20世纪70年代中期，由于石油价格不断猛涨，石油能源日渐枯竭，工业发达国家运用化学合成法依靠石油生产酒精的比重又很大，对石油输入的依赖程度更加严重。于是，他们迫切需要一种替代性能源。一个时兴的办法是用酒精代替部分燃料油，即酒精与汽油混合后的醇汽油。巴西在这方面做得卓有成效：他们利用自己独特的气候、地理条件，用甘蔗汁、糖蜜、木薯作为原料发酵生产酒精。目前，他们已经实现了用10％酒精掺合的醇汽油燃料，1985年酒精的产量达105亿升，使石油的进口从1979年的5000万吨下降到1982年的4000万吨。并给500万人创造了就业机会。巴西的成功带动了一些工业发达国家纷纷效仿，现在大约已有20个国家正在生产或研制发酵酒精，以解决本国的部分能源需要。
酒精发酵受到高度重视还有一些更直接的原因：如生产技术已过关，固定化活细胞连续生产的新工艺使酒精生产中糖的转化率、发酵容器的效率都大幅度地提高，发酵时间大大缩短。酒精不仅是无污染能源，而且也是可再生的能源。醇汽油在略加改装的汽车上就能使用，另外，生产酒精的原料来源充足也是一个重要原因。
作为洁净、节约能源的酒精发酵工业，显然是众望所归、大有前途的产业。
2.沼气的生产
沼气发酵是自然界屡见不鲜的厌氧消化现象，湖面、池塘、水面冒出来的气泡，中间就含有这种可燃气体，古代人将这种气体燃烧称为“鬼火”。
如今这种能燃出“鬼火”的沼气，通过发酵工农业废物和生活废水的方法生产出来，作为一种重要的能源，正得到迅速发展。沼气作为一种新能源，不仅有助于解决目前的能源危机，还能在生产过程中与环境污染治理紧紧地结合在一起：利用工农业固体废料、废液、生活污水为原料进行工业规模生产甲烷燃料气体（沼气），既解决了工农业和居民生活用的部分能源，又净化了环境，减轻了污染威胁，真可谓一举两得。
沼气发酵可以发生在污水消化池、湖泊池沼和河底、稻田、垃圾坑以及动物的反刍胃和人的肠道中。其生化反应过程大致分为三阶段：第一阶段是在发酵和水解菌的作用下，降解生物高分子如纤维素、蛋白质等，产生氢、二氧化碳及一些挥发酸和乙醇；第二阶段是在乙酸产生菌的作用下，把上述产物转化为乙酸；第三阶段是在沼气产生菌（包括多种甲烷菌）的作用下，使沼气最终生成。
生产沼气的技术和设施经过多年不断的改进、完善（例如将固定化技术引入到净化环境污水、生产甲烷气体燃料中）已进入第二代，不仅产气量提高了10倍多，而且以往一些难以被分解的物质也降服了。
现在沼气的应用已非常广泛。美国一个牧场兴建了一座年产气11.3万立方米的甲烷气体工厂，足够供应一万户居民的能源需要；芝加哥污水处理站号称是全世界最大的甲烷生产工厂，日产甲烷气体10万立方米；印度以牛粪为原料，发展农村沼气，已由政府资助推广全国；联合国在孟买建立了沼气研究中心；前苏联对沼气的开发研究也有多年历史，许多农庄都建有沼气池。另外，沼气发电也将变为现实。
除了发酵法生产酒精和沼气外，另一种替代能源——氢气，由于产热值高、无毒，和煤、石油等普通能源相比，燃烧后不给环境带来任何污染，而成为另一具有诱人前景的研究课题。科学家们研究用固定化深红螺菌等可利用葡萄糖产氢的细菌生产氢气，日本则用蓝绿藻制成光合器，能在阳光下光解水产生氢；另外，也有科学家在研究利用固定化氢化酶产氢。只是，目前氢的生产还缺乏现实可行的方法，短期内难以投入实际应用。
酒精、沼气、氢气这些可再生能源的应用，不仅使我们节约了传统能源，而且作为新开发的能源在能源工业中占有越来越重要的地位。而在使人类获得能源方面，还有一种不可小看的方法——利用微生物开采石油。它同样为人类节约能源做出了贡献，而且从某种意义上来说，也是一种新能源的开发。
微生物采油石油井的产油，如果靠的是油层的天然压力，叫作一次采油；油井压力下降时用注水等方法开采为二次采油；近年来出现的微生物采油等新方法就是三次采油了。
由于采油技术的局限，油井中有60%—70％的石油无法开采出来而成为“死井”，而运用生物工程技术手段有可能把这些死井救活。微生物采油已在一些国家见到了成效，引起了石油工业界的广泛兴趣。
