木质素研究的突破有望催生出具有成本竞争力的碳中性喷气燃料

木质素研究的突破有望催生出具有成本竞争力的碳中性喷气燃料SAF并不是一种完美的绿色航空解决方案--事实上，目前还不存在完美的解决方案。使用SAF代替喷气燃料仍然会产生二氧化碳，但它是一种纯度更高的燃料，在燃烧更清洁、硫和微粒排放大幅减少的同时，还能多产生3%的能量。它消除了石油开采和提炼过程中的全部排放成本，根据所使用的原料，甚至可以实现净碳负排放--所有这一切都无需改装喷气发动机。它与生物燃料不同，第二代SAF不使用玉米、甘蔗、大豆或其他粮食作物。这是对土地和水资源令人发指的浪费。取而代之的是使用磨粉作业产生的木材残渣、甘蔗渣、玉米秸秆等原料，以及其他廉价、丰富的废料产品。加州大学河滨分校的研究人员认为，问题出在木质素上，这是植物细胞中的一种关键结构成分。木质素坚韧而富有弹性，赋予了树木力量，同时也使得从生物质中提取碳作为燃料变得困难，尤其是在处理较硬的木材时。事实上，许多企业选择直接燃烧木质素来获取热能和电能，这种工艺虽然具有经济意义，但从环保角度看却绝对不可取。研究副教授CharlesKai与新安装的20加仑CELF反应器合影，该反应器将用于推广CELF生物精炼技术项目。然而，加州大学河滨分校的研究小组开发出一种预处理方法，大大改变了这一等式。在生物质预处理过程中将四氢呋喃（THF）加入水和稀酸中，研究小组发现可以显著提高整体效率，同时利用生物质中的木质素和糖生成燃料。其结果是：废弃生物质能带来更多的航空效益。使用玉米秸秆可增加18%的燃料，使用THF预处理后，每吨干原料的汽油当量从44加仑（167升）增加到51.8加仑（196升）。至于木质素含量较高的韧性杨木，每吨干原料的汽油当量产量高达75.9加仑（287升），几乎是传统工艺从玉米秸秆中榨取的汽油当量的两倍。最重要的是，THF预处理化学品成本低廉，而且特别容易获得，因为它可以用SAF工厂已经在加工的生物质糖来制造。GlobalAir在撰写本报告时引用的美国Jet-A的平均价格为每加仑6.45美元，SAF的平均价格为每加仑9.28美元。根据加州大学河滨分校团队的计算，其CELF（共溶剂增强木质纤维素分馏）生产工艺的生产成本可低至每加仑3.15美元。这是否意味着80%的清洁喷气燃料只需普通喷气燃料一半的价格？不；生产成本并没有考虑运输、物流、商业成本或利润，化石燃料的价格仍然受益于巨大的规模经济。早在2021年11月，国际能源署（IEA）就将每加仑化石燃料的生产成本估算为1.14美元至3.03美元，而根据IndexMundi的数据，当时这种极不稳定的商品的售价为每加仑2.19美元。更不用说，还有各种生物燃料额度之类的因素要考虑，所以很难确定最终对价格的影响。但是，如果它真的如其所言，这一开发显然能更好地利用废木材，并应大幅降低SAF的价格。由于价格是采用这种技术的主要障碍，因此这将是可持续交通领域的一次巨大飞跃。"十多年前，我就开始了这项工作，因为我想产生影响，"里弗赛德团队负责人、副研究员查尔斯-凯（CharlesKai）在一份新闻稿中说。"我想找到化石燃料的可行替代品，我和我的同事们已经做到了。利用CELF，我们已经证明有可能从生物质和木质素中制造出具有成本效益的燃料，并帮助遏制我们向大气中的碳排放。木质素利用是以最经济、最环保的方式从生物质中提取所需物质的关键。设计一种能够更好地利用生物物质中的木质素和糖的工艺，是这一领域最令人兴奋的技术挑战之一。"该团队的研究论文在《能源与环境科学》杂志上公开发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416991.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416991.htm

