合成燃料何時可以替代汽油

　　IEA數據顯示，全美原油消費中有2/3用于交通運輸行業。

　　柳枝稷，一種在美國大平原地區非常常見的北美本土植物。

　　據外媒報道，美國普林斯頓大學的一個研究小組近期發現，使用煤、天然氣和非糧食作物混合制作的合成燃料或許可以降低全球對原油的依賴。

　　研究人員認為，如果這種使用非糧食作物生產的液體燃料在美國獲得推廣，未來的幾十年內，因植物生長過程中所吸收的二氧化碳，可以讓全美的溫室氣體排放減少50%。

　　此外，這種合成燃料可以完全匹配現行的交通運輸系統，燃料可以直接用于汽車發動機，其性能幾乎等同于原油煉制的燃料油。而以乙醇為例，目前市場上出現的生物燃料需要與普通汽油混合或用于特殊的發動機。

　　合成燃料呼聲漸高

　　早在2011年，普林斯頓大學化學與生物工程學教授克里斯托德羅斯·弗洛達斯領導的研究小組就對美國的燃料形勢做過評估。他們通過分析合成燃料的影響因素，認為可以將燃料工廠建在擁有相關資源的地區，且不能過分占用當地的電力負荷和水資源。這樣一來，全美的汽車完全有可能拋棄慣用的石油而改用合成燃料。

　　弗洛達斯表示：“我們的目標是可以生產出充足的合成燃料，并做到減少50%的二氧化碳排放。”他認為，合成燃料能否制造出來并非關鍵，重要的是新燃料需要在經濟上擁有足夠的吸引力，規模化生產和推廣才是要考慮的問題。

　　據了解，盡管在合成燃料的研究上美國一直處于前沿，但在現實中如何呼吁推廣合成燃料技術的應用始終是個難題。或許讓美國完全接受合成燃料需要30-40年的時間。來自美國能源信息署(IEA)的數據顯示，全美原油消費中有2/3用于交通運輸行業。

　　美國化學工程師學會(AIChE)日前發布一份白皮書，其中提到合成燃料未必如人們所期待的是一種廉價的燃料。預計整個合成燃料產業價值可以達到1.1萬億美元的規模。

　　白皮書中呼吁美國要加大能源整合力度，建議政府考慮借助新的化學轉化技術生產更清潔、更廉價的燃料，以替代化石燃料的使用。

　　AIChE會長、1981屆普林斯頓校友瓊·韋斯帕維說：“目前可供選擇的能源出路有很多，但符合能源系統需求的道路應當更加全面、更加高效。合成燃料技術應有一席之地。”

　　曾任美孚中央研究實驗室會長和AIChE主席的普林斯頓講師弗恩·魏克曼在參與研究項目的同時也表示：“工業行業始終不接受合成燃料的主要原因還是成本問題。然而，不斷上漲的原油價格和合成燃料生產效率的提高已經讓該技術較以往更具可行性。”

　　用新技術降低成本

　　研究發現，目前想讓合成燃料工廠取得價格優勢來生產，主要取決于全球原油價格走勢和生產合成燃料的原料類型。如果原油價格維持在60-100美元/桶，原料組成也適當，那么傳統工藝下的合成燃料也能有利可圖。

　　普林斯頓研究的新技術其核心內容是利用煤和柳枝稷(一種在美國大平原地區非常常見的北美本土植物)，這種高碳原料借助高溫和化學手段生產汽油和其它液體燃料。這種稱為“費托工藝”(Fischer-Tropsch)的技術，在上世紀20年代由德國開發，用來把煤轉化為液體燃料。

　　整個化學反應過程很復雜：原料被加熱到1000-3000℃，氣化得到一氧化碳和氫氣。通過費托工藝，氣體被轉化為烴分子鏈。這些烴分子鏈在鎳或鐵的作用下進行催化反應，并最終生成包括燃料、蠟和潤滑油在內的各種產品。而這些產品通常都是從原油中提煉出來。新技術還增加了循環使用二氧化碳的步驟，從而減少工廠排放的廢氣。

　　多年來，費托工藝的生產效率已大幅改進，合成燃料正越來越具可操作性。美國政府已經啟動一批支持項目深入研究這種工藝。美國國防部一直把合成燃料當成擺脫對國外石油依賴的汽車燃料來研究。

　　合成燃料前景廣闊

　　普林斯頓的研究小組指出，建立130座合成燃料工廠就可滿足全美對汽車燃料的需求。為了避免與糧爭地問題，研究人員將目光鎖定在多年生牧草、農業廢棄物和森工廢棄物上。

　　在合成燃料工廠規劃中，工廠布局要靠近原料供應地和燃料市場，還需將水資源供應和工廠設備運轉所需要的電能等外部因素考慮在內。

　　通過分析，研究小組推薦建設9座小型、74座中型和47座大型工廠，分別生產1%、28%和71%的合成燃料。大部分工廠都將聚集在美國中部和東南部地區。

　　擁有最大產能的將是堪薩斯州，要在此建設11座合成燃料工廠;而德克薩斯州的工廠數量最多，不過由于原料供應分散，這些工廠大部分屬于中型規模。

　　研究人員還發現，合成燃料成本構成中最大份額來自建廠成本，其次是生物質的采購成本和電能。他們估算合成燃料的全國平均生產成本相當于原油95.11美元/ 桶時的價格，當然該成本在地區間存在差異。合成燃料產業布局大戶堪薩斯州的生產成本大致相當于原油83.58美元/桶時的價格。

　　據了解，如果原料不使用生物質原料，只用煤和天然氣，成本則會明顯降低，不過這樣做也會折損大部分環境收益。

　　合成燃料被認為是一個創造新經濟的機遇。考慮到全球巨大的石油消耗量和不斷走高的價格，以及溫室氣體排放問題，使用替代能源的時代還會遠么?