剑桥,质量。——为了重塑燃料行业，生物燃料初创公司Joule Unlimited的工程师们整天都在对微小生命形式进行修补。
这家成立4年的初创公司位于生物技术一个分支的前沿，该分支利用基因组测序的丰富知识和强大的计算机工具，从零开始问:如果你想要理想的燃料，你会怎么做?
他们得出的答案是一种柴油，这种柴油是由平板塑料生物反应器中的一种基因工程微生物分泌的。它的“生物工厂”生物的唯一输入是阳光、泵入的二氧化碳和一些营养物质。
焦耳无限还有很长的路要走，在它成为一个商业本垒打。但看看它的商业战略和实验室，就会发现生物技术在重塑液体燃料行业方面的可能性。
在从农业废料或草类中提取乙醇的进展令人失望之后，许多公众的注意力转向了插电式电动汽车，以使交通更加环保。但是，用植物来源替代石油燃料和化学物质仍然是很大一部分。
Joule Unlimited是由旗舰投资公司(Flagship Ventures)的风险资本家联合创办的，他们在投资了另外两家同样使用合成生物学技术的生物燃料初创企业——Mascoma和LS9后，采取了一种“蓝天”式的大规模生产生物燃料的方式。
而不是使用藻类或洗牌基因的工业主力，如e。焦耳正在对蓝藻或蓝藻进行新陈代谢工程，蓝藻被认为是在29亿年前进化而来的，是所有分解水的光合生物的鼻祖。
Joule Unlimited的生物服务高级副总裁(也是该公司的第一位员工)丹·罗伯逊(Dan Robertson)在公司办公室举行的一次会议上，向我展示了一份厚厚的能源部报告，其中列出了利用藻类生产燃料的一系列障碍。
罗伯逊说，Joule的生物工程师着手解决所有这些障碍。焦耳和其他科学家想要制造直接从微生物中分泌出来的燃料，而不是种植生物量然后从中提取燃料。而不是喂糖——通常是从甘蔗——到大肠杆菌。然后将该溶液发酵成酿酒用燃料，焦耳设计了一套连续生产燃料的系统。藻类没有被开发，因为有太多的水需要清除，而且很难进行工程设计。
罗伯逊解释说:“在一个地方，光被吸收，二氧化碳被吸收，在那里你可以得到碳分子，最终制造出你的产品。”
生物反应器中的蓝藻细菌产生碳氢化合物，这些碳氢化合物从绿色的水溶液中被虹吸出来。没有原料来获取和运输，甚至没有生物质来收集和加工。该公司正在德克萨斯州运行一个试点设施，在那里它正在卡车运输二氧化碳用于测试目的。对于未来的场地，它打算从一个工业伙伴那里获得二氧化碳。罗伯森说，燃煤发电厂排放的废气经过正常的汞和砷洗涤后，可以供给蓝藻菌。
细菌控制繁殖特定的生物体，如大肠杆菌。大肠杆菌已经存在了几十年了。但是生物技术的进步使生物学家能够以更精确的控制和速度来操纵生物。
在焦耳的例子中，生物学家为了他们的目的优化了蓝藻的新陈代谢。焦耳的转基因生物不是通过获取食物和阳光来制造更多的碳，而是通过改变其自然途径来生产烷烃，一种可以与柴油混合的碳氢化合物。
他们甚至被设定了一个“碳开关”，将新陈代谢从制造更多的自己转变为制造燃料。Joule设想在生物反应器中启动微生物的生产，一旦微生物在水中达到一定的密度，操作人员就会添加原料，使微生物的新陈代谢开始释放烷烃。
罗伯森说:“你实际上是在利用本来可以用来制造燃料的碳，让生物觉得它没问题。”“这一切都很有控制欲。”
在实验室里，工程师们通过调整二氧化碳、阳光和氮的水平来重新创造现实世界的条件来分离不同的菌株。例如，一个专门的机器允许工程师模拟一整天的阳光条件，代表不同的季节和变化的温度。
每一次测试，工程师们都能更接近不同条件下的最佳基因组合。罗伯逊说，由于生物反应器将被放置在不同的地点，该公司在建造了大约4000个菌株之后，确定了10到20个菌株。
罗伯逊说，生物学家把更多的时间花在设计测试或在基因数据库中分离DNA上，而不是实际进行实验室测试。他说:“因为已经进行了大量的基因组测序，所以有一个庞大的数据库可以利用，由他们所从事的化学工作来安排。”“我们有很多工具可以使用，所以我们可以快速测试。”
Joule Unlimited公司只是众多在生物燃料技术领域竞争的公司之一。能源部的ARPA-E机构正在资助“电燃料”的许多研究工作，这种燃料直接从电力、阳光和水中产生。还有数十家其他公司采用完全不同的方法，如热化学法。
Lux Research的分析师称，合成生物学是争夺领先地位的“最炫”技术。Lux Research表示，Joule Unlimited有很大的潜力，但仍需证明它能够从小规模运营转变为商业规模。它在最近的一份报告中说，具体来说，它缺乏合作伙伴，而且需要大量资金和土地才能达到与今天的石油燃料相当的成本。
该公司的下一步计划是在一个工业设施(如发电厂或废水厂)建立一个10英亩的示范工厂，预计在2012年年中建成。然后，该公司计划在2013年底开始建设一个面积超过1000英亩的工厂，该工厂每英亩每年可生产1.2万加仑的燃料。如果完全扩大规模，它每年将生产1500万加仑的燃料。
蓝藻需要营养物质，包括氮和微量的矿物质，以供其生物反应器。为了在商业上取得成功，它的生物反应器需要设计成低操作成本和最大产量。在其实验室隔壁，工程师们正在设计用于生产燃料的实际硬件，这是决定该公司能否扩大规模的另一个关键因素。
罗伯逊说，虽然Joule的员工清楚地看到了代谢工程的力量，但他们也非常清楚转基因生物的问题。它的生物反应器将运行6到8周;他说，然后溶液被冲出来，实际的生物被烧掉，生物反应器被消毒，然后放入新的培养基。
尽管Joule取得了令人印象深刻的技术成就和三项专利，它在减少化石燃料使用和污染方面仍有很长的路要走。但是，如果它和其他公司正在追求的生物技术结出果实，未来的燃料很可能是一个培养皿，而不是一口油井。
下午1:15更新。生物反应器将由塑料制成，而不是玻璃，而且Joule的演示设备使用的是卡车装载的二氧化碳。