

为飞机引擎提供动力的喷气燃料在燃烧之前,其生命始于地下的化石燃料。但美国军方正在探索生产这种燃料的新方法——以合成方式,并在需要使用的地方就地生产。他们刚刚宣布了一份高达 6500 万美元的合同,授予了总部位于布鲁克林的 Air Company 公司,该公司已开发出一种不以地下的原材料为基础的合成燃料。
国防部在宣布合同时指出,它既考虑了安全问题,也考虑了环境问题。国防部 指出,为飞机运输燃料“通常需要结合使用舰船、油轮和车队。”军方补充说,这些相同的运输方式“可能会变得极其脆弱。”
以下是该燃料的工作原理、军方为何感兴趣,以及这种方法的好处和缺点。
合成喷气燃料的化学原理
这项国防部倡议名为 Project SynCE,发音为“sense”,其笨拙的全称为“受争夺环境下的合成燃料”。通过 受争夺环境,军方指的是可能发生冲突的空间,如战场。
Air Company 公司燃料的构成要素包括氢和碳,该过程需要能源。“我们从可再生电力开始,”Air Company 的首席技术官兼联合创始人 Stafford Sheehan 说。他补充说,这些电力被用来“将水分解成氢气和氧气,所以我们得到绿色氢气。”
但燃料也需要碳,所以该公司需要二氧化碳来获取这种元素。他说:“特别是对于 Project SynCE,我们正在研究现场直接空气捕获或直接海洋捕获技术。”但更普遍地说,他补充说,“我们从各种来源捕获二氧化碳。”他指出,目前他们的来源是“生物燃料生产的副产品”产生的 CO2。
所以,配方中的原料是二氧化碳,加上来自水中的氢气。这些元素在一个固定床流反应器中结合,“这是一个很花哨的说法,指的是一堆带有催化剂的管子”,或者更简单地说,“里面装有岩石的管子,”Sheehan 说。
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喷气燃料本身主要由称为石蜡的分子组成,这些分子由碳和氢组成。例如,其中一些石蜡被称为正石蜡,即碳原子呈直线排列,并连接有氢原子。还有一些被称为芳香族化合物的碳氢化合物。
他说:“你需要有这些芳香族化合物,才能制造出与化石燃料相同的喷气燃料,而且与化石燃料完全相同非常重要,因为所有引擎的设计都是为了运行在化石燃料上。”
好了,化学讲够了。关键在于这种燃料是合成制造的,不是来自地下,并且可以完全替代飞机上通常使用的精炼石油。“实际上,我们可以用我们的工艺制造出一种燃烧更清洁的喷气燃料,因此飞机产生的凝结尾迹更少,”他说。不过,燃烧时仍然会排放碳。
为什么国防部对此感兴趣
该项目涉及几个政府部门,包括空军和国防创新部门(DIU),后者充当了军队和商业部门之间的桥梁。那么,他们将在哪里开始生产这种新燃料呢?DIU 项目经理 Jack Ryan 通过电子邮件表示:“我们计划将这项技术与几个联合基地的其他可再生能源项目相结合,包括太阳能、地热能和核能。”“虽然我们还不能分享确切的地点,但该项目最初将在美国本土进行,随着时间的推移,我们预计随着机械尺寸的缩小,该系统将能够模块化,并在作战环境中使用。”
正如 Ryan 所描述的,在作战环境中拥有生产燃料的能力,在未来的冲突中可能会很有帮助,因为像油罐车这样的地面车辆可能会成为目标。例如,2004 年 4 月 9 日,在伊拉克,一场被称为“耶稣受难日伏击”的袭击导致多人死亡;据《洛杉矶时报》在 2007 年一篇关于该事件的长篇报道中记载,一个大型美国车队正在为巴格达机场进行“紧急喷气燃料运送”。
Ryan 说:“通过开发和部署现场燃料生产技术,我们的联合部队将更具韧性和可持续性。”
Nikita Pavlenko,清洁交通国际理事会(一家非营利组织)的项目负责人,对这一消息感到兴奋。“这可能还需要很长时间,”他补充说。“Air Company 仍处于商业化的非常非常初级阶段。”
这些被称为 e-fuels(电燃料)的燃料,产量不大,价格也不便宜。“我预计经济性和可用性将是很大的限制,”他说。“仅基于绿色氢气和二氧化碳的成本,你很可能会得到一种比传统燃料贵得多的东西。”就他们能够合成生产多少燃料而言,DIU 的 Ryan 说:“起初数量会比较少,为现有的燃料供应和基地微电网提供韧性,”然后会在此基础上增长。
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但 Pavlenko 表示,这类燃料确实带有环境效益,尽管重要的是他们使用的氢气是通过绿色方式产生的——例如,通过可再生能源。燃烧时燃料仍然会排放碳,但好处在于,这种燃料的产生过程首先是从大气中捕获了二氧化碳,或者阻止了其从烟囱中逸出。即使是烟囱情景,对 Pavlenko 来说也具有环境吸引力,因为“你只是从大气中‘借用’了二氧化碳——只是推迟了它进入大气的时间,而不是取出已经在地下一两百万年的东西并将其释放出来。”(一个潜在的问题是,理想情况下,不应该有排放二氧化碳的烟囱,以便首先捕获二氧化碳。)
就国防创新部门而言,他们表示对获取二氧化碳的多种不同方式感兴趣,但最热衷于从空气或海洋中获取。因为这两种方法“既能从空气/水中减少二氧化碳,又能为合成燃料过程提供原料,”DIU 项目经理 Matt Palumbo 通过电子邮件说道。Palumbo 还指出,他预计合同的这一阶段将持续约两到五年,并认为这项事业将继续下去。