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常规化石燃料的燃烧占全球CO2排放量的很大一部分。游轮和商船用烟尘废气和有毒重质燃料污染环境的做法受到了很多批评。位于奥伯豪森的弗劳恩霍夫环境安全与能源技术研究所(UMSICHT)的研究人员一直在研究友好型替代燃料。他们现在能够生产可再生的生物燃料,可以将其转化为飞机的汽油,柴油甚至煤油。与化石燃料相比,这种合成燃料可将温室气体排放量减少多达30%,其产生的烟尘排放非常少。
全球航运业每年排放二氧化碳的量大约为十亿吨。Fraunhofer UMSICHT的机械工程师 Andreas Menne博士和他的同事希望通过新技术减轻船用柴油对气候的不利影响。生物炼制和生物燃料部门负责人Menne及其团队正在生产可再生资源制成的合成柴油和汽油。为此,他们正在将生物乙醇转化为具有与化石燃料几乎相同的特性的柴油,汽油或喷气燃料。可再生能源有助于大幅削减交通部门的二氧化碳排放。
Menne说:“秸秆,树叶,锯末,废木材-我们几乎可以将任何东西用作生物乙醇的原料。” 新型的气候友好型生物燃料产生的温室气体要少得多。车辆应该可以只靠这种燃料行驶。相比之下,E10燃料中只有5%至10%是生物乙醇。其余的是化石燃料。
UMSICHT的研究人员在一个实验工厂每周生产多达20升的新生物燃料。原料是源自麦草的生物乙醇。Menne说:“实际上,我可以使用任何其他酒精。” 当秸秆酒精从金属桶通过测试设备的管道流入蒸发器时,秸秆酒精最初保留其液体形式。当温度在20 bar的压力下达到350摄氏度时,气态酒精会流入植物的心脏,即管状反应器。该反应器充满了涂有新开发的催化剂材料的活性炭。这些催化剂通过在各个碳化合物之间形成键来使气体冷凝。这会产生汽油,煤油或柴油,具体取决于结合的碳分子数量。” 催化剂通常是在实验室中开发的,但随后可能难以大量生产。但是我们可以廉价地购买该催化剂的材料,因为它不包含贵金属或稀土。而且最重要的是,它长期保持稳定。
正如普芬兹塔尔的弗劳恩霍夫化学技术研究院ICT的研究人员所证实的那样,生物燃料具有大量的动力。他们将标准商用发动机放在测试台上,以使用新燃料进行试验,对发动机功率进行评级,并使用精密仪器测量废气。这些读数是在不同的运行水平,冷启动期间,不同的负载和不同的发动机转速下获取的。
这些试验发现,生物燃料的能量密度比常规燃料略高。这意味着在实际中,装有新燃料的车辆将略有优势。同时,这种合成燃料的废气排放也是一个卖点,一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的排放量较少,尾气中喷出的烟尘也少了很多。这种生物燃料的物理特性接近于化石柴油的物理特性,因此可以使其符合现行标准。
Fraunhofer UMSICHT的化学工程师Venkat Aryan将每一个工艺步骤中的温室气体的每一个分子相加,以评估生态影响。从原材料的提取或收获到燃料转化为动能,从井到轮的分析将所有的温室气体都计算在内。其中包括从地下井中提取原油、种植植物作生物燃料的种植,以及产生的废气。他发现,用小麦秸秆制成的合成柴油的二氧化碳当量为每兆焦耳64.3至91.6克,这取决于乙醇的来源。这比石油基柴油的94克减少了32%。
"我们的燃料可以转化成汽油、柴油,甚至是飞机用的煤油。但后者是最复杂的,"Menne说。"而船用柴油则要简单得多。它不需要在炼油厂里加工。你可以简单地在港口建立我们的工厂。我们的工艺非常直接,船舶公司可以自己生产柴油。那么,大型环境污染的时代很快就会结束了。"
这项技术已经准备好了,可以投入市场。虽然合成柴油的价格仍然比石油制成的柴油贵,但Menne相信这种情况很快就会改变。随着新法规的生效,化石燃料的生产成本将不再像以前那样低廉。