化石燃料是人类生产、生活的主要能源。石油、煤、天然气等不可再生化石燃料在能源消耗中的比重达到86．8％。按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约仅有：石油45-50年，天然气50-60年，煤炭200-220年。生物燃料是利用生物技术手段解决未来能源问题的可选方案之一。生物燃料的合理使用可以降低不可再生能源的消耗，一定程度上能够起到合理利用自然资源、保障能源安全的作用。但是随着生物燃料的开发与利用，一系列负面影响也会随之产生。2008年10月3日出版的(science)杂志上，23名来自国际研究小组的科学家联名发表文章提出，制订科学的生物燃料政策，发展生物燃料原料的多样性才能保障生物燃料的长久性成功。关于生产生物燃料的一系列新技术和新原料也不断涌现，以非粮作物为原料的新一代生物燃料正呈现方兴未艾新趋势。

    Huggett关于美国2005年至2008年前3个季度生物燃料风险投资的报道显示：2005年，对于藻类生物柴油(algae biodiesel)、生化柴油(biodiesel)、沼气(biogas)、生物能(biomass)、纤维质燃料(cellulosic ethanol)、粮食类燃料(grain ethanol)6种主要生物燃料的总投资仅为1．51亿美元；2006年，总投资额猛增至9．915亿美元，而其中近50％(4．951亿美元)是用于粮食类燃料。2007年，除藻类和沼气略有增加外，其余的都出现下降趋势，总投资额也有所下降。从2008年前3个季度来看，生物燃料的总投资再次复燃，已达到7．117亿美元，但是和2006年相比，粮食类燃料的投资出现剧烈下降，仅为2．89％(2 060万美元)，下降了95．84％。同时生化柴油的投资额下降也较快，由2006年的2．976亿美元下降到1．235亿美元，下降了58．50％。相比之下，更多的投资转移到了纤维质燃料(2．898亿美元)和藻类生物燃料(1．793亿美元)的开发与生产，分别占总投资额40．72％和25．19％。如果把风险投资作为生物燃料未来发展前景的风向标来看的话，风险投资的趋势变化使我们从一个侧面看到目前生物燃料研究和技术发展的趋势。

    纤维质燃料是生物燃料开发利用的一个重要趋势。JosephBinder和RonaldRaines开发了一种把纤维素转化成单糖的水解技术，它由一种离子液体、酸和层析法组成，这种技术可以用于柳枝稷、木、作物残余物和废纸等许多纤维素来源，可能发展成为生产生物燃料或其他产品的大规模工业过程。但是目前受到离子液体价格昂贵的限制，大规模生物能提炼还面临着一些挑战。目前，以美国、加拿大、瑞典等为代表的发达国家，积极开展纤维素乙醇中间试验，并建设了诸多示范装置和工厂。同时不少国家采取了多项有效措施，促进纤维质生物燃料的生产和使用。例如，巴西为增产纤维素燃料乙醇，政府和私营部门共同投资扩大甘蔗种植面积，政府为农民提供了法定的农业专项低息贷款。美国农业部为Range燃料公司提供8 000万美元的贷款担保，资助该公司位于佐治亚州的植物木屑纤维素生产生物燃料项目。2010年2月世界上第一个纤维素乙醇生产示范工厂在美国田纳西州建立，主要是利用集成技术从农业废料和生物能源作物中大量生产乙醇。但是开发纤维素燃料乙醇还存在着一些世界性的科技难题，比如，缺少纤维素酶高产菌株和发酵菌种，木质素降解难度大，成本高。有鉴于此，提高生物燃料乙醇生产效率、提高木质素预处理技术，以及解决纤维素原料收集、预处理、糖化、发酵和精馏等各个环节中存在的技术问题，成为纤维素乙醇大规模工业生产亟待突破的障碍。

