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科學(xué)探索：展望生物質(zhì)航空燃油的未來
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科學(xué)探索：展望生物質(zhì)航空燃油的未來
圖片來源：Pixabay
如何開發(fā)一種低成本的航空燃油，這個(gè)難題已經(jīng)困擾相關(guān)專家超過十年之久。如今，美國(guó)能源部正嘗試另辟蹊徑。
早在2010年左右，美國(guó)國(guó)防部考慮到美國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴，就發(fā)起了開發(fā)低成本航空燃油的研究計(jì)劃。最近，一些航空公司也開始思考這個(gè)問題。一方面，噴氣飛機(jī)可能會(huì)受到二氧化碳排放量的限制；另一方面，他們又無法在短期內(nèi)開發(fā)出電力驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)。所以尋找更低碳的能源成為了他們?yōu)閿?shù)不多的解決方法。
尋找航空燃油替代品的一大難題是，該替代品必須儲(chǔ)量豐富。目前，航空業(yè)每年要用17億桶航空燃油。并且它還要價(jià)格低廉，因?yàn)槿加褪呛娇諛I(yè)最主要的運(yùn)營(yíng)成本。
美國(guó)能源部國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）的研究者們把目光投向了一種新型的、儲(chǔ)備充足的原料：動(dòng)物糞便、食物殘?jiān)约鞍祟惻判刮锏某鞘形鬯勰唷?br> “我們一般都會(huì)把這些有機(jī)廢物送去垃圾填埋地或者污水處理廠，但現(xiàn)在大家都開始意識(shí)到它們的潛在價(jià)值?！盌erek Vardon表示。Vardon是國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研發(fā)工程師，他正與美國(guó)能源部的其它部門以及外部公司合作，共同研究這個(gè)項(xiàng)目。
在垃圾填埋地以及牛胃里，都會(huì)出現(xiàn)生物質(zhì)的腐爛現(xiàn)象，導(dǎo)致生物質(zhì)被降解。Vardon及其合作伙伴的總體目標(biāo)就是要杜絕腐爛現(xiàn)象。因?yàn)榘殡S著腐爛過程，往往會(huì)放出甲烷。甲烷是天然氣的主要成分，也是一種主要的溫室氣體。
部分研究者會(huì)在實(shí)驗(yàn)中用催化劑來改變生物質(zhì)的代謝過程，使其終產(chǎn)物從甲烷變成一種強(qiáng)效的液體燃料。該燃料燃燒時(shí)，二氧化碳排放量只有傳統(tǒng)航空燃油的一半左右。
圖片來源：Pixabay
人類排泄物和食物殘?jiān)卸己恤人犷愇镔|(zhì)，它們屬于脂肪酸家族。我們可以通過改變催化過程，將它們的鏈狀結(jié)構(gòu)連接起來。Vardon解釋道，這會(huì)產(chǎn)生一種新的液體燃料，它的能量是甲烷的七倍之多，這恰恰是航空業(yè)所需要的。
“我們一直致力于開發(fā)應(yīng)用類的新技術(shù)，并且我們擁有工業(yè)顧問，他們是這個(gè)項(xiàng)目的核心和靈魂?！盫ardon在一個(gè)采訪中表示。他提到美國(guó)西南航空公司（Southwest Airlines Co.）和美國(guó)波音公司（Boeing Co.）都參與到了該項(xiàng)目中。
該項(xiàng)目將先嘗試用食物殘?jiān)苽淙加停⒅饾u放大工藝規(guī)模，開發(fā)一個(gè)能生產(chǎn)一千加侖以上燃油的第一代設(shè)備。然后通過試飛，測(cè)試該燃油的可靠性。
“這個(gè)項(xiàng)目未來必須要取得一些進(jìn)展，因?yàn)楹娇章眯惺侨祟惿畈豢苫蛉钡囊徊糠?，而高能量密度的能源?duì)飛行來說必不可少。”
多年以來，研究者們都在嘗試以酒精、糖類、棕櫚果種子、大豆、玉米、木片和煤炭為原料，制備航空燃油?，F(xiàn)在他們開始將人類排泄物和食物殘?jiān)鳛橹饕稀?/font>
某些人可能會(huì)對(duì)此感到吃驚，但也有一些研究者得到啟發(fā)，看到了從污水處理廠中可以獲得的低碳和高碳資源的潛力。
其中一員就是Jianping Yu, 他是國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室另一個(gè)項(xiàng)目的主要研究者。該項(xiàng)目正在研究如何去除污水處理過程中產(chǎn)生的氮磷，后者是水體的主要污染物，而且很難去除。
