新观点强调了混合方法生产纤维素生物燃料的前景

全球气候变化的快速步伐增加了开发减少交通技术碳足迹的技术的紧迫性，特别是在难以电气化的行业。作为回应，通过生物能源创新中心合作的研究人员提出，科学进步支持使用生物和催化方法生产用于飞机、轮船和长途卡车的纤维素生物燃料的混合方法。

如《能源与环境科学》中所述，这种混合方法使用微生物将纤维素生物质(如木材和草)转化为中间体、小分子产品(如乙醇)。然后将乙醇催化升级为适用于重型车辆的碳氢化合物燃料。

该研究指出，结合使用生物和催化方法“是一种有前途的方法，可以弥合目前生物学最容易制造的燃料分子与世界上最重视从生物质生产的燃料分子之间的差距。”

“我们认为这是两全其美：利用生物学做它真正擅长的事情，即制造这些小分子，然后利用催化来做它擅长的事情，即制造碳氢燃料混合物迅速，”总部位于能源部橡树岭国家实验室的 CBI 的合著者兼首席科学官布赖恩戴维森说。

Lee Lynd 是达特茅斯学院的工程学教授兼生物学兼职教授，他与国家可再生能源实验室的 Gregg Beckham 共同领导了这项研究，他说该领域之前一直专注于用热和/或对生物质进行预处理的两步过程。生物处理前的化学品。这篇论文是少数几篇试图改进不同方法的论文之一：生物制造小分子，然后在发酵过程中机械破坏细胞壁，并引入催化剂以制造碳氢燃料。林德说，这种方法比直接使用微生物生产大燃料分子更实惠。

与降解木质素(赋予植物结构和刚性的坚韧聚合物)的化学预处理方法不同，这种方法保留了更接近木质素原始结构的东西。因此，木质素残留物可以更容易地转化为其他产品，而不是不适合燃烧，戴维森说。

“有时像本文一样回到基础很重要，”埃克森美孚研究与工程公司的高级研究员 Jim Bielenberg 说，他密切关注生物燃料产品的研究。“我们已经对纤维素生物燃料进行了测试，这些技术的成本和性能似乎并没有达到它的吸引力。也许是时候从根本上重新考虑这些步骤了。”

纤维素生物燃料之路

将植物细胞壁中的糖转化为液体燃料被广泛认为是生物经济的基石，也是实现碳中性或负碳运输系统的关键。多年生纤维素原料的成本低于石油，并且可广泛使用和可再生。

与玉米等淀粉质原料相比，纤维素生物燃料具有另一个优势。Bielenberg 说，由于玉米需要氮肥和水，淀粉基乙醇提供的碳优势值得怀疑。由树木和草制成的乙醇将提供更大的碳效益。“你拥有的一个重要杠杆是使用正确的原料，”他补充道。

由于当前纤维素生物燃料生产方法面临挑战，对纤维素生物燃料的投资现在远远超过对太阳能和风能的投资。“过去十年中纤维素生物燃料的部署远未达到预期，因此考虑新方法是有意义的，”林德说。

戴维森说，这篇论文强调了乙醇作为一种关键中间体的潜力，可以加工成所需的碳氢燃料。带着这个目标，“我们正在制造我们知道可以通过催化转化的最好的生物分子。”

已经测试了多种方法以在相对较小且价格合理的反应器中催化转化这些中间产物。尽管满足航空和柴油发动机的需求需要进一步的进步，但这些进步并不遥远。

“如果我们今天能够获得纤维素乙醇，我们就有了标准的炼油工艺，可以让我们在剩下的道路上获得我们想要的东西，”比伦伯格说。

“与任何其他液体燃料或燃料中间体相比，我们更接近于能够从纤维素生物质中制造乙醇，”林德补充道。

用于稳定气候的大燃料分子

对于轻型车辆，重点正在转向电气化，作为减少影响气候的排放的首选方法。然而，林德说，“未来交通能源需求中约有一半难以实现电气化——如航空、长途卡车和海运。我们需要负排放来稳定气候变化。光合作用是从空气中捕获二氧化碳的最佳选择所以我们可以把它放在地上。在这种情况下，生物燃料具有突出的潜力，但可能被低估了。

15 年来，航空业一直在制定脱碳战略，Steve Csonka 说。他是商业航空替代燃料计划的执行董事，该计划由航空公司、飞机和发动机制造商、能源生产商和其他寻求替代喷气燃料的公司组成。

Csonka 表示，航空业一直专注于可以替代石油基喷气燃料的低碳燃料。为了可行，这些燃料必须是负担得起的，而不需要特殊的基础设施或对机场和飞机进行改造。Csonka 说，正在开发的替代品，例如氢动力飞机和电动氢混合动力飞机，不能满足这些要求，并且不太可能在短期内对大型飞机有用。

国际航空运输协会承诺到 2050 年实现净零碳排放，一些航空公司做出了更加严格的承诺。“实际上，我们实现这一目标的唯一途径是从多种来源引入可持续航空燃料，”Csonka 说。

尽管他不认可任何一种原料或工艺，但 Csonka 表示，研究中选择的生物/催化组合具有经济意义：与其他方法相比，这两个步骤所需的资本投资更少。

比伦伯格说，这项研究为研究人员和工业界提供了不同寻常的全局观。“他们使用的镜头非常有价值，因为他们不是专注于特定的方法，而是试图通过碳效率的镜头来理解任何技术方法——所以你要确保你的努力朝着正确的方向前进， “ 他说。“我认为这篇论文很好地解决了问题，让你确信自己正在研究一些值得解决的问题。”

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