這些酒精由甘蔗發酵所製成。在歐洲，幾乎所有車輛所使用的汽油中含有至少一成酒精。而北美洲和歐洲的彈性燃料車（flex-fuel car）能夠使用混合了汽油與乙醇的燃料，其中乙醇最高可占百分之八十五。
現在的乙醇是由酵母菌發酵玉米、甘蔗或其他植物材料所製成，乙醇就是酵母菌的排泄物。有些細菌也以發酵作用為生，白菜會變成酸白菜，小黃瓜會變成酸黃瓜，就是由於這些細菌造成的。不過，藍綠菌從來都沒有打算進行發酵作用，是藻類醇公司改變了它們。
伍茲邀請我湊近看那些PBR。每個塑膠袋上都有接口，就像是點滴袋，能夠用來注入二氧化碳和養分，並移出酒精和過多的生物。伍茲說：「這些綠色的PBR大約四天就會變得綠到發黑。」之後將塑膠袋中的內容物抽出，放到蒸餾器和汽提機中，酒精於是和水分開並且凝結，藻類也因此被蒐集起來。技術人員會當場清理PBR，裝入新的鹽水，以及在室內桶子中培養出來的藻類。「這個方法漂亮的地方在於沒有廢棄物。從頭到尾，不只能得到可當成燃料的乙醇，那些剩下的藻類富含蛋白質，可以當成動物的飼料，氮和磷可以當成肥料。還會生產出淡水。鹽水放進去，卻跑出能喝的淡水，所以藻類醇公司也是海水淡化廠。」
我們走回總部，參觀占地三千平方呎的實驗室，裡面的實驗檯上放滿閃閃發亮的儀器，穿著白色實驗衣的科學家和技術人員正在進行實驗。藻類醇公司雇用了約一百二十人，其中包括化學家、微生物學家和製程工程師。有個團隊在研究改良光生物反應器的設計，以及在戶外的設置方式。其他團隊有的專注於新的乙醇分離技術，有的改進PBR中的生長環境。當然，也有以生物工程的方式改造藍綠菌的團隊。
生物工程是藻類醇公司的核心，他們的微生物學家把一些來自酵母菌的基因插入藍綠菌的基因組中，讓藍綠菌能夠把從光合作用所合成出來的糖轉換成乙醇。這需要高超的生物工程技術才能實現，不只是因為要讓藍綠菌去做三十億年來都沒有做過的事，也是因為藍綠菌本身很難耐受自己排出的廢棄物。對藍綠菌來說，乙醇就像是能殺死你手上細菌的乾洗手劑一樣。
毫不意外，藻類醇公司花費了好幾年才達成這個目標。一九八四年，伍茲在加拿大西安大略大學主修遺傳學時，開始走上這條道路。我問他怎麼會有這個點子，他回答的內容非常有自己的風格：「當時是五月，我的遺傳學實驗伙伴突然對我說：『話說，乙醇是未來會使用的燃料。』此話不假，因為我們都經歷過石油禁運和加油站排隊的時期。所以我想，好吧，有道理。三個星期後我坐在窗邊，看著窗外的綠色草地和樹木，突然有個蠢到不行的點子：如果我們的皮膚能夠製造葉綠素，讓我們能生產自己需要的食物、糖類，就不需要花那麼多時間吃東西了。當然這完全行不通，因為我們皮膚的表面積根本不夠大。但是這讓我想到藻類通體都是綠色，也完全能夠進行光合作用，而且地球上的生物當中，藻類製造糖的速度最快。突然間我想到，我們能讓藻類利用自己製造的糖來製造乙醇。這真的是一瞬間又小到微不足道的念頭：應該用藻類製造乙醇。一切就是從這裡開始的。」
藻類當然不會製造乙醇，他知道得用遺傳工程改造才能達成。他也認為藍綠菌最適合達成這項任務，因為藍綠菌屬於原核生物，染色體只是簡單的環狀，很容易就可以讓其他細菌的基因插入，這讓藍綠菌比真核生物容易改造得多。