科学家使用外来的DNA来帮助创造"耐气候变化"作物

科学家使用外来的DNA来帮助创造"耐气候变化"作物随着世界面临气候变化的后果，具有气候适应性的作物正变得越来越重要。通过拥有能够承受极端环境压力的作物，粮食安全得到了改善，因为农民即使在具有挑战性的条件下也能够种植作物。这反过来又有助于解决全球饥饿问题，因为即使面对不断变化的气候，粮食生产仍然稳定。位于墨西哥的田间试验也强调了关键作物的遗传多样性的重要性，几十年的选择性育种已经降低了它们适应迅速变暖的地球的能力。随着气温上升和天气事件变得更加极端，主要粮食作物继续满足全球需求的能力存在着越来越多的不确定性。小麦为全球提供的卡路里比任何其他作物都多，但世界各地种植的大多数小麦的遗传变异有限，使其容易受到气候变化的影响。研究报告的作者、厄尔尼诺研究所的组长安东尼-霍尔教授说："小麦占全球消耗的热量的20%左右，并且在世界各地广泛种植。但是我们不知道我们今天种植的作物是否能够应对明天的天气。更糟糕的是，开发新品种可能需要十年或更长时间，因此迅速采取行动至关重要。"与CIMMYT合作，厄勒姆研究所的研究人员在墨西哥的索诺拉沙漠建立了为期两年的田间试验。他们研究了149个小麦品系，从广泛使用的精英品系到那些选择性培育的品系，其中包括来自墨西哥和印度的野生近缘植物和土地品种的DNA。该研究的共同作者、CIMMYT小麦生理学负责人MatthewReynolds说："将精英品系与外来材料杂交有其挑战。公认的风险是带来的不良性状多于理想性状，因此这一结果代表了在克服这一障碍方面的一个重大突破，以及继续利用遗传资源来提高气候复原力。"这些种子在季节晚些时候播种，迫使植物在更热的月份里生长，使这些作物处于那种热应力之下，而随着全球气温上升，这种热应力预计将成为常态。他们发现用外来DNA培育的植物比没有这种DNA的小麦产量高50%，重要的是，在正常条件下，这些外来品系的表现并不比精英品系差。研究人员对这些植物进行了测序，以确定导致耐热性增加的具体基因差异。他们确定了可以将这种有益的外来DNA有针对性地引入精英品系的遗传标记，为提高气候复原力和减轻大范围的作物歉收提供了一种快速的方法。研究报告的作者、厄勒姆研究所的博士生BenedictCoombes说。"当我们试图用更少的土地生产更多的食物来养活不断增长的全球人口时，我们迫切需要让我们种植的作物适应未来，以便它们能够在日益恶劣的气候下茁壮成长。我们发现，这一点的关键可能在于来自小麦野生近缘种和土地品种的基本未开发的遗传资源。"研究人员建议育种计划将耐热性能作为一种先发制人的策略，以生产能够应对较难预测的气候的小麦作物。霍尔教授补充说："这是我们现在可以用于几乎立即产生影响的科学，田间试验，让我们知道需要寻找什么样的遗传标记，并与小麦育种者开始对话，所以这有望成为在未来几年为全球粮食安全做出贡献的众多步骤中的第一步。"我们的发现和采取的行动是希望世界各地的人们可以继续在他们的盘子里吃到有营养的食物。"该研究由UKRI-BBSRC资助，并得到了国际小麦产量伙伴关系（IWYP）和传统农业可持续现代化（MasAgro）的支持--这是农业和农村发展秘书处（SADER）和CIMMYT的倡议。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342411.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342411.htm

研究：气候变化正在使生物质燃料和技术的可用性面临风险

研究：气候变化正在使生物质燃料和技术的可用性面临风险一项新研究发现，随着气候变化导致的温度上升，最大限度地利用来自植物、木材和废物的生物质作为可再生能源和石化产品替代品的机会之窗正在关闭。相关研究报告已于当地时间9月7日发表在《自然》上。该研究调查了生物质开发的可持续性。研究人员表示，如果不采取紧急行动以减少化石燃料、改用生物能源和其他可再生能源，那么气候变化将减少作物产量并降低生物质原料的可用性。他们还称，减少粮食产量还可能激励耕地扩张、增加土地利用变化带来的温室气体排放并进一步加快气候变化的速度。该研究的论文共同作者、来自约克大学化学系的JamesClark教授说道：“生物质燃料和原料提供了一种可再生的能源和石化产品的可行替代品，但我们的研究结果是一个严峻的警告，如果我们继续让全球气温上升那么气候变化将使它们的可用性面临风险。有一个临界点，在这个点，气候变化将严重阻碍我们减轻其最坏影响的能力。如果我们要最大限度地发挥其优势，现在就必须使用具有碳捕获和储存功能的生物质，包括制造生物基化学品。”在许多气候减缓评估中，包括政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告强调了碳捕集跟封存的生物能源(BECCS)是实现《巴黎协定》中规定的升温2℃或1.5℃目标的战略中的一个关键因素。研究人员使用全球数据来模拟作物产量对平均温度上升、氮肥强度、大气中的二氧化碳浓度和降水的反应。他们发现，如果向BECCS的转换被推迟到本世纪下半叶，那么生物质产量将因气候变化而大大减少。这将导致无法实现2℃的目标并危及到全球粮食安全。如当BECCS从2040年推迟到2060年时，科学家们发现，用于生物质技术的农业残余物产量减少将降低BECCS的能力并使全球变暖在2200年之前从1.7℃增加到3.7℃，全球人均每日作物热量从210万卡路里下降到150万卡路里。科学家们计算出，在这种情况下，粮食贸易的规模需要在2019年的基础上增加80%以避免受气候变化影响最严重的发展中世界的许多地区出现严重的粮食短缺。Clark教授补充道：“如果依靠生物质的负碳减排技术能在短期内广泛部署，那么我们仍有希望缓解全球变暖和全球粮食危机。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313761.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313761.htm

