新研究分析了可持续燃料的可行性

美国能源部橡树岭国家实验室开发并由 Vertimass LLC 扩大规模，将乙醇转化为适用于航空、航运和其他重型应用的燃料的技术可以与传统燃料具有价格竞争力，同时保留生物燃料的可持续性优势根据一项新的分析，基于乙醇。

ORNL 与技术被许可人 Vertimass 和其他 10 家机构的研究人员合作，对该工艺进行技术经济和生命周期可持续性分析——将乙醇单步催化转化为碳氢化合物混合原料，可添加到喷气、柴油或汽油燃料中以降低他们的温室气体排放。这种新技术被称为联合脱水和低聚，或 CADO。

发表在《美国国家科学院院刊》上的分析表明，这种转化湿乙醇蒸气的单步工艺现在可以生产 2 美元/吉焦 (GJ) 的混合原料，随着工艺的改进，未来可以生产 1.44 美元/吉焦，包括运营和年度资本成本。因此，这种混合原料将以 100 美元/桶的历史高价与由石油生产的传统喷气燃料竞争。分析发现，在每桶石油 60 美元的情况下，使用现有的可再生燃料激励措施可以实现价格平价。

这种转化使用了一种称为沸石的催化剂，它直接从原始醇(在这种情况下为乙醇)中产生更长的烃链，用一种能耗更低且效率高的方法取代了传统的多步工艺。

“催化剂的稳定性能够直接转化湿乙醇，这极大地简化了工艺，降低了乙醇纯化的成本，并根据分析使烃类混合原料的生产成本具有竞争力，”ORNL 生物质催化工作人员李政龙说。该项目的合作者。

虽然这种单步催化在实验室规模上是有效的，但 Vertimass 的进一步测试和改进在使用商业催化剂配方放大 300 倍时产生了更高的产品产率。研究人员指出，转换操作可以整合到新的生物燃料工厂中，或者作为现有乙醇工厂的附加技术安装，只需最少的新资本投资。

先进的生物燃料有望成为清洁燃烧、碳中和的可再生能源。目标是创造先进的液体生物燃料，可以利用现有的管道输送基础设施，并且可以在现有或先进的发动机中使用而不会损失性能。这些燃料特别具有吸引力，有助于减少重型发动机的净碳排放，例如电气化具有挑战性的飞机、船舶和大型商用车辆的发动机。

鉴于目前的标准，先进的生物燃料可以以 20% 的比例与石油衍生的喷气燃料混合，汽油的比例略高，但需要经过认证和验证。

同时，对转化过程的生命周期分析发现，其温室气体排放曲线与加入该工艺的乙醇相似。

首席科学官布赖恩戴维森说：“生物衍生乙醇现在主要由美国的玉米生产，但现在一些由玉米秸秆和最终专用的生物质原料(如柳枝稷)制成，其可持续性贯穿于催化过程中。”为美国能源部在 ORNL 的生物能源创新中心 (CBI) 和该项目的合作者。CBI 正在追求蓬勃发展的生物经济的具体研究目标：可持续生物质原料作物;将植物分解并转化为特种生物燃料的先进工艺;和有价值的生物产品，包括化学原料，由生物加工后的木质素残留物制成。

该论文指出，Vertimass 对原始的实验室规模工艺进行了改进，包括开发更便宜的催化剂形式，以及将液体燃料产量提高一倍以上。

该论文详细介绍了阿贡国家实验室、国家可再生能源实验室、Vertimas 和 ORNL 与达特茅斯、联邦航空管理局、波音、宾夕法尼亚州立大学、加州大学河滨分校、帝国理工学院合作的分析结果和改进伦敦、巴西生物乙醇科学和技术实验室以及巴西能源和材料研究中心。

“这项研究表明，乙醇除了是一种有价值的汽车燃料外，还可以成为可持续生产航空旅行和重型车辆的低成本燃料的有效中间体，”达特茅斯学院的李林德教授说，他合作是研究的通讯作者。“这里展示的生物和催化技术的整合反映了这种混合系统的力量。”