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替代能源:合成燃料何时可以替代汽油
作者:     信息来源:中国冶金信息网收集整理     时间:2013-02-05

  据外媒报道,美国普林斯顿大学的一个研究小组近期发现,使用煤、天然气和非粮食作物混合制作的合成燃料或许可以降低全球对原油的依赖。

  

  研究人员认为,如果这种使用非粮食作物生产的液体燃料在美国获得推广,未来的几十年内,因植物生长过程中所吸收的二氧化碳,可以让全美的温室气体排放减少50%。

  

  此外,这种合成燃料可以完全匹配现行的交通运输系统,燃料可以直接用于汽车发动机,其性能几乎等同于原油炼制的燃料油。而以乙醇为例,目前市场上出现的生物燃料需要与普通汽油混合或用于特殊的发动机。

  

  合成燃料呼声渐高

  

  早在2011年,普林斯顿大学化学与生物工程学教授克里斯托德罗斯·弗洛达斯领导的研究小组就对美国的燃料形势做过评估。他们通过分析合成燃料的影响因素,认为可以将燃料工厂建在拥有相关资源的地区,且不能过分占用当地的电力负荷和水资源。这样一来,全美的汽车完全有可能抛弃惯用的石油而改用合成燃料。

  

  弗洛达斯表示:“我们的目标是可以生产出充足的合成燃料,并做到减少50%的二氧化碳排放。”他认为,合成燃料能否制造出来并非关键,重要的是新燃料需要在经济上拥有足够的吸引力,规模化生产和推广才是要考虑的问题。

  

  据了解,尽管在合成燃料的研究上美国一直处于前沿,但在现实中如何呼吁推广合成燃料技术的应用始终是个难题。或许让美国完全接受合成燃料需要30-40年的时间。来自美国能源信息署(IEA)的数据显示,全美原油消费中有2/3用于交通运输行业。

  

  美国化学工程师学会(AIChE)日前发布一份白皮书,其中提到合成燃料未必如人们所期待的是一种廉价的燃料。预计整个合成燃料产业价值可以达到1.1万亿美元的规模。

  

  白皮书中呼吁美国要加大能源整合力度,建议政府考虑借助新的化学转化技术生产更清洁、更廉价的燃料,以替代化石燃料的使用。

  

  AIChE会长、1981届普林斯顿校友琼·韦斯帕维说:“目前可供选择的能源出路有很多,但符合能源系统需求的道路应当更加全面、更加高效。合成燃料技术应有一席之地。”

  

  曾任美孚中央研究实验室会长和AIChE主席的普林斯顿讲师弗恩·魏克曼在参与研究项目的同时也表示:“工业行业始终不接受合成燃料的主要原因还是成本问题。然而,不断上涨的原油价格和合成燃料生产效率的提高已经让该技术较以往更具可行性。”

  

  用新技术降低成本

  

  研究发现,目前想让合成燃料工厂取得价格优势来生产,主要取决于全球原油价格走势和生产合成燃料的原料类型。如果原油价格维持在60-100美元/桶,原料组成也适当,那么传统工艺下的合成燃料也能有利可图。

  

  普林斯顿研究的新技术其核心内容是利用煤和柳枝稷(一种在美国大平原地区非常常见的北美本土植物),这种高碳原料借助高温和化学手段生产汽油和其它液体燃料。这种称为“费托工艺”(Fischer-Tropsch)的技术,在上世纪20年代由德国开发,用来把煤转化为液体燃料。

  

  整个化学反应过程很复杂:原料被加热到1000-3000℃,气化得到一氧化碳和氢气。通过费托工艺,气体被转化为烃分子链。这些烃分子链在镍或铁的作用下进行催化反应,并最终生成包括燃料、蜡和润滑油在内的各种产品。而这些产品通常都是从原油中提炼出来。新技术还增加了循环使用二氧化碳的步骤,从而减少工厂排放的废气。 

  

  多年来,费托工艺的生产效率已大幅改进,合成燃料正越来越具可操作性。美国政府已经启动一批支持项目深入研究这种工艺。美国国防部一直把合成燃料当成摆脱对国外石油依赖的汽车燃料来研究。 

  

  合成燃料前景广阔

  

  普林斯顿的研究小组指出,建立130座合成燃料工厂就可满足全美对汽车燃料的需求。为了避免与粮争地问题,研究人员将目光锁定在多年生牧草、农业废弃物和森工废弃物上。

  

  在合成燃料工厂规划中,工厂布局要靠近原料供应地和燃料市场,还需将水资源供应和工厂设备运转所需要的电能等外部因素考虑在内。 

  

  通过分析,研究小组推荐建设9座小型、74座中型和47座大型工厂,分别生产1%、28%和71%的合成燃料。大部分工厂都将聚集在美国中部和东南部地区。

  

  拥有最大产能的将是堪萨斯州,要在此建设11座合成燃料工厂;而德克萨斯州的工厂数量最多,不过由于原料供应分散,这些工厂大部分属于中型规模。 

  

  研究人员还发现,合成燃料成本构成中最大份额来自建厂成本,其次是生物质的采购成本和电能。他们估算合成燃料的全国平均生产成本相当于原油95.11美元/桶时的价格,当然该成本在地区间存在差异。合成燃料产业布局大户堪萨斯州的生产成本大致相当于原油83.58美元/桶时的价格。 

  

  据了解,如果原料不使用生物质原料,只用煤和天然气,成本则会明显降低,不过这样做也会折损大部分环境收益。

  

  合成燃料被认为是一个创造新经济的机遇。考虑到全球巨大的石油消耗量和不断走高的价格,以及温室气体排放问题,使用替代能源的时代还会远么?

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