支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续产出关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的报道。
当威斯康星大学的 Randy Cortright 在他的烧杯中发现一种漂浮的芳香液体，闻起来像汽油时，他认为自己遇到了问题。毕竟，这位化学工程师原本想为本应在现在蓬勃发展的氢经济利用植物制造燃料。然而，当他将这种液体放入色谱仪时，他发现它具有高辛烷值汽油的所有碳氢化合物成分。
Cortright 说：“我们正在制造的碳氢化合物看起来就像来自化石燃料的碳氢化合物”，例如庚烷、异辛烷等。而且，由于每桶石油的价格超过 80 美元，从植物中的碳水化合物而不是备受吹捧的氢气制造汽油，对于 Cortright 和 Virent Energy Systems（他为商业化这项技术而创立的位于威斯康星州麦迪逊的公司）来说，正证明是一个更好的商业机会。
正如典型的炼油厂将石油裂解成从乙烷到喷气燃料的碳氢化合物混合物一样，Virent 将糖转化为辛烷值为 102 的燃料。Cortright 解释说：“我们不是投入原油，而是投入糖水。” 这种燃料每加仑还能提供约 115,000 英制热量单位，接近传统汽油的 125,000 单位。这是因为与乙醇不同，Virent 的生物汽油不含氧分子（氧气只是占据空间，并没有增加多少燃料，因此乙醇的能量密度较低）。他们的新工厂已经在试运行中生产了 2,000 升碳中和燃料——之所以这样认为，是因为植物从大气中吸收的二氧化碳与燃料燃烧时释放到大气中的二氧化碳相同——并已开始生产另外 2,000 升，以便在 4 月 9 日进行进一步测试。
Virent 可以在一小时内生产一批燃料，而不是将植物糖发酵成乙醇所需的数天，或者产生天然石油所需的亿万年，尽管它采用了与自然界相同的技巧：热量和压力。该过程的关键在于催化，它可以实现并加速必要的化学反应。正如美国能源部科学事务副部长物理学家 Steven Koonin 在最近的 ARPA-e 会议上所说：“在我于 BP 工作期间，我逐渐了解到催化与其说是科学，不如说更像是一门黑魔法。”
这是因为当催化剂影响给定的化学反应时发生的大部分情况是未知的。美国能源部和其他机构正在努力改变这种状况，但 Virent 只是在利用它。Cortright 和化学工程师 James Dumesic 在 2001 年回到他们的大学实验室时发现，通过从水和植物中的各种碳水化合物（基本上是碳、氢和氧的化合物）开始，并使用催化剂、热量和压力，他们可以开始产生二氧化碳和氢气，然后利用氢气以水的形式消除氧气（该过程产生的水比消耗的水多）。Cortright 解释说：“如果我们不制造 H2，我们就会开始制造这些非氧化碳氢化合物，将 H2 损失到甲烷、乙烷和汽油成分中。”
该过程需要铂、铼和钌催化剂，呈沙粒或砾石颗粒状，所有这些都很昂贵且稀有。Cortright 指出：“他们在炼油厂也使用这些类型的催化剂。” “这在石油行业已经做了 50 年了。” 没有任何催化剂被消耗，而且反应实际上是放热的，这意味着它会产生热量。Virent 的首席执行官 Lee Edwards 说：“催化反应总共产生足够的热量来维持该过程，而无需额外的能量输入。”
事实上，“绿色”汽油可以在 175 至 300 摄氏度的温度和高达 90 个大气压的压力下制造，并将几乎所有植物的潜在能量都传递到最终的混合物中，尽管大约 50% 的碳以二氧化碳或废物的形式损失。然后对该混合物进行酸或碱缩合以及蒸馏，以生成和分离汽油和喷气燃料。废物产品被燃烧作为燃料来驱动该过程。
这意味着该过程的限制在于所用糖的价格和可用数量。但是该过程可以使用几乎任何糖，无论是来自甘蔗的直接蔗糖，还是从水中分解纤维素获得的多糖。Cortright 说：“我们不依赖于特定的糖；我们可以使用糖的混合物。” “我们可以在同一植物内从一种糖切换到另一种糖。”
而且在农作物残留的纤维素材料中可以找到大量剩余的糖。微生物学家 Tim Donohue 是大湖生物能源研究中心的主任，他在去年十月参观位于威斯康星州麦迪逊的该中心时指出：“仅在美国，根据目前农业和林业的活动，每年产生 15 亿吨纤维素材料，但没有一种用于液体运输。” Donohue 说，将其中 10 亿吨转化为液体燃料可以替代我们 30% 的化石燃料使用量。
然而，此类燃料需要在实际发动机中进行测试，尽管其分子与今天销售的优质汽油相同。Edwards 在谈到迄今为止生产的生物汽油时说：“它被桶装并运往英国曼彻斯特郊外的壳牌[研发]机构。” “我们正准备进行混合研究。” Virent 还与本田和嘉吉合作，以解决其在发动机方面以及原料方面面临的挑战。壳牌公司的技术经理 Grahame Buss 说：“Virent 生产的生物燃料在成分上类似于在正常炼油操作期间通过石脑油进料的重整制平台化生产的重整组分。” “我们的测试表明，含有生物成分的汽油可以按高比例混合在现有规格范围内。”
当然，其他公司也在做类似的事情。长期从事炼油业务的 UOP 拥有一种新的炼油工艺，可以将植物油转化为喷气燃料——反过来，这种燃料已被用于为从商用喷气机到 F/A-18 的各种设备提供动力，后者被称为“绿色大黄蜂”。Amyris 和 LS9 等生物技术公司正在开发基因工程微生物，这些微生物可以大量生产特定的碳氢化合物分子。
但是 Virent 已将其工艺添加到将植物转化为燃料的工具列表中，加入了发酵、费托和热解工艺，并认为它可以与价格在每桶 70 美元或以上的化石油燃料竞争。该技术还可以融入现有的基础设施，例如玉米磨坊或炼油厂。
该公司接下来可能会着手解决柴油和喷气燃料的问题，并且它可能具有显着的优势。由于该工艺生产的是碳氢化合物的混合物，因此它不缺乏密封飞机发动机的芳香族化合物，例如 UOP 从亚麻荠油生产的生物喷气燃料那样。但是，就目前而言，Virent 很高兴收获在其工艺中漂浮在顶部的汽油。Cortright 说：“汽油漂浮在水面上。” “我们可以设计一个完全自给自足的工厂，您无需引入任何其他化石燃料来帮助您。”