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

美国国防部与利用二氧化碳制造喷气燃料的初创公司签署6500万美元的合同

美国国防部与利用二氧化碳制造喷气燃料的初创公司签署6500万美元的合同一家专门从事可持续航空燃料（SAF）的初创公司与美国国防部签署了一份6500万美元的合同，以凭空创造喷气燃料。该合同将为一家名为AirCompany的初创公司提供资金，以推进研究和开发一个能够从空气中提取二氧化碳并将其转化为燃料级酒精和石蜡的系统。AirCompany已经有一个将二氧化碳转化为喷气燃料的过程，并发表了一份关于该程序的白皮书。该公司声称已经实现了有近100年历史的费歇尔-托普斯工艺的一个步骤。它涉及从工业玉米发酵中创造、收获和储存二氧化碳。然后，它使用水电解来产生氢气（H2）和氧气（O2）。氧气被释放到大气中，而H2则与捕获的二氧化碳和催化剂一起进入一个反应器。该化学反应产生乙醇、甲醇、水和石蜡。蒸馏分离出的这些成分可用于其他产品，包括伏特加、香水、洗手液和SAF。该公司还不能以影响全球二氧化碳水平所需的规模来生产。然而，首席执行官格雷戈里-康斯坦丁说，如果AirCompany和其他公司能够形成规模，并且所有依赖燃料的行业都改用SAF，它可以减轻10%以上的碳排放。"这些合同使[我们]能够专注于技术的发展和技术的开发，"康斯坦丁告诉《今日美国》。"我们的技术核心实际上是围绕着碳的利用。"不幸的是，该公司的崇高目标仍然是在遥远的未来。虽然国防部的合同将帮助AirCompany完善其工艺，并建立一个大规模的生产厂，但要生产足够的SAF来满足整个航空业的需求，需要不止一家公司。另一个复杂的问题是，大多数监管机构对使用SAF保持特定的限制。康斯坦丁说："在目前的立法和监管下，我们必须遵守混合限制，我们创造的燃料有不能被混合的成分。我们希望在未来几年中，这些混合限制将增加，并且法规将最终允许使用100%的SAF。"目前，航空燃料混合物只能含有低于50%的SAF。然而，AirCompany与空军合作，试飞了100%的SAF，事实证明是成功的。荷兰航空公司KLM也与它的发动机制造商一起试用了纯SAF，结论是它可以实现安全燃烧。AirCompany已经与三家航空公司签订了供应SAF的合同--Boom、JetBlue和VirginAtlantic。Boom公司同意每年购买500万加仑，合同期限未定，用于其超音速Overture喷气机的燃料。捷蓝航空签署了一份为期五年的合同，购买2500万加仑，而维珍航空承诺在10年内购买1亿加仑。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347055.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347055.htm

新研发的无热植物压榨机可以同时生产生物燃料和抗病毒药物

新研发的无热植物压榨机可以同时生产生物燃料和抗病毒药物为了创造一个能够从植物物质中提取水分的过程，以至于不需要热干燥，日本冈山大学的研究人员创造了一个滚动压缩机。然后他们将雪松木板、雪松碎片和一种被称为Alpiniazerumbet的生姜品种送入压机。然后将所有三种脱水材料变成颗粒，并进行燃烧，以评估它们作为燃料的有效作用。科学家们发现，雪松木板和姜类植物的压缩性比木屑更好，他们认为这是由于植物材料的内部结构以一种结构化的方式排列，而不是以木屑中更混乱的方式排列。想想看，把一管牙膏从底部卷起来。你能够从一个笔直和空心的管子中提取更多的东西，而不是从一个纵横交错的不同通道中提取。他们还发现，由雪松木板制成的颗粒在燃烧时产生的热值比生姜植物还要高。雪松颗粒的燃烧水平与总部设在瑞士的国际标准化组织（ISO）制定的标准相符，而生姜的燃烧水平约为标准的95%。(ISO是一个国际组织，在广泛的行业中制定标准)。"我们的方法不需要时间，不需要库房，也不需要额外的热干燥，可以现场操作，"研究报告的共同作者，冈山大学病理学和实验医学系的助理教授ToshiakiOhara说。"这种压缩机可以挤压木材和草药，使我们可以利用当地种植的植物促进生物质发电。这些特点对推进当地的可持续发展是有益的"。此外，即使生姜植物的燃烧效率低于最佳状态，但它们产生了最多的水溶性木质素，这种化合物长期以来一直是木浆和造纸业的一个分支，其潜在用途越来越受到关注，包括其作为抗病毒的应用。2021年的一项研究表明，植物材料的热干燥会对木质素的水溶性产生负面影响。这就是为什么新的无热干燥植物的方法有希望的原因之一，因为水溶性可以扩大一种物质的利用程度。在日本的研究中，从生姜植物以及在较小程度上从雪松片中提取的木质素有效地抑制了导致流感和猪流行性腹泻的病毒的活性。以前的研究表明，基于木质素的涂层能有效地击败2型单纯疱疹病毒和艾滋病毒。研究报告的共同作者、冈山大学跨学科科学研究中心的YutaNishina博士说："通过这种方法获得的非化学提取的水溶性木质素可以在医学、化妆品和畜牧业领域找到应用。"这项研究已经发表在《材料循环和废物管理》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337551.htm

