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美国计划消除原油依赖 创造“全新经济”

  项目规划的核心技术是利用热能及化学反应产生汽油和其他液体燃料,原料来自高碳物质,从煤炭到北美大平原常见植物柳枝稷。这种方式称之为费—托合成法,是1920年德国利用煤转化液体燃料发展而来的技术。

  尽管化学反应发展,但基本原理是从原料中夺取碳原子及氢原子,然后重组到反应的化学链中以产生汽油、柴油之类的燃料。本质上而言,原料物质加热至1000-1300摄氏度先转换成气体形式,然后利用费—托合成工艺,气体进而转化碳氢分子链。最后,在镍、铁催化剂的作用下,碳氢链最终完成反应。反应的终端产物包括燃料、石蜡及润滑液,通常这些产品来自石油。

  普林斯顿大学研究小组增加一种措施回收利用二氧化碳以减少工厂废气排放量。Baliban强调,目前对二氧化碳循环的经济性还有限制,尽管工厂能够收集无法利用的二氧化碳进行后续存储。

  过去几年,工程师改善原始费—托合成法以增加能效。但建造合成燃料化工厂的高成本,加上原油的低廉价格,很难让价格高昂的合成燃料获得广泛认可。

  然而,随着石油价格的继续上涨,合成燃料愈加具有实际意义。美国政府已实施了大量项目以研究这种工艺;特别值得一提的是,国防部已经开始研究合成燃料作为交通运输原料的供给,从而避免国外石油的依赖。

  这项工作中,普林斯顿大学研究小组考虑更广阔的前景。美国化学工程师协会杂志7月份的一篇文章提到,小组认为国家建造130座合成燃料工厂即可完全满足全美交通燃料需求。文章由化学与生物工程专业研究生Elia作为第一作者,使用三种原料进行评估:煤炭、天然气、生物质。为了避免耕地生产的农作物变成合成燃料生产原料,这样可能有损粮食供应,研究人员引入非食用作物,例如多年生禾草,农业废弃物和森林废弃物。

  模拟工厂的情形是需临近原料供应地和燃料销售市场。分析认为,考虑外面成本包括水资源供应和工厂机械设备的电力供应。最终,研究小组建议建造9座小规模、74座中等规模及47座大规模的工厂,分别产生1%、28%和71%的燃料供应。大部分工厂将集中在中部地区和东南部地区。具有最大燃料生产能力的将是堪萨斯州,将有11座大型规模合成燃料工厂。德克萨斯州将有最多数量的燃料工厂,正是由于该州原料的散射特性确定,大部分工厂将是中等规模。

  研究人员发现,合成燃料价格的最大因素是建造工厂的费用,其次是生物质采购和电力资源的费用。据估算,尽管价格水平地区各异,每生产一桶原油当量的合成燃料国内平均价格将达95.11美元。Floudas表示,假如工厂不利用生物质原料,而只采用煤炭和天然气,成本会降低更多,但此举会消除大部分环境效益。“若希望降低一半的碳排放,必须利用生物质资源,”他说。

  从很多方面而言,合成燃料比化石燃料更加清洁。合成燃料运出之前,化石燃料中的重金属和含硫污染物能够在工厂得到收集。合成燃料同时也可用在汽油和柴油引擎装置,无需改进,这与很多生物燃料不同。例如,生物燃料乙醇,通常与汽油混合使用,但高浓度的乙醇比例需要改进汽车引擎装置,低温情况下发动将会有困难。

  Floudas说,合成燃料能够减少路上行驶汽车的碳排放。国家即使立即转换为零排放电动车或者燃料电池车生产策略,仍有数百万的内燃机车在行驶。他说,通过利用合成燃料,就有机会减少气体排放,尽管这不能完全消除。这是创造全新经济的机遇,国家进口的石油量非常庞大。(BobKing/译)

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