将乙醇工厂的二氧化碳废料转化为航空燃料可减排80%

航空燃料即将由玉米二氧化碳制成？这可真是一段碳的"回归传奇"。

根据发表在《国际自动机工程师学会可持续交通、能源、环境与政策杂志》上的一项新研究，乙醇工厂排放的二氧化碳可以被重新利用，以制造低碳航空燃料。与化石燃料相比，这种新型航空燃料可减少超过80%的航空排放。

该研究揭示了一个前景广阔的机会，可以将目前被视为废物的东西转变为一种有价值且可持续的能源。

在乙醇生产过程中，发酵环节会释放出约占总处理量85%的高纯度二氧化碳。这使得捕获它比从煤或水泥厂捕获二氧化碳更容易、能耗更低。由于用于制造乙醇的玉米已经从大气中吸收了二氧化碳，重新利用发酵过程中释放的气体实际上是循环利用现有的碳，而不是向空气中排放更多的碳。

"探索这种'废料'流是否真能变成一笔重要资产，将低效率转化为优势，并加速新兴技术的实际应用，这令人兴奋，"该研究的第一作者、密歇根大学机械工程研究科学家斯蒂芬·麦科德在一份新闻稿中表示。

航空业每年产生超过十亿吨的化石二氧化碳排放，是脱碳最具挑战性的行业之一。

源自生物质废物或使用过的食用油的可持续航空燃料目前已有有限应用，但扩大其生产规模仍然是一个挑战。仅2023年，美国乙醇产量就达到156亿加仑，排放了4800万吨二氧化碳 —— 这是一个尚未被利用的原料。

该研究指出，这些二氧化碳可以被重新导向用于生产可持续航空燃料。

通往低碳飞行的路径比较

研究人员评估了用乙醇和二氧化碳生产航空燃料的几种方法。传统的"醇基燃料转化"工艺将乙醇转化为航空燃料，产率约为90%，但与煤油相比，其碳强度仅降低4.5%至20%。

为了找到更好的替代方案，该团队分析了两种基于二氧化碳的路径，这些路径首先将捕获的二氧化碳转化为合成气（一种一氧化碳和氢气的混合物）。在气体发酵路径中，合成气首先被转化为乙醇，然后通过"醇基燃料转化"进行精炼。相比之下，费托合成方法直接将合成气转化为类似于航空燃料的长链碳氢化合物。

一项生命周期评估显示，这两种方法的性能都显著优于传统方法。费托合成可将碳强度降低高达90%，而气体发酵可实现约84%的减排。

"我们希望通过强调哪些路径在利用现有废物资源减少航空碳足迹方面最有前途，为未来的发展和政策制定提供信息，"该研究的资深作者、前全球二氧化碳倡议组织主任、密歇根大学DTE能源先进能源研究教授福尔克·西克表示。

更快的规模化路径

尽管费托合成法的减排效果略高，但气体发酵结合醇基燃料转化被确定为最实用的短期解决方案。该研究指出，这条路径可以利用现有的乙醇基础设施和劳动力专业知识，从而实现更快的工业部署。

"在规划如何从二氧化碳中生产大量可持续航空燃料时，需要考虑多种因素。从玉米乙醇发酵产生的二氧化碳入手，有望为扩大这一新产业提供最快的路径，"西克说。

尽管电动化和氢技术在中长途飞行方面仍面临局限，但该研究认为可持续碳氢燃料仍将至关重要。"这些转化路径为航空燃料'去化石燃料化'提供了一条可行之路，并在减少航空碳足迹方面取得了有意义的进展，在替代方案有限的情况下提供了一个现实的、近期的解决方案，"麦科德补充道。

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