合成燃料可以消除整个美国对原油的需求,创造“新经济”

除了经济和国家安全利益,这个计划有潜在环境优势。因为植物吸收二氧化碳来生长,美国可以减少车辆温室气体排放高达50%在接下来的几十年使用非粮食作物生产液体燃料,研究人员说。

合成燃料将是一个简单的适合运输系统,因为他们可以直接使用在汽车引擎和燃料原油中提炼出来的几乎相同的。使他们有别于目前生物燃料,如乙醇,与气体混合或需要特殊的引擎。

在一系列的学术文章在过去的一年里,领导的一个团队Christodoulos Floudas,普林斯顿大学化学和生物工程学教授,美国评估场景可以用合成燃料动力汽车而不是依赖石油。Floudas队还分析了影响合成燃料工厂可能在地方和确定位置,不过载的地区电网或水供应。

“我们的目标是产生足够的燃料和减少二氧化碳排放,或相当于50%,“Floudas说63教授斯蒂芬·c·Macaleer工程和应用科学。“问题不仅是可以做,但也可以在经济上有吸引力的方式。答案是肯定的。”

完成这不会简单或快速,Floudas说。一个现实的方法将呼吁逐步实现合成燃料技术,和Floudas估计需要30到40年对美国完全采用合成燃料。它也不会便宜。他估计售价约1.1万亿美元为整个系统。

研究的一个重要组成部分的白皮书最近由美国化学工程师协会(AIChE),全国最大的化学工程协会。纸,化学工程师呼吁更大的一体化能源和敦促政策制定者考虑化学转化过程作为一个潜在的方法来生产更清洁和更便宜的燃料。

“现在我们下降这么多能源路径,“6月Wispelwey说,该研究所的主任和1981年普林斯顿大学的女毕业生。“有方法系统更综合、更有效。”

纸是由佛恩Weekman, Floudas的研究人员之一。普林斯顿大学的讲师,Weekman美孚中央的前主任AIChE研究实验室和过去的总统。

Weekman说这个行业的主要原因没有接受合成燃料成本。虽然他说经济学是“仍在边缘,”Weekman指出,不断上涨的原油价格和合成燃料生产效率的进步已使这个过程比以前更加可行。

“我们写论文的主要原因是规划机构——国家科学院,美国能源部、美国环境保护署,国防部——思考这个问题,”Weekman说。他补充说,重要的是评级机构认为“这个关键环节使用化学过程产生的传统燃料。”

在普林斯顿大学研究,Floudas的团队发现,合成燃料工厂可以生产汽油、柴油和航空燃料有竞争力的价格,根据原油价格和原料用于创建合成燃料的类型。大约三分之二的原油被美国用于运输燃料,根据联邦能源信息管理局(EIA)。EIA表示,美国约45%的年度进口原油消费。

“甚至包括资本成本、合成燃料仍然可以盈利,”Richard Baliban说化学和生物工程在2012年研究生毕业,在几个小组的论文第一作者。“只要原油每桶60美元至100美元,这些过程有竞争力,根据原料的不同,”他说。

计划的核心技术,它使用热和化学从高碳原料创建汽油和其他液体燃料从煤炭到柳枝稷、原生北美大平原草常见。方法,称为费过程,最早是在1920年代在德国将煤炭转化为液体燃料。

化学是复杂的,但它基本上需要的碳和氢原料和重新组装成复杂的链组成燃料如汽油和柴油。从本质上讲,原料材料加热到1000 - 1300摄氏度,转化为气体,和使用的费过程中,气体转化为碳氢化合物分子链。这些烃链加工催化剂镍或铁等。最终产品包括燃料、蜡和润滑油通常由原油。

普林斯顿大学团队的方法增加了一个步骤回收二氧化碳的过程减少气体排放的植物。Baliban说,有一个限制多少二氧化碳可以经济回收,虽然植物也可能陷阱未使用的二氧化碳排放后存储。

多年来,工程师改进原费提高效率的方法。但新建合成燃料工厂的高成本,加上原油价格较低,使得合成燃料太贵为广泛接受。

然而,随着石油价格增加了,合成燃料变得更加实用。美国政府实施了许多项目的过程;特别是,美国国防部研究合成燃料作为一种运输燃料供应没有根据海外供应商。

在其工作中,普林斯顿大学的团队观察了一幅更广阔的图景。AIChE日报》在7月的一篇文章中,研究小组发现,美国可以满足其全部需求的运输燃料在全国建设130合成燃料工厂。文章,约瑟芬伊利亚,一名研究生在化学和生物工程作为第一作者,评估了使用三种原料:煤、天然气和生物质。避免切换农田粮食产量作物用于燃料生产——这将损及食品供应——研究人员只包括多年生牧草等非食用作物,农业驻留和森林残留物。

植物建模的场景被放置在靠近原料供应和市场的燃料。外部成本的分析分解水供应和电力等植物的机械。

最终,团队推荐建设的九个小,74年中期和47个大型工厂生产1%,分别为28%和71%的燃料。大部分的植物将会集中在这个国家的中部和东南部。国家燃料生产的最高水平是堪萨斯州,这将有11个大型合成燃料工厂。德州会最多的植物,但由于原料的分散性质的国家,大部分的植物将是中等。

研究人员发现,最大的贡献者合成燃料的价格将建造工厂的成本,其次是购买生物量和电力。他们估计,全国平均生产合成的成本相当于每桶原油的95.11美元,尽管成本变化区域。成本在堪萨斯,大多数生产会发生,会平均83.58美元相当于一桶原油。

成本会低得多,如果植物生物量和消除只用煤和天然气运行过程,Floudas说,但这将消除大部分的环境效益。

“如果你想要减少50%的排放,你需要生物质,”他说。
在许多方面,合成燃料比石油更清洁的燃料。石油燃料的重金属和硫污染物可以被捕获在合成植物燃料之前运出。合成燃料,也可用于汽油和柴油发动机而无需修改,与许多生物燃料。生物燃料乙醇,例如,通常是与汽油混合,但高水平的乙醇需要修改汽车引擎和从低温开始带来了特殊的挑战。

Floudas说,合成燃料也将允许碳减排与车队目前在路上。即使国家立即转换为zero-emitting电力或燃料电池汽车,数以百万计的内燃机汽车仍然会开车。通过切换合成燃料,他说,该国将有机会减少这些排放,即使他们不会完全消除。

“这是一个机会来创建一个新经济时代,“Floudas说。“美国进口的石油量非常高。的价格是多少?哪些资源呢?和我们能做些什么呢?”