越来越多的常旅客对飞机在高层大气中排放温室气体(在那里它们会造成最大的破坏)这一事实感到担忧。与此同时,航空公司也越来越警惕他们对海外石油燃料的依赖。这些担忧,加上航空燃油价格可能再次像2008年那样飙升的可能性,促使一系列由生物燃料驱动的试飞应运而生:飞机依靠开花植物、杂草和池塘浮渣等富含能量的提取物飞行。其环境吸引力在于,生长中的植物吸收的二氧化碳量与燃烧其油脂时释放的二氧化碳量相同。
种植以飞行
1月30日,日本航空公司使用主要由亚麻荠(一种可以长到几英尺高的开花茎秆)和少量其他植物油制成的燃料,驾驶波音747飞机飞行了90分钟。这种混合燃料来自蒙大拿州博兹曼的可持续油料公司(Sustainable Oils),该公司是由生物技术公司Targeted Growth和Green Earth Fuels合资成立的。亚麻荠的种植不会损害小麦田的土壤,而在通常情况下,小麦田会休耕。
Targeted Growth的首席执行官Tom Todaro说:“你给了农民一个在他们原本不会赚钱的年份赚钱的机会。” “如果你期望在未来五年内用植物原料生产数亿加仑的航空燃料,那么几乎可以肯定会是亚麻荠。” 他的公司正在招募农民种植这种作物,作为今年生产100万加仑石油计划的一部分。“到2010年,”他估计,“我们可以生产超过5000万加仑。”
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这只是一个开始,但全球商业航空业每天消耗近2.7亿加仑标准Jet A煤油。如果石油价格达到接近去年每桶140美元的水平,对亚麻荠油的需求可能会促使农民减少小麦种植。航空业希望避开这场争议。霍尼韦尔旗下炼油部门UOP的可再生能源和化学品业务总经理、化学家Jennifer Holmgren说:“我们不希望它的定价高于食品的价格。”
因此,该行业正在试验各种原料,例如藻类和麻风树——一种有毒灌木,可以在不够肥沃以种植粮食作物的土地上生长到九英尺高。“我们对原料持开放态度,”Holmgren说。“就我们而言,它们都是一样的。”
使用各种生物航空燃料的试飞显示出持续的高质量结果。1月7日,美国大陆航空公司进行了首次美国商业喷气式飞机飞行。一架波音737飞机从休斯顿完成了两小时的试飞,其两台发动机之一使用由Jet A常规燃料和麻风树及藻类制成的合成燃料各占50%的混合燃料。
这种合成燃料似乎已经克服了人们对生物航空燃料的两个历史担忧:能量密度太低,以及在高海拔地区的低温下容易变稠。波音公司环境战略总经理Billy Glover说:“这种燃料的性能非常出色。事实上,混合燃料中的生物部分比Jet A的凝固点更低。” “我们现在测试的燃料具有与Jet A要求相等或更好的能量含量。” UOP的替代品——被称为合成石蜡煤油——也比Jet A轻。
对于大陆航空公司的航班,Terasol Energy公司从麻风树种子中生产石油。但混合燃料中还有2.5%来自蓝宝石能源公司从夏威夷藻类种植商Cyanotech采购的藻类油。蓝宝石公司企业事务副总裁Tim Zenk说:“原油不过是1000万年前的藻类。” “我们采用这个过程并加快它以生产绿色原油。”
当然,大量生产藻类油仍然是一个巨大的挑战,从完善藻类的生长到经济高效地提取石油。根据Zenk的说法,该公司希望到2011年,在其位于新墨西哥州的测试机构中,从咸水池塘中生长的藻类中生产300桶石油。五年后,产量应达到每天10,000桶,成本“在每桶60至80美元之间,”他说。“这是根据每英亩石油产量非常保守的数字计算的。” 其他参与者也正在这一领域努力:圣地亚哥的科学应用国际公司与美国国防部签订了合同,以开发藻类燃料,而位于旧金山的初创公司Solazyme已经用藻类制造出符合商业标准的航空燃料。
在哪里种植
与此同时,扩大麻风树(已经在非洲和印度大量种植)的种植规模的努力可能会加大,同时亚麻荠作为小麦的轮作作物也得到改良。根据Holmgren的说法,来自亚麻荠和麻风树的航空燃料应在三到五年内达到正确的价格点——每桶80美元或更低,而来自藻类的燃料将在八到十年内达到。波音公司的Glover补充说,“世界不同地区将以不同的方式采购。” 为此,北达科他大学能源与环境研究中心的化学工程师已成功地将来自低芥酸菜籽油、椰子和和豆油的油转化为可与传统液体相媲美的航空燃料,美国政府的测试表明。
采购确实会是一个大问题。批评人士质疑是否有足够的土地来满足需求。行业期刊《石油评论》中的一篇文章声称,供应2.4亿加仑麻风树燃料(大致相当于对Jet A的需求量)将需要种植相当于法国两倍面积的土地。其他人警告说,麻风树的产量不可靠,并且从不可食用的果实中收获种子是劳动密集型的。生物燃料植物的基因进步可以使其更具生产力[参见“下一代生物燃料”]。然而,如果石油价格保持在每桶80美元以下,那么任何替代燃料都可能无法盈利。
即使克服了障碍,近期生物航空燃料也可能与Jet A混合使用,因为生物燃料缺乏芳烃——与当前发动机中的密封件相互作用的烃环,有助于使其膨胀关闭。Glover说:“我们完全预计,第一批燃料将是50-50或更低比例的混合燃料。” 最近的航班——以及新西兰航空公司和维珍航空早期的航班——证明这种混合燃料可能是有效的。到2017年,代表全球93%航空公司的行业组织国际航空运输协会希望从可持续植物来源采购所有航空燃料的10%,既要缓解燃料价格的波动,又要减少温室气体的排放。波音公司也持乐观态度。“三年前,我们开始说这看起来不可能,”Glover说。“但每一天,我们都越来越相信这不仅是可能的,而且对行业和公众都有巨大的好处。”
注意:本文最初以“飞机绿色燃料”为标题印刷。