绿色航空,生物燃料是正确的东西吗?

“从藻类和非食物植物中提取的生物燃料”“正在成为一种潜在可行的传统飞机燃料的替代品”。尽管仍然存在巨大的挑战,但减少温室气体排放可能是重大的。

今年早些时候,一家欧陆式喷气机加速了休斯顿乔治布什洲际机场的跑道。在他的38岁的职业生涯中无数次的无数次,他的富豪詹娜沃斯基没有任何东西已经缓解了这类发动机波音737-800。除了这个实验飞行之外,詹坎德斯基的一个发动机依赖于燃烧燃料源于微观藻类,将45吨飞机推入空气中,并保持宽大的航空历史中的第一飞机。

去年,维珍大西洋航空公司驾驶了第一架使用生物燃料的商用飞机,在伦敦和阿姆斯特丹之间进行了40分钟的短途飞行,其中一个引擎燃烧了80%的传统航空燃料和20%来自椰子和巴巴苏坚果的生物燃料的混合物。随后,日本航空公司(Japan Airlines)进行了90分钟的试飞,其中一个引擎燃烧的是亚麻荠(一种欧洲产的野草花)生物燃料和常规航空燃料的混合燃料。

随着全球经济努力摆脱对化石燃料的依赖,最艰巨的挑战之一是找到液体燃料的替代品,这种液体燃料为全球飞机提供动力。由藻类和非食用植物制成的生物燃料现在是主要的竞争者。虽然住宅、汽车和办公室都可以通过太阳能、风能和水电等可再生能源发电,但在不久的将来,用电池发电将大型喷气式飞机送上天空的可能性不大。全球航空业使用大量的航空燃料——能量密集的煤油——通常被称为jet A或JP-8:仅美国的商业航空公司每天就要消耗大约5000万加仑的航空燃料,成本约为1.5亿美元。

挑战在于如何生产足够的生物燃料,以供应全球飞机每年燃烧的航空燃料的一小部分。

这是大量温室气体,在大气中可以做出最大的伤害。喷射燃料排气的升温性能在高海拔地区加剧,其中来自喷射涡轮机的氮氧化物与上层大气中的其他分子反应,以增加疏水水平的臭氧水平,根据政府间气候变化,捕获热量的臭氧水平。在飞行期间形成颈针和其他化学活性气体的水蒸气也有助于气候变化。虽然飞机与其他车辆相比的排放量相对较小 - 来自化石燃料燃烧的全球温室气体排放总量的3% - 射流排放中的化合物的混合和上层对流层中的释放增强了它们的热捕集力。

生物燃料对环境的吸引力很大,特别是如果它们是从藻类或其他非食物来源生产的。新西兰航空去年12月试飞的初步结果显示,与传统燃料相比,燃烧生物燃料(从麻疯树油提炼的航空燃料)可以减少至少60%的温室气体排放。另外,使用生物燃料混合燃料可以在12小时的飞行中节省约1.4吨燃料。

本月,国际航空运输协会(International Air Transport Association)设定了一个目标,即到2020年实现“碳中和增长”——这意味着航空旅行的增加不会比目前的机队和航班时刻表排放更多的二氧化碳。根据国际航空运输协会的说法,关键是每年将燃油效率提高1.5%,并使用生物燃料混合燃料。

目前最大的挑战是如何生产出足够的生物燃料,仅为全球飞机每年消耗的600多亿加仑航空燃料的一小部分。严重依赖从食物中提炼的生物燃料

亚麻荠
生物燃料的消化
亚麻荠,一种原产于欧洲的杂草花,是一种很有前途的生物燃料来源。一种亚麻-航空燃料混合燃料可以减少80%以上的二氧化碳排放。

作物 - 例如大豆,甘蔗或油菜 - 不仅会影响食品供应和增加食品价格,而且会在种植和收获这些作物的过程中产生重大的温室气体,以及从森林清洁到更多的农业土地。非食物植物来源,如麻风树和卡米利纳,很有希望,但难以生产大量,并且如果燃料价格上涨足够高,则最终会产生粮食作物或导致砍伐砍伐。最后,从藻类制造大量的喷射燃料代表了一个主要的障碍,从完善藻类的增长,有效地提取石油。

尽管如此,工业和政府的利益正在推动基于生物燃料的航空燃料的研究和测试的发展。波音公司一直在用各种植物资源进行测试,包括亚麻荠。美国国防部的国防高级研究计划局(DARPA)和美国空军正致力于开发替代燃料,使军方摆脱对化石燃料的依赖。