大學畢業之後，他把用藍綠菌製造乙醇的點子寫成計畫書，想把點子賣給加拿大的燃料製造商，這些公司當然完全不感興趣。原因之一在於現在全世界每年乙醇的銷售量是兩百二十億加侖，而在一九八四年只有九百萬加侖，所以幾乎不當成燃料使用。加上遺傳工程才剛剛起步，幾乎沒有人想要用遺傳工程的方式改造藍綠菌，更別說是成功了。不過雖然沒有已被證實可用的技術，也沒有市場可言，伍茲還是從朋友和熟人那裡募集了二十萬美元，成立了「乙醇能源公司」（Enol Energy）。
手中有了錢，伍茲開始找尋能夠以生物工程的方式改造藍綠菌的人。他想找的是多倫多大學的約翰．柯曼（John Coleman）博士，他是當時加拿大少數具有遺傳工程經驗的人。柯曼告訴我，有天他在實驗室，突然接到伍茲打來的電話。「當時我有個抗瘧疾的計畫，想要把基因放到藍綠菌中，好減少蚊子的數量。孑孓會吃藍綠菌，我正在嘗試讓藍綠菌製造孑孓吃下去會死亡或不孕的蛋白質。我認為我們很有可能辦得到他想要做的事情。」
可能辦得到，但是沒有那麼容易。在一九九○年代初期，基因剪接是個亂槍打鳥的冗長過程，並不可靠。第一個完整的細菌基因組要到一九九五年才被定序出來。柯曼多年來和多倫多大學的另一位科學家鄧明德（Ming-De Deng）博士嘗試將兩「組」酵母菌的基因，放到藍綠菌染色體中可以發揮功效的地方。（插入的位置非常重要：如果基因放在染色體中錯誤的位置，可能會使某個基因的功能受到破壞，嚴重的話會造成生物死亡。）每次嘗試之後，他們都看看這些藻類是否能夠分泌乙醇。多年來都沒有成功。柯曼和鄧明德就像是騎著腳踏車的郵差，在黑夜中要把包裹寄到一個大都市裡的不知名地址，而且還沒有地圖，一路上只能問人：「我們到了嗎？」不過在一九九六年，經過了八年兩千一百次的嘗試，總算有些好運，把這些酵母菌的基因放到正確的位置。
我問他們是否盛大慶祝，柯曼笑著回答：「沒有，沒有什麼能夠造成燎原野火的事，改造過的藍綠菌只能製造一點點的乙醇。不過這依然算是成功的時刻。」一九九七年，柯曼和鄧明德發表了這項研究的論文，伍茲也申請了第一批專利。
在此同時，伍茲也因為擔任天然氣賣買的經紀人而賺了大錢，才三十八歲就在佛羅里達州退休了。他告訴我，後來的五年間他只是在一旁靜靜等待，開著白色的勞斯萊斯，還有旅行。不過到了二○○五年底，油價開始上漲。更好的是，在一九九五年設立了《再生能源燃料準則》（Renewable Fuel Standard, RFS），簡單來說，就是要求汽油中必須含有一定比例的再生燃料，實際指出汽油中乙醇必須占一成，這改變了乙醇的市場。
議員當初設立《再生能源燃料準則》的目的，是因為加入乙醇可以讓交通工具排放的有毒一氧化碳減少。他們也希望藉由乙醇取代汽油和柴油的十分之一，能降低美國對進口原油的依賴。不過在二十一世紀的頭十年，《再生能源燃料準則》還有一個新的角色：減少人類製造出來的二氧化碳，以對抗全球暖化。交通工具燃燒乙醇依然會釋放二氧化碳，但光合作用生物會吸收空氣中的二氧化碳，用於生長。燃燒乙醇可以回收空氣中的二氧化碳。汽油中乙醇所含的比例愈多，就能減少使用長年以來埋在地下的石油，排出的二氧化碳也會變少。