科学家将木材废料转化为透明防雾涂料

科学家将木材废料转化为透明防雾涂料随着当前对循环经济和气候变化的重视，木质素（一种将木材中的细胞、纤维和容器结合在一起的有机物质）被认为是一种很有前途的可再生资源，可以取代化石材料。但目前，这种纸浆和造纸工业的副产品还未得到充分利用，其中约98%用于燃烧加热或发电。使用木质素的障碍之一是其分子结构复杂，难以分解。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员开发出了一种方法，可以将木质素转化为具有防雾和防反射特性的生物基透明涂层。木质素纳米颗粒（LNPs）具有亲水性，适合制造纹理，因此非常适合光学应用，尤其是需要防雾性能的应用。然而，实现这一用途的一个问题是克服颗粒的不透明性，这需要精确控制薄膜厚度。在目前的研究中，研究人员着眼于减小LNPs的尺寸，以克服不透明性问题，因为较小的颗粒不容易混浊，而且散射光更均匀。该研究的第一作者亚历山大-亨恩（AlexanderHenn）说："光学涂层需要透明，但到目前为止，即使相当薄的木质素颗粒薄膜也是可见的。我们知道，小颗粒看起来不那么浑浊，所以我想了解能否通过将颗粒尺寸减小到最小来制作隐形颗粒膜。"为了缩小颗粒尺寸，研究人员通过乙酰化对木质素进行了化学改性，乙酰化是一种酯化反应，将乙酰官能团引入有机化合物中。使用乙酸驱动反应--在140°F（60°C）的相对较低温度下仅需10分钟--该过程产生了高浓度的超小型LNP，具有意想不到的特性。Henn说："我用乙酰化木质素制成的木质素颗粒具有相当令人惊讶的特性，这使得这项研究的其他部分变得非常有趣。例如，制作光子薄膜的可能性就完全出乎意料。"颗粒的小尺寸使研究人员能够控制层的厚度和外观，从透明的亚单层到多层薄膜，这使他们能够控制不同波长光的颜色和吸收率。快速而简单的乙酰化方法可产生可用于不同用途的木质素图/Henn等人/阿尔托大学(CCBY4.0)他们发现超薄透明涂层可以减少水滴造成的光散射，并得出结论：乙酰化木质素适合用作透明表面的防雾涂层。此外，通过加厚涂层和使用多层薄膜，研究人员可以控制涂层的颜色，从而获得明亮的黄色、蓝色和紫色。这些较厚的涂层还具有光子特性，即它们能反射光线。研究人员说，乙酰化反应的速度和简易性及其高产率意味着它可以扩大到工业水平，木质素是碳汇的额外好处。该研究的通讯作者之一莫妮卡-厄斯特伯格（MonikaÖsterberg）说："基于木质素的产品可能具有商业价值，同时还能起到碳汇的作用，有助于缓解目前对化石燃料的依赖并减少二氧化碳排放。像这样的高价值应用对于推动木质素的价值化，使我们不再仅仅将木质素用作燃料非常重要"。该研究发表在《化学工程杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386587.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386587.htm