微生物采油的第一项专利是美国微生物学家柏尔在1946年提出的，但当时并未引起人们的注意。40年后，全世界进行微生物采油的试验已达数百次。试验过程一般是这样的：在地面用人工方法扩大培养采油微生物，然后，把微生物连同营养物质一起注入油井中，封井3—6个月，再进行采油。这种采油方法工艺简单，操作方便，成本也很低廉，而且半年后平均可以增产260％！而每桶石油开采费用只增加不到50美分。美国在1981年时就已经利用微生物采油试验获得了价值6亿美元的石油。
目前在石油钻井和提高石油采收率方面，美国的细菌多糖——黄杆胶因其效率高而受到世界各国石油工业界的青睐。
微生物采油给从“死井”中救活占储量过半的、粘滞性极强的油层带来了曙光，也引起国际石油界人士的广泛重视，他们纷纷投资于生物工程，研究更加理想的微生物采油工程菌。
可见，在能源方面，生物工程技术使再生能源放出更加迷人的光彩，既节约了传统能源，又可以开发新能源，而且对提高石油开采率做出了重大贡献，使我们有充分的信心面对能源危机——“临危而不惧”。
§§§第3节冶金工业的能手
微生物的确是现代生物工程中的主角。小小的微生物不仅有本事开采“死井”中的石油，还可以作为浸矿剂，收集尾矿、贫矿和海洋中的金属，它的卓越才能深受人们注意。
微生物冶金，就是利用细菌的直接、间接作用，对矿石、废水、甚至海洋中的有用金属进行浸出和回收的过程。下面我们就来分别介绍这几方面微生物冶金的情况。
微生物回收矿石中的金属
随着现代工业的发展，许多含量丰富的高品位矿不断消耗，贫矿、尾矿日益增多。这些贫矿和尾矿如果弃之不用，就浪费了不少很有用的金属，十分可惜；可是如果设法从中提炼呢，又要耗费大量能源，污染也很严重。怎么办呢？随着生物工程的深入发展，利用有特殊本领的微生物及其代谢产物作为浸矿剂，可以把矿石、矿渣中的有色金属溶解并浸出。
这一工艺的奥秘是这样的：矿石中的金属，被微生物作用后产生的硫酸和高铁盐溶解，甚至是细菌牢牢地吸附在有色金属上，和它结合在一起，把这些金属从矿石中分离出来。
现在生产中所用的细菌主要是硫杆菌家族中的个别细菌，用这类细菌来浸铜，早已为各国所采用。美国用这种办法回收的铜占到总产量的15％。目前，美国、加拿大、日本、澳大利亚、英国、联邦德国、南非、印度、俄罗斯等许多国家都在积极进行细菌冶金的研究和生产，细菌浸出的金属已有铜、铀、钴、镍、砷等十多种，但大规模的生产还只限于铜和铀。
铀的浸沥工艺比较特殊，采用的是原位开采——不是把铀矿挖到地面上来，利用菌液浸渍，而是把菌液经地下井浸滤金属，再将液体抽回到地面，回收金属。这种“地下液体冶金”的方法，最早应用于加拿大铀矿，而且是偶然发现的。1960年，加拿大的一个铀矿开采两年之后，发现天然地下水中有大量溶解的铀，结果1962年一年中，他们从这种地下水中回收到的氧化铀竟达到了1.3万公斤。这种工艺还有一个优点，就是对地表面的破坏最少，成本也较低，对深层的或含量少的矿石开采起来也很容易。
目前，只有铜和铀的开采规模比较大。回收铜的方法一般是地表堆集法。这种方法铜的浸出周期比较长，但浸出规模非常大，可达几十亿吨，经济效益很明显。美国在矿山山谷兴建的堆浸设施，可以容纳40亿吨矿石，回收价值上百万英镑的铜；世界上的20个大矿山，每年用细菌浸出的铜可达数十万吨！
铀矿的浸出虽不像铜那样广泛，但由于核电站的需要，许多国家的采矿公司积极从贫铀矿、废铀矿中回收铀。从1977年起，加拿大每天要用细菌法处理铀矿3000吨。在国际原子能机构协助下，英、美、加等国组成了国际性科研协作组，分工开展研究工作。
美国还有七十多亿吨硫化矿床，平均含镍0.2％，采用细菌浸出方法后，不但可以回收价值600亿美元的镍，还能回收四亿磅钴，价值100亿美元。
废水中金属的回收
利用微生物浓缩废水中的金属也是件一举两得的事情。第一可以回收金属，物尽其用；第二可以消除金属造成的污染。微生物为什么会浓缩废水中的金属呢？原来，微生物能使金属结合在自己的表面，再进入细胞内，越吸越多，自然就起到浓缩的作用了。
美国田纳西州橡树岭的国立实验室证明，微生物能从工业废水中消除重金属，如钴、镍、银、金、铀、镨，而且利用这种方法从稀溶液中回收金属也是可行的，常见的面包酵母菌就能积累占细胞总重量20％的铀。而非生物方法成本高，就不合算了。
海水中提取金属