最容易製造大量乙醇的方法是發酵玉米。在二○○五年以前，美國每年生產了六十億加侖的玉米乙醇。但是環保人士開始指出，在把玉米轉換成乙醇的過程中，需要把大量玉米從農場運到發酵工廠，這些玉米需要經過研磨、加熱、液化、蒸餾、離心，以製成變性酒精，種種過程都需要燃燒燃料。栽培玉米也需要使用由天然氣製成的肥料。人們開始懷疑使用玉米酒精到底能夠減少多少的二氧化碳排放。除此之外，栽培玉米需要大量水分。在美國中西部，奧加拉拉地下水層（Ogallala aquifer）含水量愈來愈少，當地栽培玉米所需的水主要來自這個地下水層。有些人也指出，《再生能源燃料準則》把可以吃的玉米拿去做成生物燃料，使得食物和飼料的價格上漲。1種種跡象顯示，愈來愈多人對於用其他生物材料製造乙醇感興趣，這些生物材料可能是玉米芯、風傾草（switchgrass）、木屑，或是來自其他生物。
伍茲希望這個「其他生物」是藻類。他認為時機已經成熟，可以重新展開藻類乙醇的事業，於是又聯絡了柯曼。
大約在同一個時期，企業家兼藥廠執行長艾德．藍吉爾（Ed Legere）正在找伍茲，希望能買下他的乙醇專利，不然授權也可以。他當時正在經營一家位於加州的公開上市製藥公司，希望轉換跑道。他回憶道：「我認為在生物科技領域中，生物能源將會是下一個大幅成長的行業。」他研究了所有種類的原料。「我每種都找來推敲，個個都有缺點。糖類和玉米？這些都是作物商品。如果我經營的公司使用的材料有全球市場，這表示我無法控制製造過程。我親眼見過這種事：玉米的價格上漲到每桶六美元，一時之間所有的乙醇製造商都遭到嚴重的打擊。」
他在研究的時候看到了柯曼的論文和伍茲的專利。「我覺得藍綠菌最合理，需要的主要原料只有二氧化碳，我知道到處都有很多二氧化碳。如果培養設施接近水泥工廠或是發電廠，可以免費得到二氧化碳。如果沒有，運輸二氧化碳的成本也低。」當然是比運輸玉米、草或是廢木料低。
伍茲、藍吉爾、成功的藥廠執行長兼投資眾多生物科技的企業家葛雷格．史密斯（Craig R. Smith）在二○○六年成立了藻類醇公司。可樂娜啤酒家族的年輕成員亞歷漢卓．岡薩雷茲．西馬德維拉（Alejandro Gonzalez Cimadevilla）是生物科技投資家，他提供了該公司成立的主要資金。柯曼以科學顧問的身分加入。他說：「真是怪了。我的實驗室冷凍櫃中還有幾百管我們轉型生物的DNA。通常我只保留樣本五年，但是不知道為什麼，這些DNA我保存了十多年。如果我沒有留下來，公司就要花更多時間才能開始運作。」
這些樣本的確有用，不過柯曼只選了特殊的物種保留，因為當時他認為這些物種的染色體特別小，比較容易改造。藻類醇公司最早的任務之一，便是找出夠簡單，而且能夠製造大量糖且忍受乙醇的種類。這個種類必須也要能夠耐得住物理逆境。當時藻類醇公司的PBR是扁長形的塑膠管，平放在地面上，以頗大的壓力把藍綠菌推動，在管中流動，從管子末端流出來。
藻類醇公司很幸運，不久便發現了「藍綠菌生物科技公司」（Cyanobiotech），這是一家德國新興公司，成員只有四個人，位於一間在柏林的地下室實驗室。這四位從德國洪堡大學畢業的年輕博士研究會製造有毒化合物的藍綠菌，這些化合物可能具有抗癌或抗菌的性質。他們已經從歐洲各地蒐集了大量的藍綠菌樣本。藍吉爾和史密斯告訴他們自己在製藥界中痛苦的經驗：要讓某個化合物成為能夠賣錢的藥物是非常困難的，這讓他們相信應該為藻類醇公司篩選藻類。