生物燃料研究：科学家认为美国航空业全面脱碳已有可行路径

生物燃料研究：科学家认为美国航空业全面脱碳已有可行路径研究发现，在美国各地现有的2320万公顷的边缘农田（经常休耕或土壤质量差的土地）上种植芒草，将提供足够的生物质原料，以满足美国航空部门完全来自生物燃料的液体燃料需求，预计到2040年这一数量将达到300亿加仑/年。但是，如果我们能使所有的美国航空旅行几乎没有排放呢？如果我们能用一种更清洁的替代品取代碳密集型的喷气式化石燃料：从美国种植的雨养草中提取的生物喷气燃料，那会怎样？将于今天（11月14日）发表在《自然-可持续发展》杂志上的新研究表明，通过用可持续生产的生物燃料替代传统的喷气燃料，美国航空燃料的使用有了完全脱碳的途径。由亚利桑那州立大学研究小组领导的这项研究发现，在全美国现有的2320万公顷边缘农田（经常休耕或土壤质量差的土地）上种植芒草，将提供足够的生物质原料，以满足美国航空业对生物燃料的全部需求，预计到2040年，这一数量将达到300亿加仑/年。该研究的共同作者、亚利桑那州立大学地理学博士毕业生NazliUludereAragon说："我们可以证明，美国有能力使商业航空使用的燃料脱碳，而不必等待飞机推进的电气化。如果我们认真对待实现温室气体净排放，我们需要处理航空旅行的排放问题，在一切照旧的情况下，这些排放预计会增长。找到替代的、更可持续的航空液体燃料来源是这方面的关键"。在这项研究中，研究人员使用了一个土地评估、水文气候建模、生态系统建模和经济建模的综合框架，利用评估环境和经济性能的标准，评估在美国何处以及在何种条件下可以可持续地种植用于生物航空燃料的能源作物。该标准非常广泛。该团队首先确定并评估了美国已经存在的最佳边缘农业用地，然后评估是否可以在不使用额外水的情况下在该土地上种植合适的能源作物。然后，研究小组分析了在这些土地上种植能源作物原料是否会对周围的气候或土壤湿度产生不利影响，并预测了两种不同的草--水曲柳和柳枝稷--作为合适的生物质能源原料的潜在产量。最后，该团队量化了将在全国范围内大规模生产和分配的生物喷气燃料的数量和成本。这项研究的作者、可持续发展学院的助理教授内森-帕克说："目前我们生产可持续航空燃料的方式是非常低效的，而且不是大规模的，航空业可以成为低碳排放的方式非常有限，对气候的影响也相应较小，这是我们证明可行的一种方式，可以让航空业通过农业实现碳中和。"科学家们强调，这种综合系统的观点对这项研究至关重要。在过去，围绕生物燃料潜力的研究在很大程度上是由孤立的评估组成的，这些评估没有得到很好的整合，例如，忽略了关于改变作物覆盖物如何影响周围气候的关键数据。该研究的共同通讯作者、地理科学和城市规划学院副教授、亚利桑那州立大学城市气候研究中心主任MateiGeorgescu说："当你在战略设计的区域上种植作物时，这些作物的种植会对气候产生影响。如果基础景观发生变化，例如，植被数量的增加或减少，可能会对当地到区域范围的气候产生影响，包括更多或更少的降水，或更暖或更冷的温度。"为了说明这些土地-大气的相互作用，研究小组利用他们的水文气候模型的输出，为他们的生态系统模型提供信息。然后，该团队评估了农民种植这些草的经济可行性。现实世界的解决方案对于任何替代能源途径的吸收，解决方案需要具有经济意义。研究人员在他们的分析中，将他们所确定的土地的现有用途，有些已经被用于种植玉米、大豆或其他各种作物，有些则被用作牧场，经济回报与种植水曲柳和柳枝稷作为生物质原料的经济回报进行比较，它们需要更有利可图，以取代每个地区的现有土地用途。UludereAragon说："我们确定的这些土地是由真正的人拥有和经营的，用于不同的农业用途，"他现在是环境保护基金的博士后研究员。"来自生物质原料的具有成本效益的生物燃料潜力主要受到替代土地用途的机会成本的影响。"最后，研究人员发现芒草是更有前途的原料，从芒草中提取的生物喷气燃料可以满足300亿加仑/年的目标，平均成本为4.10美元/加仑。虽然这比传统喷气燃料的平均价格（通常约为2美元/加仑）要高，但该团队认为，考虑到生物喷气燃料的减排潜力，这是合理的。值得注意的是，在2022年，由于供应和需求的变化，喷气燃料的价格从2美元到5美元/加仑不等（不要与零售汽油混淆），这表明价格高于4美元/加仑是完全可能的。研究人员说，在为地球的气候危机寻找进一步的解决方案时，重要的是科学界要在各学科之间架起桥梁，并超越渐进式减排。相反，研究人员强调了现实的解决方案的重要性。Georgescu说："这是一个跨学科的团队，拥有来自生态系统科学、气候建模、大气科学和经济学的专业知识，"他承认这项研究是八年建模工作和合作的结晶。"为了真正解决可持续性问题，你需要一系列领域的专家技能。""作为学术界人士，我们应该记住经济是推动人们在实地作出决定的动力。找到这些决定与理想的环境结果相一致的情况是非常重要的"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332775.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332775.htm

