据科学家称,一种新的生物柴油提炼方法使其可以在标准的柴油汽车发动机中使用,这可能有助于扩大可再生燃料的使用范围。
由植物材料制成的生物柴油可以提供一种比目前使用的化石燃料衍生柴油,或称石油柴油更环保的替代品。在欧盟(EU),商业柴油已经必须包含至少7%的生物柴油。
但是,这些燃料的分子组成意味着它们的沸点与石油柴油不同,这意味着只有专门设计的发动机才能使用纯生物柴油或含有大量生物柴油的混合燃料。[十大新兴环保技术]
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现在,德国的科学家们找到了一种方法,可以将植物来源的化学物质转化为符合欧洲标准化委员会制定的EN 590标准(欧盟销售的商业柴油)的沸点要求的生物柴油。
领导这项研究的波鸿鲁尔大学有机化学教授卢卡斯·古森表示,他的动机来自几年前在卢旺达一家生物柴油厂的一次旅行。他说,问题在于,由于缺乏资金,只有一辆公共汽车被改装成使用这种燃料。
他对《生命科学》表示:“如果你要使用生物燃料,你需要可以利用的现有基础设施。否则,这对大多数国家和社会来说都是负担不起的。这必须是出发点。”
传统的生物柴油无法在标准柴油发动机中工作的原因是,其组成分子中约95%的长度相同,因此沸点大致相同。
相比之下,石油柴油是由不同长度和结构且沸点不同的碳氢化合物混合物组成的,这使得石油柴油具有更广泛的沸点范围。重要的是,这些是现代汽车设计所针对的沸点特性。
古森说:“所有发动机都是专门为适应这种燃料而制造的。柴油燃料和柴油发动机是共同发展的。”
目前有一些工艺可以将植物油转化为适用于标准柴油发动机的生物燃料,但很大一部分燃料被用于进行提炼。古森和他的同事们决定找到一种利用催化剂(加速化学反应的物质)的方法,在低温下,使用极少的能量来做同样的事情。
在今天(6月16日)在线发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中,他们报告说,通过结合使用三种催化剂,他们能够将菜籽油甲酯(RME,一种常用的生物燃料原料)和乙烯混合成一种具有与石油柴油相同沸点曲线的燃料。乙烯是一种丰富的碳氢化合物,可以从植物来源的乙醇或页岩气中生成。
为了证明其作为汽车燃料的潜力,研究人员制造了一个柴油汽车模型,并使用生物柴油来驱动它。不过,该燃料离商业化还很遥远;第一批燃料的生产成本超过每夸脱1125美元。[超级高铁、喷气背包及更多:9个未来交通理念]
古森说,当前工艺的主要问题是使用昂贵且寿命短的催化剂,目的是生产少量高价值的化学产品。他补充说,找到适合商业生产的更便宜,更耐用的替代品将是一个巨大的挑战,设计有效的高通量工业工艺也将如此。
但是古森说,生物柴油更广泛使用的最大障碍之一是它与标准发动机的不兼容性。但他的新研究表明,这一挑战可以克服。
他说:“这个沸点似乎是一个完全不可逾越的障碍。现在,我们说的是,‘我们如何才能制造出一种能够更便宜地完成这项工作的催化剂?’这与‘我们如何才能从生物柴油中得到可以放入汽车的东西?’是完全不同的问题。”
英国布里斯托大学催化教授邓肯·沃斯表示,迫切需要找到可以“直接替代”当前化石燃料的可持续燃料。
他说,使用便宜且丰富的添加剂(如乙烯)来转化生物燃料是很有道理的,但他同意研究作者的观点,即当前的催化剂不适合该目的,并且找到合适的替代品将很困难。
沃斯告诉《生命科学》说:“很难找到一种简单、便宜、寿命长的多相催化剂,可以达到与这些非常复杂的系统相同的结果。”
他还补充说,在对该工艺和产品进行完整的生命周期分析之前,现在将该技术标记为“可持续”还为时过早。
《生命科学》上的原文。
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