他的思路是在污水處理廠中種植藻類，并將這些污染物作為藻類的食物，然后再將藻類作為產(chǎn)品出售，用以制作商業(yè)化肥料。Yu補(bǔ)充道，這些藻類也可以轉(zhuǎn)化為多聚物，用來制作多種材料，比如鞋子和背包。
Yu對(duì)藻類的關(guān)注，源于他注意到一些藻類遠(yuǎn)比其它藻類消耗更多的磷——這些藻類會(huì)把磷儲(chǔ)存在身體里備用。Yu把這稱為“奢侈消費(fèi)”，因?yàn)樗鼈兩娌⒉恍枰绱硕嗟牧住?/font>
圖片來源：Pixabay
然后，Yu了解到一家叫做Gross-Wen Technologies的科技股份有限公司。該公司由愛荷華州立大學(xué)（Iowa State University）的兩個(gè)教授共同創(chuàng)立，他們開發(fā)了一種低成本的、用藻類從廢水中回收氮磷的新技術(shù)，并申請(qǐng)了專利。
基于此，Yu提出可以搜集并研發(fā)出藻類中的“超級(jí)消耗者”，這樣就可以移除廢水中多達(dá)50%的污染物。
Yu指出，培育高消耗的藻類，也可以幫助污水處理廠降低空氣中的二氧化碳濃度。他們唯一需要提供的原料就是陽光，而陽光也是免費(fèi)的。
更重要的是，這些藻類可以減少運(yùn)行污水處理廠所需要的能量。“這是我們的終極目標(biāo)。未來的環(huán)境需求是我們的主要驅(qū)動(dòng)力?！盰u表示。
毫無疑問，這個(gè)目標(biāo)對(duì)項(xiàng)目中國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的一些合作伙伴非常有吸引力。其中就包括了芝加哥大區(qū)污水管理局，該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)伊利諾伊州庫克縣污水和雨水的管理。目前管理局正在將升級(jí)版的藻類除氮磷技術(shù)納入其系統(tǒng)中。“這是一件讓人非常興奮的事情?！惫芾砭治瘑TDebra Shore表示。
撰文：John Fialka，《氣候快線》的編輯，也是一些專題項(xiàng)目的記者。
翻譯：洪藝瑞
審校：潘燕婷
引進(jìn)來源：科學(xué)美國(guó)人
引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/search-for-a-cleaner-jet-fuel-leads-to-sewage-plants/
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如何開發(fā)一種低成本的航空燃油，這個(gè)難題已經(jīng)困擾相關(guān)專家超過十年之久。如今，美國(guó)能源部正嘗試另辟蹊徑。
早在2010年左右，美國(guó)國(guó)防部考慮到美國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴，就發(fā)起了開發(fā)低成本航空燃油的研究計(jì)劃。最近，一些航空公司也開始思考這個(gè)問題。一方面，噴氣飛機(jī)可能會(huì)受到二氧化碳排放量的限制；另一方面，他們又無法在短期內(nèi)開發(fā)出電力驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)。所以尋找更低碳的能源成為了他們?yōu)閿?shù)不多的解決方法。
尋找航空燃油替代品的一大難題是，該替代品必須儲(chǔ)量豐富。目前，航空業(yè)每年要用17億桶航空燃油。并且它還要價(jià)格低廉，因?yàn)槿加褪呛娇諛I(yè)最主要的運(yùn)營(yíng)成本。
美國(guó)能源部國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）的研究者們把目光投向了一種新型的、儲(chǔ)備充足的原料：動(dòng)物糞便、食物殘?jiān)约鞍祟惻判刮锏某鞘形鬯勰唷?br> “我們一般都會(huì)把這些有機(jī)廢物送去垃圾填埋地或者污水處理廠，但現(xiàn)在大家都開始意識(shí)到它們的潛在價(jià)值?！盌erek Vardon表示。Vardon是國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研發(fā)工程師，他正與美國(guó)能源部的其它部門以及外部公司合作，共同研究這個(gè)項(xiàng)目。
在垃圾填埋地以及牛胃里，都會(huì)出現(xiàn)生物質(zhì)的腐爛現(xiàn)象，導(dǎo)致生物質(zhì)被降解。Vardon及其合作伙伴的總體目標(biāo)就是要杜絕腐爛現(xiàn)象。因?yàn)榘殡S著腐爛過程，往往會(huì)放出甲烷。甲烷是天然氣的主要成分，也是一種主要的溫室氣體。
