新的乙醇轉(zhuǎn)化方法可以減少40%到96%的溫室氣體排放

提高可持續(xù)性的一個(gè)方法是減少運(yùn)輸過(guò)程中的碳燃料排放。2017年，該行業(yè)的溫室氣體排放量超過(guò)了美國(guó)其他行業(yè)根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(United States Environmental Protection Agency)的數(shù)據(jù)，美國(guó)的溫室氣體排放量占全球的近30%。

研究人員正在探索的一種降低排放的策略是生產(chǎn)可再生燃料，比如可再生航空燃料，而生物燃料的生產(chǎn)已經(jīng)到位，比如成本低、燃燒更清潔、可廣泛使用的乙醇燃料。但要使這一策略奏效，首先必須將乙醇轉(zhuǎn)化為碳?xì)淙剂?，這一步驟可能會(huì)增加總成本。

今天公布的一項(xiàng)開(kāi)拓性研究揭示了Vertimass新的綜合、低成本的方法，將乙醇轉(zhuǎn)化為混合燃料，可以減少40%到96%的溫室氣體排放。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著droin或可互換生物燃料的發(fā)展取得了重大進(jìn)展，并可促進(jìn)研究以促進(jìn)其在航空、航運(yùn)、長(zhǎng)途卡車(chē)和其他重型運(yùn)輸形式中的應(yīng)用。

該發(fā)現(xiàn)背后的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)代表了廣泛的學(xué)術(shù)和工業(yè)機(jī)構(gòu)，包括來(lái)自美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員。

這項(xiàng)研究背后的研究人員利用催化和工藝發(fā)展的最新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)化乙醇的新方法。與需要三步走的傳統(tǒng)方法不同，新的進(jìn)展讓研究人員創(chuàng)造了一個(gè)結(jié)合這三步走的轉(zhuǎn)換過(guò)程，這一措施可以降低轉(zhuǎn)換成本和環(huán)境足跡。

為了全面了解他們的一步轉(zhuǎn)化過(guò)程，即合并醇脫水和低聚化，或CADO的影響，研究人員通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為生命周期分析的過(guò)程來(lái)評(píng)估他們的系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響。研究人員還評(píng)估了他們的方法的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)影響。

為了解決這一問(wèn)題，研究小組求助于Argonne的研究小組，該小組致力于研究溫室氣體、管制排放和交通運(yùn)輸中的能源使用(GREET)模型，這是一個(gè)強(qiáng)大的分析工具，可以模擬各種車(chē)輛和燃料系統(tǒng)的能源使用和環(huán)境輸出。全球近4萬(wàn)人使用的GREET平臺(tái)可以分析多種車(chē)輛和/或燃料系統(tǒng)，從原材料開(kāi)采或提取到處理或排放，從而計(jì)算整個(gè)過(guò)程的能源使用和排放水平。

“GREET是目前唯一能夠全面了解整車(chē)和燃料系統(tǒng)的能源和環(huán)境影響的工具之一，”該研究的聯(lián)合作者之一、阿爾貢的GREET團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人邁克爾·王(Michael Wang)說(shuō)。

Argonne的研究人員使用GREET來(lái)計(jì)算由不同原料和轉(zhuǎn)換方法生產(chǎn)的碳?xì)淙剂纤a(chǎn)生的生命周期溫室氣體排放。分析的一些原料——也被稱(chēng)為原料——是玉米和甘蔗，這是第一代的原料，以及甘蔗秸稈和玉米秸稈，這是非食物生物質(zhì)，或第二代的原料。

Argonne能源系統(tǒng)分析師Pahola Thathiana Benavides表示:“用于制造乙醇的原料和轉(zhuǎn)化途徑的不同，會(huì)產(chǎn)生不同程度的溫室氣體排放。”

Wang和Benavides的分析表明，根據(jù)原料和轉(zhuǎn)化途徑的不同，使用CADO轉(zhuǎn)化工藝生產(chǎn)的混合烴可以減少40%到96%的溫室氣體排放。谷物的溫室氣體排放量下降了40%，甘蔗汁下降了70%，纖維素生物質(zhì)(如甘蔗秸稈和玉米秸稈)下降了70-96%。

貝納維德斯說(shuō):“為了實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的發(fā)展，我們將需要排放更少、經(jīng)濟(jì)上可行的燃料。”“這項(xiàng)工作是一個(gè)令人興奮的指標(biāo)，表明建設(shè)這樣一個(gè)未來(lái)是可能的。”

這項(xiàng)名為“濕乙醇一步催化轉(zhuǎn)化為可替代燃料混合燃料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和生命周期分析”的研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。