Altris发明基于木质材料的钠电池 将可持续发展推向新高度

Altris发明基于木质材料的钠电池将可持续发展推向新高度木质素是木浆制造过程中产生的一种副产品，长期以来，人们一直在研究将其用作更具可持续性的电极材料的可能性。2022年，芬兰可再生材料公司斯道拉恩索（StoraEnso）与瑞典电池制造商Northvolt合作，将其专有的Lignode材料用于锂离子电池阳极，成为当时的头条新闻。斯道拉恩索公司将Lignode描述为一种从木质素中提炼出来的硬碳材料。通过与Altris合作，斯道拉恩索希望在进一步实现欧洲电池供应链本地化的同时，实现更高的可持续发展。正如我们几周前在NatronEnergy公司投产时所看到的那样，钠离子电池不需要锂、钴和镍等稀有矿物质，而是依靠丰富的钠，这种钠可以就地取材，无需进行有害的开采。木质素原料被提炼成硬碳粉，用于制造电池阳极的电极片Altris和斯道拉恩索将阳极制造中通常使用的石墨换成了源自天然副产品的Lignode，从而进一步减少了对中国进口（欧盟90%以上的石墨来自中国）的依赖，确保了欧盟本地供应链的安全。斯道拉恩索公司还表示，Lignode阳极有望实现更快的充电和放电速度。斯道拉恩索公司自称是世界上最大的私有森林之一，拥有和租赁的土地面积超过500万英亩（200万公顷）。该公司在芬兰科特卡（Kotka）的工厂加工木浆已有80多年历史，自2015年起开始工业化提取木质素。该公司于2021年开始试生产Lignode，目前正在努力扩大商业规模。该公司指出，一棵树有20%至30%由木质素组成，因此木质素的供应量非常大，而且很容易通过可持续森林管理实践加以替代，该公司甚至表示，包含木质素的Altris钠离子电池有可能成为世界上最具可持续性的电池。斯道拉恩索公司高级副总裁尤索-孔蒂宁（JuusoKonttinen）在本周的联合声明中表示："生物基材料是提高电池电池可持续性的关键。Lignode有潜力成为世界上最具可持续性的负极材料，与Altris的合作完全符合我们的共同承诺，即支持更具可持续性的电气化目标。"斯道拉恩索公司表示，它是世界上最大的私人森林所有者之一，为木质素的采购提供了大量的原材料供应在电池的另一侧，Altris使用普鲁士白制造阴极，这种材料由丰富、廉价、无冲突的材料制成，如铁、氮、钠和碳。与Natron的普鲁士蓝一样，它也不含锂、钴等稀有、有问题的矿物质。"世界上最可持续发展"的钠电池采用木浆阳极，听起来是不是好得不像真的？现在看来的确如此。合作声明上的墨迹还未干，Altris还没有开始商业化生产，它仍然称自己为钠离子电池开发商和原型制造商。去年，Altris展示了一种商业规模的电池，其能量密度为160瓦时/千克，与当今电动汽车使用的磷酸铁锂（LFP）电池相当。该电池是与Northvolt合作开发的。Altris首席执行官比约恩-莫里德（BjörnMårlid）当时表示，公司未来的目标是达到200瓦时/千克。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434173.htm