最初用于测试飞行的生物喷气燃料是从麻疯树来的-一种原产于中美洲的有毒灌木-和亚麻荠。两种植物都产生富含油的种子。Terasol Energy是一家总部设在美国、印度和巴西的公司,也是大陆航空的石油供应商。该公司在印度和坦桑尼亚每英亩农田可以榨取242加仑的麻疯树油。

但是麻风树和亚麻荠有它们自己的问题,比如粮食作物和燃料作物之间不可避免的竞争。这个难题的答案可能是被称为藻类的微生物植物。波音公司的能源和排放技术负责人大卫·达格特说,这种小型植物通常不是粮食作物,在适当的条件下可以产生体重的60%的油,并且可以在盐或废水中生长。

海藻油也可以精确调节通过基因改造或优良的老式育种,成为相当于原油。从圣地亚哥的Sapphire Energy到旧金山的Solazyme,许多公司都在试验这种未来的潜在燃料。

生物喷气燃料在地面测试和实验飞行中提供了一贯的高质量结果。这些燃料似乎克服了能量密度可能过低的问题(想想乙醇和汽油的对比),以及它们在高海拔地区的低温下可以凝结的问题(想想寒冷天气里的柴油)。波音负责环境战略的董事总经理比利•格洛弗(Billy Glover)表示:“所有这些特点都足以让它成为一种非常高质量的燃料。”“我们现在测试的燃料的能量含量与Jet A的要求相同或更好。”

Sapphire Energy负责企业事务的副总裁蒂姆•泽克(Tim Zenk)说,该公司希望到2011年,从新墨西哥州测试设施的咸水池塘中生长的藻类中生产出300桶石油。他说,五年后,产量应该会达到1万桶/天,成本在60 - 80美元/桶之间,而目前整个藻类产业的价格超过300美元/桶。

“我们相信,在未来两年内,我们有办法让生物燃料的混合比例达到50%。”

北达科他州大学的化学工程师的能源与环境研究中心也成功地将油菜,椰子和大豆的油状物转变为喷射燃料,使传统液体,美国政府试验表演。和改进此类藻类油的设施已经建立。UOP - 霍尼韦尔的炼油厂业务,加工在大陆试验中使用的生物燃料 - 去年开设了意大利里尔诺的第一个“Ecofining”设施,最终为地面车辆生产了1亿加仑的柴油燃料。葡萄牙公司,与UOP合作,正在葡萄牙的锡林斯建设第二次“eCofining”设施。

UOP可再生能源和化学品业务总经理、化学家Jennifer Holmgren说:“使用生物燃料并不意味着我们必须做出妥协。”“我们已经在制造看起来和真正的燃料一模一样,甚至更好的燃料。真正的限制将是原料。”

业界和美国政府正通过一个名为“商用航空替代燃料倡议”(CAAFI)的伙伴关系,致力于解决这一问题。作为该小组的一员,联邦航空管理局的首席科学技术顾问洛德斯·莫里斯(Lourdes Maurice)在3月份的国会听证会上作证说,“我们相信,我们有办法在未来两年内让生物燃料的混合比例达到50%。”

她还认为,生物喷气燃料在交通运输领域代表着一个独特的机会,因为航空旅行完全依赖于分布在少数地方的能量密集的液体碳氢化合物。莫里斯说,仅向美国35个主要机场提供生物燃料,就能覆盖美国80%的航空燃料使用。

当今任何大量生产的生物燃料都必须与航空燃料混合,因为它们缺乏芳香烃,这是基于石油的航空燃料中常见的一种碳氢环,它与发动机的密封件相互作用,使密封件膨胀而关闭。波音公司的格洛弗说:“我们完全相信,第一批燃料将是50%对50%甚至更少的混合燃料。”

但即使是这样的混合也会带来显著的气候效益。根据格洛弗的说法,亚麻荠是一种特别有前途的生物燃料来源,一种亚麻荠-喷气燃料混合燃料可以减少80%以上的碳排放。这种混合也不需要对现有的飞机发动机或基础设施进行任何修改。

美国联邦航空局(FAA)大陆737-800的试验飞行无疑就是如此。发动机在高度关闭没有逐步生物喷气燃料,也没有突然加速和减速。下午1点45分,飞机起飞约两小时后,杨考斯基将飞机返回布什洲际机场时,已消耗了约3600磅生物燃料,略少于另一个引擎消耗的3700磅普通航空燃料。

“这架飞机表现完美,”他在随后的新闻发布会上说。“没有任何问题。这是教科书。”

更正,2009年6月18日:这篇文章的早期版本错误地描述了美国商业航空公司每天消耗的燃油量。正确的数字是每天大约5 000万加仑的喷气燃料,费用约为1.5亿美元。