支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的報道。
當威斯康星大學的 Randy Cortright 在他的燒杯中發現一種漂浮的芳香液體，聞起來像汽油時，他認為自己遇到了問題。畢竟，這位化學工程師原本想為本應在現在蓬勃發展的氫經濟利用植物製造燃料。然而，當他將這種液體放入色譜儀時，他發現它具有高辛烷值汽油的所有碳氫化合物成分。
Cortright 說：“我們正在製造的碳氫化合物看起來就像來自化石燃料的碳氫化合物”，例如庚烷、異辛烷等。而且，由於每桶石油的價格超過 80 美元，從植物中的碳水化合物而不是備受吹捧的氫氣製造汽油，對於 Cortright 和 Virent Energy Systems（他為商業化這項技術而創立的位於威斯康星州麥迪遜的公司）來說，正證明是一個更好的商業機會。
正如典型的煉油廠將石油裂解成從乙烷到噴氣燃料的碳氫化合物混合物一樣，Virent 將糖轉化為辛烷值為 102 的燃料。Cortright 解釋說：“我們不是投入原油，而是投入糖水。” 這種燃料每加侖還能提供約 115,000 英制熱量單位，接近傳統汽油的 125,000 單位。這是因為與乙醇不同，Virent 的生物汽油不含氧分子（氧氣只是佔據空間，並沒有增加多少燃料，因此乙醇的能量密度較低）。他們的新工廠已經在試執行中生產了 2,000 升碳中和燃料——之所以這樣認為，是因為植物從大氣中吸收的二氧化碳與燃料燃燒時釋放到大氣中的二氧化碳相同——並已開始生產另外 2,000 升，以便在 4 月 9 日進行進一步測試。
Virent 可以在一小時內生產一批燃料，而不是將植物糖發酵成乙醇所需的數天，或者產生天然石油所需的億萬年，儘管它採用了與自然界相同的技巧：熱量和壓力。該過程的關鍵在於催化，它可以實現並加速必要的化學反應。正如美國能源部科學事務副部長物理學家 Steven Koonin 在最近的 ARPA-e 會議上所說：“在我於 BP 工作期間，我逐漸瞭解到催化與其說是科學，不如說更像是一門黑魔法。”
這是因為當催化劑影響給定的化學反應時發生的大部分情況是未知的。美國能源部和其他機構正在努力改變這種狀況，但 Virent 只是在利用它。Cortright 和化學工程師 James Dumesic 在 2001 年回到他們的大學實驗室時發現，透過從水和植物中的各種碳水化合物（基本上是碳、氫和氧的化合物）開始，並使用催化劑、熱量和壓力，他們可以開始產生二氧化碳和氫氣，然後利用氫氣以水的形式消除氧氣（該過程產生的水比消耗的水多）。Cortright 解釋說：“如果我們不製造 H2，我們就會開始製造這些非氧化碳氫化合物，將 H2 損失到甲烷、乙烷和汽油成分中。”
該過程需要鉑、錸和釕催化劑，呈沙粒或礫石顆粒狀，所有這些都很昂貴且稀有。Cortright 指出：“他們在煉油廠也使用這些型別的催化劑。” “這在石油行業已經做了 50 年了。” 沒有任何催化劑被消耗，而且反應實際上是放熱的，這意味著它會產生熱量。Virent 的執行長 Lee Edwards 說：“催化反應總共產生足夠的熱量來維持該過程，而無需額外的能量輸入。”
事實上，“綠色”汽油可以在 175 至 300 攝氏度的溫度和高達 90 個大氣壓的壓力下製造，並將幾乎所有植物的潛在能量都傳遞到最終的混合物中，儘管大約 50% 的碳以二氧化碳或廢物的形式損失。然後對該混合物進行酸或鹼縮合以及蒸餾，以生成和分離汽油和噴氣燃料。廢物產品被燃燒作為燃料來驅動該過程。
這意味著該過程的限制在於所用糖的價格和可用數量。但是該過程可以使用幾乎任何糖，無論是來自甘蔗的直接蔗糖，還是從水中分解纖維素獲得的多糖。Cortright 說：“我們不依賴於特定的糖；我們可以使用糖的混合物。” “我們可以在同一植物內從一種糖切換到另一種糖。”
而且在農作物殘留的纖維素材料中可以找到大量剩餘的糖。微生物學家 Tim Donohue 是大湖生物能源研究中心的主任，他在去年十月參觀位於威斯康星州麥迪遜的該中心時指出：“僅在美國，根據目前農業和林業的活動，每年產生 15 億噸纖維素材料，但沒有一種用於液體運輸。” Donohue 說，將其中 10 億噸轉化為液體燃料可以替代我們 30% 的化石燃料使用量。
然而，此類燃料需要在實際發動機中進行測試，儘管其分子與今天銷售的優質汽油相同。Edwards 在談到迄今為止生產的生物汽油時說：“它被桶裝並運往英國曼徹斯特郊外的殼牌[研發]機構。” “我們正準備進行混合研究。” Virent 還與本田和嘉吉合作，以解決其在發動機方面以及原料方面面臨的挑戰。殼牌公司的技術經理 Grahame Buss 說：“Virent 生產的生物燃料在成分上類似於在正常煉油操作期間透過石腦油進料的重整制平臺化生產的重整組分。” “我們的測試表明，含有生物成分的汽油可以按高比例混合在現有規格範圍內。”
當然，其他公司也在做類似的事情。長期從事煉油業務的 UOP 擁有一種新的煉油工藝，可以將植物油轉化為噴氣燃料——反過來，這種燃料已被用於為從商用噴氣機到 F/A-18 的各種裝置提供動力，後者被稱為“綠色大黃蜂”。Amyris 和 LS9 等生物技術公司正在開發基因工程微生物，這些微生物可以大量生產特定的碳氫化合物分子。
但是 Virent 已將其工藝新增到將植物轉化為燃料的工具列表中，加入了發酵、費託和熱解工藝，並認為它可以與價格在每桶 70 美元或以上的化石油燃料競爭。該技術還可以融入現有的基礎設施，例如玉米磨坊或煉油廠。
該公司接下來可能會著手解決柴油和噴氣燃料的問題，並且它可能具有顯著的優勢。由於該工藝生產的是碳氫化合物的混合物，因此它不缺乏密封飛機發動機的芳香族化合物，例如 UOP 從亞麻薺油生產的生物噴氣燃料那樣。但是，就目前而言，Virent 很高興收穫在其工藝中漂浮在頂部的汽油。Cortright 說：“汽油漂浮在水面上。” “我們可以設計一個完全自給自足的工廠，您無需引入任何其他化石燃料來幫助您。”