未來解決方案:綠色航空燃料

商業航空公司正在測試植物來源的航空燃料,這種燃料對環境的損害較小

越來越多的常旅客對飛機在高層大氣中排放溫室氣體(在那裡它們會造成最大的破壞)這一事實感到擔憂。與此同時,航空公司也越來越警惕他們對海外石油燃料的依賴。這些擔憂,加上航空燃油價格可能再次像2008年那樣飆升的可能性,促使一系列由生物燃料驅動的試飛應運而生:飛機依靠開花植物、雜草和池塘浮渣等富含能量的提取物飛行。其環境吸引力在於,生長中的植物吸收的二氧化碳量與燃燒其油脂時釋放的二氧化碳量相同。

種植以飛行
1月30日,日本航空公司使用主要由亞麻薺(一種可以長到幾英尺高的開花莖稈)和少量其他植物油製成的燃料,駕駛波音747飛機飛行了90分鐘。這種混合燃料來自蒙大拿州博茲曼的可持續油料公司(Sustainable Oils),該公司是由生物技術公司Targeted Growth和Green Earth Fuels合資成立的。亞麻薺的種植不會損害小麥田的土壤,而在通常情況下,小麥田會休耕。

Targeted Growth的執行長Tom Todaro說:“你給了農民一個在他們原本不會賺錢的年份賺錢的機會。” “如果你期望在未來五年內用植物原料生產數億加侖的航空燃料,那麼幾乎可以肯定會是亞麻薺。” 他的公司正在招募農民種植這種作物,作為今年生產100萬加侖石油計劃的一部分。“到2010年,”他估計,“我們可以生產超過5000萬加侖。”


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這只是一個開始,但全球商業航空業每天消耗近2.7億加侖標準Jet A煤油。如果石油價格達到接近去年每桶140美元的水平,對亞麻薺油的需求可能會促使農民減少小麥種植。航空業希望避開這場爭議。霍尼韋爾旗下煉油部門UOP的可再生能源和化學品業務總經理、化學家Jennifer Holmgren說:“我們不希望它的定價高於食品的價格。”

因此,該行業正在試驗各種原料,例如藻類和麻風樹——一種有毒灌木,可以在不夠肥沃以種植糧食作物的土地上生長到九英尺高。“我們對原料持開放態度,”Holmgren說。“就我們而言,它們都是一樣的。”

使用各種生物航空燃料的試飛顯示出持續的高質量結果。1月7日,美國大陸航空公司進行了首次美國商業噴氣式飛機飛行。一架波音737飛機從休斯頓完成了兩小時的試飛,其兩臺發動機之一使用由Jet A常規燃料和麻風樹及藻類製成的合成燃料各佔50%的混合燃料。

這種合成燃料似乎已經克服了人們對生物航空燃料的兩個歷史擔憂:能量密度太低,以及在高海拔地區的低溫下容易變稠。波音公司環境戰略總經理Billy Glover說:“這種燃料的效能非常出色。事實上,混合燃料中的生物部分比Jet A的凝固點更低。” “我們現在測試的燃料具有與Jet A要求相等或更好的能量含量。” UOP的替代品——被稱為合成石蠟煤油——也比Jet A輕。

對於大陸航空公司的航班,Terasol Energy公司從麻風樹種子中生產石油。但混合燃料中還有2.5%來自藍寶石能源公司從夏威夷藻類種植商Cyanotech採購的藻類油。藍寶石公司企業事務副總裁Tim Zenk說:“原油不過是1000萬年前的藻類。” “我們採用這個過程並加快它以生產綠色原油。”

當然,大量生產藻類油仍然是一個巨大的挑戰,從完善藻類的生長到經濟高效地提取石油。根據Zenk的說法,該公司希望到2011年,在其位於新墨西哥州的測試機構中,從鹹水池塘中生長的藻類中生產300桶石油。五年後,產量應達到每天10,000桶,成本“在每桶60至80美元之間,”他說。“這是根據每英畝石油產量非常保守的數字計算的。” 其他參與者也正在這一領域努力:聖地亞哥的科學應用國際公司與美國國防部簽訂了合同,以開發藻類燃料,而位於舊金山的初創公司Solazyme已經用藻類製造出符合商業標準的航空燃料。

在哪裡種植
與此同時,擴大麻風樹(已經在非洲和印度大量種植)的種植規模的努力可能會加大,同時亞麻薺作為小麥的輪作作物也得到改良。根據Holmgren的說法,來自亞麻薺和麻風樹的航空燃料應在三到五年內達到正確的價格點——每桶80美元或更低,而來自藻類的燃料將在八到十年內達到。波音公司的Glover補充說,“世界不同地區將以不同的方式採購。” 為此,北達科他大學能源與環境研究中心的化學工程師已成功地將來自低芥酸菜籽油、椰子和和豆油的油轉化為可與傳統液體相媲美的航空燃料,美國政府的測試表明。

採購確實會是一個大問題。批評人士質疑是否有足夠的土地來滿足需求。行業期刊《石油評論》中的一篇文章聲稱,供應2.4億加侖麻風樹燃料(大致相當於對Jet A的需求量)將需要種植相當於法國兩倍面積的土地。其他人警告說,麻風樹的產量不可靠,並且從不可食用的果實中收穫種子是勞動密集型的。生物燃料植物的基因進步可以使其更具生產力[參見“下一代生物燃料”]。然而,如果石油價格保持在每桶80美元以下,那麼任何替代燃料都可能無法盈利。

即使克服了障礙,近期生物航空燃料也可能與Jet A混合使用,因為生物燃料缺乏芳烴——與當前發動機中的密封件相互作用的烴環,有助於使其膨脹關閉。Glover說:“我們完全預計,第一批燃料將是50-50或更低比例的混合燃料。” 最近的航班——以及紐西蘭航空公司和維珍航空早期的航班——證明這種混合燃料可能是有效的。到2017年,代表全球93%航空公司的行業組織國際航空運輸協會希望從可持續植物來源採購所有航空燃料的10%,既要緩解燃料價格的波動,又要減少溫室氣體的排放。波音公司也持樂觀態度。“三年前,我們開始說這看起來不可能,”Glover說。“但每一天,我們都越來越相信這不僅是可能的,而且對行業和公眾都有巨大的好處。”

注意:本文最初以“飛機綠色燃料”為標題印刷。

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