藻類醇公司很快就在柏林的實驗室以及西班牙的一個戶外地點設置了PBR。在美國能源部以及佛羅里達州李郡及時的資金幫助之下，他們二○一○年在麥爾茲堡附近買了一塊地。自此之後，發現與發明的腳步加快了。藻類醇公司之前就把藍綠菌生物科技公司買下，後者從許多可能有用的藻類篩揀出十幾個，成功地把酵母菌的基因插入了其中多種。到了二○一○年，藻類醇公司已經可以展示製造過程，在佛羅里達州荒蕪的樹叢地上，他們的設施每英畝每年可以生產兩千五百加侖的酒精，堪薩斯州的玉米農在每英畝土地上產出的玉米所製造出來的酒精，只有他們的六分之一。
該公司的成果令人印象深刻，不過伍茲計算過，每英畝的土地要能生產出六千加侖酒精，才能符合他的目標：在沒有資助的狀況下讓每加侖酒精的售價低於一點三美元。問題在於科學家似乎遇到了藍綠菌製造酒精的生理極限。如果生物把更多的糖拿去製造乙醇，就不夠用於維持自身的基本運作。基本上，它們只能苦苦掙扎。
伍茲將最後的希望重新放在編號為一七一的野生藍綠菌上，這種藍綠菌的特出之處在於製造糖的效率高，而且能夠耐熱，耐高乙醇濃度，以及機械壓力。伍茲說：「這種藍綠菌非常棒。我們曾嘗試改造它，但是毫無進展。它很有韌性，所以難以對它進行生物工程改造。老天爺，這是很強悍的菌，非常非常強悍。」當然，藻類醇公司的微生物學家還是持續努力。
二○一一年，藻類醇公司的錢已經所剩不多，就在此時，伍茲與信實工業（Reliance Industries）簽訂了價值一億美元的授權與投資計畫。信實工業是印度第二大公司，也擁有世界上最大的煉油廠。煉油產出的煙囪廢氣中，二氧化碳的濃度非常高。信實工業對於把二氧化碳轉換成可以賣錢的乙醇這事非常感興趣。藻類醇公司在信實企業位於印度賈姆訥格爾（Jamnagar）的海邊煉油廠中設立了一座前導設施。
還有更好的事情。在得到信實工業的投資後不久，藻類醇公司的一位年輕微生物學家終於攻破了一七一號藍綠菌的染色體，把製造乙醇的基因插入了。乙醇的產量加倍。在適當的狀況下，基因改造一七一號藍綠菌在每英畝的土地上可以製造出高達六千加侖的乙醇，但這不是在一般的狀況下，所以還不夠理想。
伍茲認為解決方案在於PBR的設計上，決心從根本重新改造，並在二○一二年二月成立了新的團隊，研究各種可能的設計。之前藻類醇公司使用的是放在地面上的水平袋子，因為他們認為要讓藍綠菌接觸到最多陽光。但是經過十一個月密集的實驗之後，出乎每個人的意料之外，最佳的直立式系統所製造出的乙醇是最佳水平式系統的八倍。伍茲說，有了新的PBR，「突然間，我們每英畝的產量高達了九千加侖。」改善了處理過程並且在當地製造PBR，進一步降低了成本。這家公司已經準備好開始商業生產了。
許多生物燃料新興公司都在拓展生產規模的時候失敗了。因為當生產規模大幅增加，背後的生物學、化學和物理學也隨之改變。但對藻類醇公司而言，轉變非常簡單。藻類醇公司的生產方式是模組化的，某些數量的塑膠袋以某種方式排列，並以最低的成本達到最高產量。要提高產量，藻類醇公司只需要更多相同的PBR模組，就像蜜蜂增建蜂巢那樣。藻類醇公司的產量只受限於溫暖又陽光充足的土地，以及能否得到足夠的鹹水。