从梦想到现实：低成本、碳中性生物燃料终成现实

从梦想到现实：低成本、碳中性生物燃料终成现实加州大学洛杉矶分校的CharlesCai和一个新安装的20加仑CELF反应器，该反应器将用于放大项目。图片来源：StanLim/UCR生物燃料要想与石油竞争，生物精炼操作的设计必须更好地利用木质素。木质素是植物细胞壁的主要成分之一。它为植物提供了更高的结构完整性和抵御微生物侵袭的能力。然而，木质素的这些天然特性也使其难以从植物物质（也称为生物质）中提取和利用。加州大学河滨分校副研究员CharlesCai说："木质素利用是以最经济、最环保的方式从生物质中提取所需物质的关键。设计一种能够更好地利用生物质中的木质素和糖的工艺，是这一领域最令人兴奋的技术挑战之一"。为了克服木质素障碍，Cai发明了CELF，即共溶剂增强木质纤维素分馏技术。这是一种创新的生物质预处理技术。"在生物质预处理过程中，CELF使用四氢呋喃或THF来补充水和稀酸。它提高了整体效率，并增加了木质素提取能力，"Cai说。"最重要的是，四氢呋喃本身可以用生物质糖类制成。"CELF在经济和环境方面的优势一篇具有里程碑意义的《能源与环境科学》论文详细介绍了CELF生物精炼厂与石油燃料和早期生物燃料生产方法相比，在多大程度上具有经济和环境效益。这篇论文由加州大学洛杉矶分校蔡的研究团队、橡树岭国家实验室管理的生物能源创新中心（CenterforBioenergyInnovation）和美国国家可再生能源实验室（NationalRenewableEnergyLaboratory）合作完成，由美国能源部科学办公室提供资金支持。其中，研究人员考虑了两个主要变量：哪种生物质最理想，以及提取木质素后如何处理。加州大学河滨分校副研究员查CharlesCai发明了生物质预处理技术CELF，该技术可使下一代生物燃料与石油燃料竞争。图片来源：StanLim/UCR第一代生物燃料生产使用玉米、大豆和甘蔗等粮食作物作为原材料或原料。由于这些原料占用了粮食生产所需的土地和水资源，用它们来生产生物燃料并不理想。第二代操作使用非食用植物生物质作为原料。生物质原料的例子包括制粉过程中产生的木材残渣、甘蔗渣或玉米秸秆，这些都是林业和农业生产过程中大量的低成本副产品。根据能源部的数据，仅在美国，每年就有多达10亿吨的生物质可用于制造生物燃料和生物产品，能够替代30%的石油消耗，同时还能创造新的国内就业机会。研究人员发现，与碳密度较低的玉米秸秆相比，CELF生物精炼厂能更充分地利用植物物质，从而产生更大的经济和环境效益。研究人员通过在CELF生物精炼厂中使用杨木，证明了可持续航空燃料的生产成本可低至每加仑汽油当量3.15美元。而目前美国每加仑航空燃料的平均价格为5.96美元。美国政府以可再生识别码信用额度的形式发放生物燃料生产信用额度，这是一种旨在促进国内生物燃料生产的补贴。为第二代生物燃料发放的D3级信用额度通常以每加仑1美元或更高的价格进行交易。该文件表明，按照这个价格，人们可以预期从这项业务中获得20%以上的回报率。Cai说："与玉米秸秆这样的廉价原料相比，多花一点钱购买杨树这样碳含量更高的原料仍然能产生更多的经济效益，因为你可以用它制造更多的燃料和化学品。"该论文还说明了木质素的利用如何在保持尽可能低的碳足迹的同时，对整个生物精炼厂的经济效益做出积极贡献。在旧的生物精炼模式中，生物质是在水和酸中煮熟的，木质素除了其热值外大多无法利用。老式的生物炼油厂会选择燃烧木质素来补充热量和能源，因为它们大多只能利用生物质中的糖分--这是一个成本高昂的提议，会使很多价值落空。除了更好地利用木质素，CELF生物炼制模型还建议生产可再生化学品。这些化学品可用作生物塑料和食品饮料调味化合物的基本成分。这些化学品吸收了植物生物质中的部分碳，而这些碳不会以二氧化碳的形式释放回大气中。"添加四氢呋喃有助于降低预处理的能源成本，并有助于分离木质素，这样就不必再焚烧木质素了。除此之外，我们还可以制造可再生化学品，帮助我们实现近乎零的全球变暖潜能值，"Cai说。"我认为这将从第二代生物燃料迈向第二+代生物燃料。"鉴于该团队最近取得的成功，能源部生物能源技术办公室向研究人员提供了200万美元的资助，用于在加州大学洛杉矶分校建立一个小规模的CELF试验工厂。蔡希望通过试验工厂的示范，促成对该技术的更大规模投资，因为利用化石燃料产生的能源会加剧全球变暖并对地球造成伤害。"十多年前，我开始从事这项工作，因为我想产生影响。我想找到化石燃料的可行替代品，我和我的同事们已经做到了，"Cai说。"利用CELF，我们已经证明有可能从生物质和木质素中制造出具有成本效益的燃料，并帮助遏制我们向大气中的碳排放。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424164.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424164.htm