部分研究者會(huì)在實(shí)驗(yàn)中用催化劑來改變生物質(zhì)的代謝過程，使其終產(chǎn)物從甲烷變成一種強(qiáng)效的液體燃料。該燃料燃燒時(shí)，二氧化碳排放量只有傳統(tǒng)航空燃油的一半左右。
圖片來源：Pixabay
人類排泄物和食物殘?jiān)卸己恤人犷愇镔|(zhì)，它們屬于脂肪酸家族。我們可以通過改變催化過程，將它們的鏈狀結(jié)構(gòu)連接起來。Vardon解釋道，這會(huì)產(chǎn)生一種新的液體燃料，它的能量是甲烷的七倍之多，這恰恰是航空業(yè)所需要的。
“我們一直致力于開發(fā)應(yīng)用類的新技術(shù)，并且我們擁有工業(yè)顧問，他們是這個(gè)項(xiàng)目的核心和靈魂?！盫ardon在一個(gè)采訪中表示。他提到美國(guó)西南航空公司（Southwest Airlines Co.）和美國(guó)波音公司（Boeing Co.）都參與到了該項(xiàng)目中。
該項(xiàng)目將先嘗試用食物殘?jiān)苽淙加停⒅饾u放大工藝規(guī)模，開發(fā)一個(gè)能生產(chǎn)一千加侖以上燃油的第一代設(shè)備。然后通過試飛，測(cè)試該燃油的可靠性。
“這個(gè)項(xiàng)目未來必須要取得一些進(jìn)展，因?yàn)楹娇章眯惺侨祟惿畈豢苫蛉钡囊徊糠?，而高能量密度的能源?duì)飛行來說必不可少。”
多年以來，研究者們都在嘗試以酒精、糖類、棕櫚果種子、大豆、玉米、木片和煤炭為原料，制備航空燃油?，F(xiàn)在他們開始將人類排泄物和食物殘?jiān)鳛橹饕稀?/font>
某些人可能會(huì)對(duì)此感到吃驚，但也有一些研究者得到啟發(fā)，看到了從污水處理廠中可以獲得的低碳和高碳資源的潛力。
其中一員就是Jianping Yu, 他是國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室另一個(gè)項(xiàng)目的主要研究者。該項(xiàng)目正在研究如何去除污水處理過程中產(chǎn)生的氮磷，后者是水體的主要污染物，而且很難去除。
他的思路是在污水處理廠中種植藻類，并將這些污染物作為藻類的食物，然后再將藻類作為產(chǎn)品出售，用以制作商業(yè)化肥料。Yu補(bǔ)充道，這些藻類也可以轉(zhuǎn)化為多聚物，用來制作多種材料，比如鞋子和背包。
Yu對(duì)藻類的關(guān)注，源于他注意到一些藻類遠(yuǎn)比其它藻類消耗更多的磷——這些藻類會(huì)把磷儲(chǔ)存在身體里備用。Yu把這稱為“奢侈消費(fèi)”，因?yàn)樗鼈兩娌⒉恍枰绱硕嗟牧住?/font>
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然后，Yu了解到一家叫做Gross-Wen Technologies的科技股份有限公司。該公司由愛荷華州立大學(xué)（Iowa State University）的兩個(gè)教授共同創(chuàng)立，他們開發(fā)了一種低成本的、用藻類從廢水中回收氮磷的新技術(shù)，并申請(qǐng)了專利。
基于此，Yu提出可以搜集并研發(fā)出藻類中的“超級(jí)消耗者”，這樣就可以移除廢水中多達(dá)50%的污染物。
Yu指出，培育高消耗的藻類，也可以幫助污水處理廠降低空氣中的二氧化碳濃度。他們唯一需要提供的原料就是陽光，而陽光也是免費(fèi)的。
更重要的是，這些藻類可以減少運(yùn)行污水處理廠所需要的能量。“這是我們的終極目標(biāo)。未來的環(huán)境需求是我們的主要驅(qū)動(dòng)力?！盰u表示。
毫無疑問，這個(gè)目標(biāo)對(duì)項(xiàng)目中國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的一些合作伙伴非常有吸引力。其中就包括了芝加哥大區(qū)污水管理局，該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)伊利諾伊州庫克縣污水和雨水的管理。目前管理局正在將升級(jí)版的藻類除氮磷技術(shù)納入其系統(tǒng)中。“這是一件讓人非常興奮的事情?！惫芾砭治瘑TDebra Shore表示。
撰文：John Fialka，《氣候快線》的編輯，也是一些專題項(xiàng)目的記者。
翻譯：洪藝瑞
審校：潘燕婷
引進(jìn)來源：科學(xué)美國(guó)人
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