每英畝的耕地需要大量施肥與灌溉，每年才能夠產出四百加侖的玉米乙醇。根據伍茲的說法，藻類醇公司每英畝的非耕地，不需要淡水，只需要少量肥料，以及幾乎不用錢的二氧化碳，每年便能生產九千加侖藻類酒精。而且不是把淡水和玉米變成燃料，而是把鹹水和溫室氣體變成燃料，同時產出肥料和淡水。聽起來很棒，但是我問伍茲，為什麼現在公司沒有門庭若市？得到的答案是：再等等就好了。
我再次見到伍茲，是在二○一五年夏天的一場會議中，他發表重點演說。他在講臺上說明了藻類醇公司最近的進展，然後在討論時和其他講者一起坐在講臺上。他的態度輕鬆，自信洋溢，並且主導了討論。顯然他已經進入了賽程的最後路段，把對手甩得遠遠的，勝利已經在望，可以慷慨分享經驗與意見。那天稍晚我和他見面，他告訴我信實工業要擴大在賈姆訥格爾的設施，好把產量增為十倍。中國南部的一家能源公司正在和公司簽約，要發展藻類燃料。他還暗示有來自中東的投資者，以及在佛羅里達中部的新設施將要招募約百人，並且年產一千八百萬加侖的乙醇。到了九月，我看新聞說藻類醇公司和專技燃料經紀公司（Protec Fuel Management）達成協議，讓後者行銷他們在麥爾茲堡生產的乙醇。看到這家公司即將成功，我的精神大振，特別是已經有許多藻類能源公司都已經倒閉了，而藻類乙醇將會是以大規模生產的環保交通燃料。
然而，在二○一五年十月二十六日早上，我打開電腦，設定追蹤的藻類醇公司新聞這時跳了出來：「驚！藻類醇今天宣布董事會接受執行長保羅．伍茲的辭職。」報導中接著說：「該公司本來有一百七十位員工，已經解雇了數十名，並且將轉換領域，專注於廢水處理與碳補集，能源方面的事業可能要後來才會繼續發展。」
我真的深受震撼。到底發生了什麼事？伍茲對於藻類醇公司的產量一直都沒有說實話嗎？公司有伍茲沒有揭露的財務狀況嗎？伍茲賣的是誇大不實的環保產品嗎？一間看起來快要成功的公司為何會失敗得如此突然。
接下來的一年，我都沒有其他消息，藻類醇公司在伍茲掌管的時候，會定時發新聞稿，但之後便默默無聲。到了二○一八年初，我和藻類醇公司的商務總監賈克．波特–洛塞克（Jacques Beaudry-Losique）談話，問了這些問題。他說：「保羅說每英畝產量九千加侖這個數字是正確的，不過這是最佳數字，而不是整年的平均數字。而且保羅沒有把持續的投資成本算進每加侖酒精的成本中，例如要定期更換磨損的PBR。」當這些成本納入公司的總收支後，乙醇的成本便太高了。在寫作這本書時，每加侖玉米酒精的價格是一點五美元，這是最低的價格，藻類乙醇是無法與之競爭的。
藻類醇公司的董事會改變了公司的方向，發展高價格的產品，好能更快回收成本。現在公司在麥爾斯堡有十四英畝的場地，培養螺旋藻，這種藻類生產的藻青素可以做為藍色色素。波特–洛塞克解釋道：「我們有個新菌株，在生物光反應器中的生長速度非常快，產能是一般在開放池子中螺旋藻的兩三倍。每公斤藻青素的市價是一百七十美元，藻類乙醇只有幾塊錢。」
藻類醇公司認為螺旋藻將會是推動公司成功的引擎，現在可以生產色素，將來可以生產可食用的蛋白質。工程師正想方設法移除加工螺旋藻的苦味，他們希望能把無色無味的的螺旋藻當成蛋白質補充劑銷售，或成為合成肉的成分之一。波特–洛塞克告訴我，藻類燃料還是有希望的，但是這需要看化石油料的市場價格。藻類乙醇就和藻類燃油一樣，不具備競爭力。
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