科学家利用CRISPR改变甘蔗叶片角度 使其变成超级作物

科学家利用CRISPR改变甘蔗叶片角度使其变成超级作物甘蔗是全球生物质产量最高的作物，占全球糖产量的80%和生物燃料产量的40%。其巨大的体积和对水和光的最佳利用，使其成为生产创新型可再生生物产品和生物燃料的理想来源。然而，甘蔗作为Saccharumofficinarum和Saccharumspontaneum的杂交种，其基因组是所有作物中最复杂的。这种复杂性意味着通过传统育种方法改良甘蔗具有挑战性。正因为如此，研究人员转而使用基因编辑工具，如CRISPR/Cas9系统，来精确地针对甘蔗基因组进行改良。埃莉诺-布兰特（EleanorBrant）收集叶片样本，用于基因编辑甘蔗的分子分析。图片来源：CharlesKeato佛罗里达大学先进生物能源和生物产品创新中心（CABBI）的一个研究小组在《植物生物技术期刊》上发表的新论文中，利用这种遗传复杂性的优势，使用CRISPR/Cas9系统对甘蔗的叶片角度进行了微调。这些基因调整使甘蔗能够捕捉到更多的阳光，从而增加了生物质的产量。这项工作支持能源部资助的CABBI生物能源研究中心的"植物即工厂"方法及其原料生产研究的主要目标--直接在甘蔗等植物的茎中合成生物燃料、生物产品和高价值分子。甘蔗基因组的复杂性部分归因于其高度冗余性：它的每个基因都有多个拷贝。因此，甘蔗植株表现出的表型通常取决于某个基因多个拷贝的累积表达。CRISPR/Cas9系统非常适合完成这项任务，因为它可以一次性编辑一个基因的几个或多个拷贝。BaskaranKannan在田间评估基因编辑甘蔗。图片来源：UzairKhan这项研究的重点是LIGULELESS1（即LG1），该基因在决定甘蔗叶片角度方面发挥着重要作用。叶片角度反过来又决定了植物能捕获多少光，而这对生物量的生产至关重要。由于甘蔗的高度冗余基因组包含40个LG1基因拷贝，研究人员能够通过编辑不同数量的LG1基因拷贝对叶片角度进行微调，从而根据编辑LG1基因拷贝的数量产生略微不同的叶片角度。"在一些经过LG1编辑的甘蔗中，我们只是突变了几个拷贝，"研究小组负责人、佛罗里达大学农学教授FredyAltpeter说。"通过这样做，我们能够调整叶片结构，直到找到能提高生物量产量的最佳角度"。实地试验结果及对未来的影响当研究人员在田间试验中种植甘蔗时，他们发现直立的叶片表型可以让更多的光线穿透冠层，从而提高了生物量产量。其中一个甘蔗品系的LG1拷贝数约为12%，叶片倾斜角度减少了56%，干生物量产量却增加了18%。通过优化甘蔗以捕捉更多光照，这些基因编辑可以提高生物量产量，而无需在田间添加更多肥料。除此之外，加深对复杂遗传学和基因组编辑的理解，有助于研究人员改进作物改良方法。Altpeter说："这是第一篇描述CRISPR编辑甘蔗田间试验的同行评审出版物。这项工作也为编辑多倍体作物基因组提供了独特的机会，研究人员可以对特定性状进行微调。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435739.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435739.htm

