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科學探索：展望生物質航空燃油的未來
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科學探索：展望生物質航空燃油的未來
圖片來源：Pixabay
如何開發一種低成本的航空燃油，這個難題已經困擾相關專家超過十年之久。如今，美國能源部正嚐試另辟蹊徑。
早在2010年左右，美國國防部考慮到美國對進口石油的依賴，就發起了開發低成本航空燃油的研究計劃。最近，一些航空公司也開始思考這個問題。一方麵，噴氣飛機可能會受到二氧化碳排放量的限製；另一方麵，他們又無法在短期內開發出電力驅動的飛機。所以尋找更低碳的能源成為了他們為數不多的解決方法。
尋找航空燃油替代品的一大難題是，該替代品必須儲量豐富。目前，航空業每年要用17億桶航空燃油。並且它還要價格低廉，因為燃油是航空業最主要的運營成本。
美國能源部國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）的研究者們把目光投向了一種新型的、儲備充足的原料：動物糞便、食物殘渣以及包含人類排泄物的城市汙水汙泥。
“我們一般都會把這些有機廢物送去垃圾填埋地或者汙水處理廠，但現在大家都開始意識到它們的潛在價值。”Derek Vardon表示。Vardon是國家再生能源實驗室的高級研發工程師，他正與美國能源部的其它部門以及外部公司合作，共同研究這個項目。
在垃圾填埋地以及牛胃裏，都會出現生物質的腐爛現象，導致生物質被降解。Vardon及其合作夥伴的總體目標就是要杜絕腐爛現象。因為伴隨著腐爛過程，往往會放出甲烷。甲烷是天然氣的主要成分，也是一種主要的溫室氣體。
部分研究者會在實驗中用催化劑來改變生物質的代謝過程，使其終產物從甲烷變成一種強效的液體燃料。該燃料燃燒時，二氧化碳排放量隻有傳統航空燃油的一半左右。
圖片來源：Pixabay
人類排泄物和食物殘渣中都含有羧酸類物質，它們屬於脂肪酸家族。我們可以通過改變催化過程，將它們的鏈狀結構連接起來。Vardon解釋道，這會產生一種新的液體燃料，它的能量是甲烷的七倍之多，這恰恰是航空業所需要的。
“我們一直致力於開發應用類的新技術，並且我們擁有工業顧問，他們是這個項目的核心和靈魂。”Vardon在一個采訪中表示。他提到美國西南航空公司（Southwest Airlines Co.）和美國波音公司（Boeing Co.）都參與到了該項目中。
該項目將先嚐試用食物殘渣製備燃油，並逐漸放大工藝規模，開發一個能生產一千加侖以上燃油的第一代設備。然後通過試飛，測試該燃油的可靠性。
“這個項目未來必須要取得一些進展，因為航空旅行是人類生活不可或缺的一部分，而高能量密度的能源對飛行來說必不可少。”
多年以來，研究者們都在嚐試以酒精、糖類、棕櫚果種子、大豆、玉米、木片和煤炭為原料，製備航空燃油。現在他們開始將人類排泄物和食物殘渣作為主要原料。
某些人可能會對此感到吃驚，但也有一些研究者得到啟發，看到了從汙水處理廠中可以獲得的低碳和高碳資源的潛力。
其中一員就是Jianping Yu, 他是國家再生能源實驗室另一個項目的主要研究者。該項目正在研究如何去除汙水處理過程中產生的氮磷，後者是水體的主要汙染物，而且很難去除。
他的思路是在汙水處理廠中種植藻類，並將這些汙染物作為藻類的食物，然後再將藻類作為產品出售，用以製作商業化肥料。Yu補充道，這些藻類也可以轉化為多聚物，用來製作多種材料，比如鞋子和背包。
Yu對藻類的關注，源於他注意到一些藻類遠比其它藻類消耗更多的磷——這些藻類會把磷儲存在身體裏備用。Yu把這稱為“奢侈消費”，因為它們生存並不需要如此多的磷。
圖片來源：Pixabay
然後，Yu了解到一家叫做Gross-Wen Technologies的科技股份有限公司。該公司由愛荷華州立大學（Iowa State University）的兩個教授共同創立，他們開發了一種低成本的、用藻類從廢水中回收氮磷的新技術，並申請了專利。
基於此，Yu提出可以搜集並研發出藻類中的“超級消耗者”，這樣就可以移除廢水中多達50%的汙染物。
Yu指出，培育高消耗的藻類，也可以幫助汙水處理廠降低空氣中的二氧化碳濃度。他們唯一需要提供的原料就是陽光，而陽光也是免費的。
更重要的是，這些藻類可以減少運行汙水處理廠所需要的能量。“這是我們的終極目標。未來的環境需求是我們的主要驅動力。”Yu表示。
毫無疑問，這個目標對項目中國家再生能源實驗室的一些合作夥伴非常有吸引力。其中就包括了芝加哥大區汙水管理局，該機構負責伊利諾伊州庫克縣汙水和雨水的管理。目前管理局正在將升級版的藻類除氮磷技術納入其係統中。“這是一件讓人非常興奮的事情。”管理局委員Debra Shore表示。
撰文：John Fialka，《氣候快線》的編輯，也是一些專題項目的記者。
翻譯：洪藝瑞
審校：潘燕婷