生物工程还可以用于从海水中提取铀，这和从废水中提取金属的道理相同。德国里希核子研究所的生物浓集法在这方面是很著名的。他们把蓝藻和绿藻经过专门培养，再放入海水中去浓集铀。这种藻类浓集铀的速度极快，很有发展前途。
近年来，国外细菌冶金方面的研究正在日新月异地发展，对精矿的浸出研究日益活跃，他们的目标是既回收贵重金属，又要除去精矿中的杂质；另外，工艺和设备以及在挑选更合格的细菌方面的研究也都取得了骄人的成绩。
§§§第4节化学工业上大展雄风
人们最初是从动物和植物那里取得有用的物质的，如棉、麻、毛、丝、皮革、染料等，正所谓“取之于自然，还之于自然”，这些都是可再生的物质。像我国东北鄂伦春族的狍皮衣、狍筋绳，赫哲族的鱼皮衣裤。到19世纪后期，许多种极有价值的物质可从煤焦油中获得，随着化学和工业的发展，廉价的石油就成为化工原料的主要来源了。但是，石油终究有限，特别是20世纪70年代初的石油危机后，各国对化工原料依赖石油的状况感到不安，于是许多人认为原料来源又将回归到煤和生物量上去了。
这些由植物通过光合作用合成糖后再转化成淀粉、纤维素、木质素中的生物量，是取之不尽，用之不竭的可再生资源，对它们的开发利用，生物工程无疑是责无旁贷的。生物工程在化学工业中的工作是这样进行的：先通过微生物或酶把再生能源转化成简单化合物，如酒精、甘油、丁醇等，再将发酵产物通过化学方法转化成为各种更为复杂的产物。
作为目前化学工业支柱的石油化工，往往用金属或金属化合物作为催化剂，为了加速催化反应，又常常采用高温高压（高达摄氏几百度和每平方英寸几百个大气压）带来的后果是能耗大、“三废”多。生物工程进入这一领域，将引起传统化学工业的工艺变革，出现省能源、少污染的新工艺。
前面我们介绍过的生物催化剂——酶，它的催化条件不需要高温、高压，只要在水溶液中，常温、常压和不高的酸碱度下，反应就能进行，可以大大降低设备的费用。
更重要的是，生物催化反应不同于一般的化工合成，必须每步分开进行，中间要经过分离，再进行下一步反应，而是反应一步完成。在生物反应系统中，合成的过程完全发生在细胞内，由细胞内的酶来逐步完成各个反应步骤。这样，比起化工合成来，生物催化省时又省钱。
还有一个我们关心的问题——污染问题。要知道，化工生产几乎是污染的代名词，废水、废气、废渣中的酸、碱及有毒物质，特别是农药生产，给周围环境造成严重的污染。而运用生物工程则能得到让我们满意的结果，如发酵后的废菌体和废液，经过厌氧或好氧消化，还可以产生沼气这样有用的气体。
可见生物催化一进入传统的化工领域，就给原料来源、能源消耗、经济效益、环境保护等各方面带来了根本性的变化。不仅如此，传统微生物发酵工程还给人们提供了很多重要的化学产品，如柠檬酸、酒精、丙酮、丁醇；而且微生物代谢类型繁多，可以利用各种各样的原料，按照人们的需要，生产丰富多彩的化工新产品，开辟化工原料生产的新途径。
那么，这些产品目前的开发情况怎样呢？
应用生物工程技术生产的化工原料有乙醇、丁醇、丙酮、醋酸等传统产品，这些产品在化学工业中无疑是不可缺少的；除此之外，由碳水化合物生产合成橡胶的原料已经在生产中应用；用来制造尼龙和香料的葵二酸已经用微生物酶法开发成功；用基因工程方法合成作为甜味剂和输液用的L—苯丙氨酸，也是国内外的热门课题之一；原来从蓼蓝叶中提取的靛蓝，是天然的蓝色染料，后来用合成生产代替了天然产品，最近又用基因工程将假单胞菌中葵双氧酶的基因克隆到大肠杆菌，使大肠杆菌合成了相当数量的靛蓝。
当然，生物工程技术可为化工提供的产品还远不只这些。今后随着基因工程和固定化技术的发展和完善，把生物催化工艺引入到化学工业中，大型化学反应装置恐怕将从化工厂中消失，而有1/5的化工产品将是运用生物反应器生产出来的，化学设备的投资额也会降低1/5，能源消耗费用则下降一半以上。所以，生物工程必定会在化学工业这方天地中大显身手。
以上我们分别介绍了世界上发达国家生物工程研究和开发的概况，希望读者能对目前生物工程的发展情形有个初步了解。
之所以要单独介绍发达国家的情况，是因为他们的研究、开发是处于世界领先地位的、有代表性的。“知己知彼、百战不殆”，我们也希望通过对比，充分认识各国在生物工程方面的发展优势和不足，也认清我国与发达国家之间的差距，抓住机遇认真学习，迎头赶上，争取在这场激烈的生物工程国际竞争中立于不败之地，并最终成为生物工程强国。