达美航空制定了抛弃化石燃料的计划

达美航空制定了抛弃化石燃料的计划SAF是由废物或农作物通过转化过程制成的，可以抵消飞机产生的大部分温室气体排放。这不是一个完美的系统，可能会产生新的环境问题。而且，由于目前SAF的产量很少，达美航空要实现其2050年的目标将是一个艰难的过程。尽管如此，SAF在很大程度上被业界视为目前最可行的化石燃料替代品。由于目前SAF的产量很少，台达要实现其2050年的目标将是一个艰难的过程。SAF是一种由植物或动物材料制成的生物燃料。使用SAF的飞机仍然会产生使地球变热的二氧化碳排放，但目的是通过燃料的生产方式来抵消大量的污染。如果它是由玉米或大豆等植物制成的，其气候效益来自光合作用。植物在光合作用中吸收二氧化碳，可以消除燃料燃烧所带来的一些污染。当SAF由食物残渣或垃圾中的其他有机物制成时，气候效益来自于避免温室气体的排放，而这些温室气体本来会因食物或垃圾被填埋而产生。航空公司也喜欢这样的想法，即SAF可以像传统的煤油一样使用，不需要对飞机或加油基础设施做很多改变。而电动飞机或氢气喷气机的情况则不同。使用氢气的飞机将不得不重新设计，以适应更大的燃料罐。而且今天的电池太重，电动飞机无法带着电池进行长距离飞行。达美航空也在研究这些技术。它正在与空中客车公司合作开发一种氢动力飞机，并与JobyAviation公司合作开发用于短途飞行的电动空中出租车。达美航空说，到2050年，"革命性的飞机"应该占其机队的25%。然而，达美航空在昨天宣布的新的可持续发展计划中说，SAF是其中期战略的"最重要"。迄今为止，达美航空已经与大约50家企业客户签订了价值2亿加仑的SAF承购协议。这仍然是杯水车薪。该航空公司在其公告中说，目前世界上的SAF产量甚至不足以为达美航空的运营提供一天的燃料。该公司在到2050年实现温室气体净零排放的道路上设定了渐进式的里程碑。到本十年末，达美航空预计SAF将占其燃料消耗的10%，并说它已经"半途而废"。根据达美航空的计划，到2035年，SAF的使用量达到35%。然后，它必须在2050年之前实现一个巨大的飞跃，达到95%以上的SAF。该公司表示，它需要政策制定者和其他行业的帮助，以实现可持续航空燃料的起飞。建立SAF的供应链，并使其比传统喷气燃料更实惠，将需要更多的投资和需求。所有这些挑战使航空业成为对地球负担最重且最难净化的行业之一。另一方面，对SAF需求的激增可能会对环境产生不利的副作用。在不减少航空旅行需求的情况下，生物燃料的原料可能会占用大约相当于当今世界19%的耕地面积。这让一些环保人士担心SAF在未来可能会导致森林过度砍伐。所有这些挑战使航空业成为最难清理的行业之一。根据其最新的ESG报告，达美航空在2021年产生了大约2700万公吨的二氧化碳。这大约是68家燃气发电厂一年可能产生的气候污染量。该公司说，仅喷气燃料就占了达美航空排放的98%。直到最近，包括达美航空在内的航空公司在很大程度上依靠碳抵消计划来处理其污染问题。通过碳抵消，公司通常会支付支持林业或其他保护项目，以弥补他们的排放。这个想法是，树木和植物将通过光合作用捕获气候污染。坏消息是，碳补偿项目，往往由于规划和管理不善，一直未能真正减少进入大气层的二氧化碳数量。鉴于这些失败，其他航空公司，包括捷蓝航空、法国航空和易捷航空，也已经开始优先考虑向SAF过渡。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348709.htm