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/search-for-a-cleaner-jet-fuel-leads-to-sewage-plants/
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圖片來源：Pixabay
如何開發一種低成本的航空燃油，這個難題已經困擾相關專家超過十年之久。如今，美國能源部正嚐試另辟蹊徑。
早在2010年左右，美國國防部考慮到美國對進口石油的依賴，就發起了開發低成本航空燃油的研究計劃。最近，一些航空公司也開始思考這個問題。一方麵，噴氣飛機可能會受到二氧化碳排放量的限製；另一方麵，他們又無法在短期內開發出電力驅動的飛機。所以尋找更低碳的能源成為了他們為數不多的解決方法。
尋找航空燃油替代品的一大難題是，該替代品必須儲量豐富。目前，航空業每年要用17億桶航空燃油。並且它還要價格低廉，因為燃油是航空業最主要的運營成本。
美國能源部國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）的研究者們把目光投向了一種新型的、儲備充足的原料：動物糞便、食物殘渣以及包含人類排泄物的城市汙水汙泥。
“我們一般都會把這些有機廢物送去垃圾填埋地或者汙水處理廠，但現在大家都開始意識到它們的潛在價值。”Derek Vardon表示。Vardon是國家再生能源實驗室的高級研發工程師，他正與美國能源部的其它部門以及外部公司合作，共同研究這個項目。
在垃圾填埋地以及牛胃裏，都會出現生物質的腐爛現象，導致生物質被降解。Vardon及其合作夥伴的總體目標就是要杜絕腐爛現象。因為伴隨著腐爛過程，往往會放出甲烷。甲烷是天然氣的主要成分，也是一種主要的溫室氣體。
部分研究者會在實驗中用催化劑來改變生物質的代謝過程，使其終產物從甲烷變成一種強效的液體燃料。該燃料燃燒時，二氧化碳排放量隻有傳統航空燃油的一半左右。
圖片來源：Pixabay
人類排泄物和食物殘渣中都含有羧酸類物質，它們屬於脂肪酸家族。我們可以通過改變催化過程，將它們的鏈狀結構連接起來。Vardon解釋道，這會產生一種新的液體燃料，它的能量是甲烷的七倍之多，這恰恰是航空業所需要的。
“我們一直致力於開發應用類的新技術，並且我們擁有工業顧問，他們是這個項目的核心和靈魂。”Vardon在一個采訪中表示。他提到美國西南航空公司（Southwest Airlines Co.）和美國波音公司（Boeing Co.）都參與到了該項目中。
該項目將先嚐試用食物殘渣製備燃油，並逐漸放大工藝規模，開發一個能生產一千加侖以上燃油的第一代設備。然後通過試飛，測試該燃油的可靠性。
“這個項目未來必須要取得一些進展，因為航空旅行是人類生活不可或缺的一部分，而高能量密度的能源對飛行來說必不可少。”
多年以來，研究者們都在嚐試以酒精、糖類、棕櫚果種子、大豆、玉米、木片和煤炭為原料，製備航空燃油。現在他們開始將人類排泄物和食物殘渣作為主要原料。
某些人可能會對此感到吃驚，但也有一些研究者得到啟發，看到了從汙水處理廠中可以獲得的低碳和高碳資源的潛力。
其中一員就是Jianping Yu, 他是國家再生能源實驗室另一個項目的主要研究者。該項目正在研究如何去除汙水處理過程中產生的氮磷，後者是水體的主要汙染物，而且很難去除。
他的思路是在汙水處理廠中種植藻類，並將這些汙染物作為藻類的食物，然後再將藻類作為產品出售，用以製作商業化肥料。Yu補充道，這些藻類也可以轉化為多聚物，用來製作多種材料，比如鞋子和背包。
Yu對藻類的關注，源於他注意到一些藻類遠比其它藻類消耗更多的磷——這些藻類會把磷儲存在身體裏備用。Yu把這稱為“奢侈消費”，因為它們生存並不需要如此多的磷。
圖片來源：Pixabay
然後，Yu了解到一家叫做Gross-Wen Technologies的科技股份有限公司。該公司由愛荷華州立大學（Iowa State University）的兩個教授共同創立，他們開發了一種低成本的、用藻類從廢水中回收氮磷的新技術，並申請了專利。
基於此，Yu提出可以搜集並研發出藻類中的“超級消耗者”，這樣就可以移除廢水中多達50%的汙染物。
Yu指出，培育高消耗的藻類，也可以幫助汙水處理廠降低空氣中的二氧化碳濃度。他們唯一需要提供的原料就是陽光，而陽光也是免費的。
更重要的是，這些藻類可以減少運行汙水處理廠所需要的能量。“這是我們的終極目標。未來的環境需求是我們的主要驅動力。”Yu表示。
毫無疑問，這個目標對項目中國家再生能源實驗室的一些合作夥伴非常有吸引力。其中就包括了芝加哥大區汙水管理局，該機構負責伊利諾伊州庫克縣汙水和雨水的管理。目前管理局正在將升級版的藻類除氮磷技術納入其係統中。“這是一件讓人非常興奮的事情。”管理局委員Debra Shore表示。
撰文：John Fialka，《氣候快線》的編輯，也是一些專題項目的記者。
翻譯：洪藝瑞
審校：潘燕婷
引進來源：科學美國人
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