目前地球大气中碳和其它温室气体的浓度是300万年来最高的,这主要是燃烧石油和其它化石燃料的结果。排放到大气中的温室气体越多,大气温度就越高,进而加剧全球气候变化。但解决问题却没这么简单,特别是涉及到航空,它每年排放的温室气体占人类活动排放总量的2%。
虽然生物燃料已被证实为汽油和柴油的高效、可再生且低碳的代替品,航空燃料仍然是个挑战。飞机燃料的要求非常严格:不能含氧,倾点必须很低,也就是说燃料不会在平流层的低温下变成凝胶状,还要有合适的沸点分布和润滑度。直接混合石油飞机燃料和生物燃料,如金合欢烯,温室气体的排放并没有降低多少。
政府间气候变化专门委员会(IntergovernmentalPanelonClimateChange,IPCC)在2014年的一份报告中指出,普适型生物燃料是传统飞机燃料的唯一可行替代方案,因为电池和燃料电池并不可行,如果想减少对石油的依赖,航空旅行将会需要可再生的液体燃料。
能源生物科学研究所(EnergyBiosciencesInstitute,EBI)的研究人员开发的一项新技术能解决这个问题——将化学催化剂和温室气体生命周期模型结合起来,开发出了制造生物航空燃油和汽车润滑基础油的新流程。
这一流程是专业为巴西的一家甘蔗精炼厂提供飞机燃料和润滑基础油的生产策略。该流程可以把甘蔗中提取出的烷基甲基酮升级为三聚凝聚物,产率超过95%。这些凝聚物经过氢脱氧变成新型的环烷烃化合物——有1个环己烷环和1个季碳原子。这些环烷烃化合物能被调整并用于生产飞机燃料或汽车润滑基础油。以每质量计算,就算只有很少的润滑油被转化为燃料,润滑基础油会比石油燃料产生更多的温室气体。商业实施会带来减少温室气体排放之外的经济影响,这将成为生物精炼厂的一大优势。
这一流程的另一个重大优势是帮精炼厂把部分甘蔗渣转化成燃料和其它产品,他们能从甘蔗杆中提取出榨汁后留下的纤维质残渣。剩下的生物质废料能被燃烧产生工业热量和电力来运行精炼厂。当然,这个新流程还能用来生产柴油和汽油添加剂,所需要的只是对催化剂和反应方案稍加修改。
这一研究也表明,生物精炼厂可以使用廉价的催化剂生产一系列碳氢燃料和润滑油,通过组合生物和热化学工艺,生物精炼厂的运行甚至不需要化石衍生输入。
开发出的可回收催化剂能把甘蔗的生物质能转化为新型航空燃油和优质冷流润滑油,它的密度和黏度可减少高达80%的净生命周期温室气体。这项研究发表于ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences。论文题目为Novelpathwaysforfuelsandlubricantsfrombiomassoptimizedusinglife-cyclegreenhousegasassessment。