    生物燃料研究开发的另一个重要趋势是提高单位面积光和利用所产生的生物量。微藻类生物燃料的研究得到了研究人员的青睐(Chisti，2008；Dufyet a1．，2009)，不仅是因为微藻是典型的速生生物，其生长不需要十壤，可以种植在对农业和人类用处不大的富营养化水中(淡水或咸水)，不争夺耕地，可以去除水中的营养物和污染物，还因为单位面积的藻类生物燃料的产量远远高于其它植物。有报道显示2007年种植的6 700万英亩大豆完全用丁生物燃料，可代替了美国6％石油使用量，如果以藻类的最适生产率来计，相同面积的藻类产生的生物燃料将代替高于100％石油使用量。可见开发生物燃料产量高的植物是提高单位面积生物量的一个方向。目前，有的国家加大了藻类生物燃料的投资，并有国际巨头公司积极合作，欲将藻类生物燃料推向商业化。而提高单位面积生物量另一个方向则是通过转基因技术提高生物燃料产量。例如，美国Thomas Jefferson大学生物技术基础实验室的研究人员通过修改控制油产量大小的两组基因来大大提高烟叶油产量，使烟草植物将成为一个非常有潜力的“能源工厂”，而且其它高生物量植物生产生物燃料也将借鉴这个模式。

    Tilman等提出新一代生物燃料的标准：(1)不与粮食作物争地；(2)不会导致土地的过度开垦；(3)减少温室气体。如果保证所有土地都用于农业耕种，禁止生物燃料占用土地，人们对燃料的需求以及生物燃料的发展可能会造成社会成本的增加，特别是在农村人口的权利得不到足够的保护的情况下。因此Rist等认为种植生物燃料原料给农村人口带来的潜在的机会和风险也应列入生物燃料标准的考虑范畴，并补充了生物燃料第四个标准，即社会效益最大化。

    目前专家提出新生物燃料使用的利弊评估内容有：生物燃料对未来粮食供应的影响、温室气体的排放量、是否会引起土地过度开垦而导致生物多样性减少等环境后果。Biksey和Wu认为生物燃料在生产过程中产生的产品或副产品对环境及人类健康的影响也应作为生物燃料评估考虑的内容之一。而在新一代生物燃料研究中仍存在一些争议。Tilman等提出混作耕种体系，利用作物残余物获取生物燃料。Lal和Pimentel却认为利用作物废料获取生物燃料有潜在风险。因为保留在土壤中的作物残余物对于碳的吸收、水土的保持、改善土壤结构、维持并增加土壤生产力等都很重要。有研究人员认为在那些已退化的不适用于农业种植的土地上种植多年生能源植物，能达到发展生物燃料的效果。Spangenberg和Settele对此表示不赞同，他们认为这种没有集约耕作的种植方式是不可行的，将会离增加生物多样性和野生动物等预期效益越来越远。

    据相关机构预测表明，2015年全球生物燃料的需求将达到940亿升，为2009年360亿升的两倍多。而到了2022年全球生物燃料市场将从2009年的1 000亿美元扩大到2 800亿美元。随着人类对燃料的需求不断增加，传统的生物燃料将面临新生物燃料的激烈竞争。纤维质燃料的转化技术和高效纤维质酶的开发利用及提高单位面积光和利用所产生的生物质量将是两个重要的研究应用发展趋势。在新生物燃料的研究开发中，要以不与粮食作物争地、不会导致土地的过度开垦、减少温室气体、社会效益最大化为标准。同时不能忽略：生物燃料对未来粮食供应的影响、温室气体的排放量、土地过度开垦导致生物多样性减少等环境后果、生物燃料的生产过程中产生的产品或副产品对环境及人类健康的影响。对存在争议的策略技术等应充分研究考证，把握好开发利用的度，尽量发挥其对人类有益的一面。只有在充分考虑生物燃料潜在的伦理、环境和经济等各方面问题的基础上，依靠先进技术发展起来的生物燃料才符合人类发展的需要。

农业生物技术学报，2010年，第18卷，第3期，第413—415页