普林斯頓大學研究小組發現，利用煤炭、天然氣和非食用植物制造的合成燃料，可以淘汰原油的使用。

這項發現不僅對經濟和國家安全有益，還具有潛在的環境優勢。研究人員表示，由于植物能夠吸收二氧化碳，接下來的幾十年，美國通過利用非食用植物制造液體燃料，能夠消減多達50%汽車排放的溫室氣體。

合成燃料非常適用于交通系統，由于其可直接用于動力引擎，并且與從原油中精煉的燃油幾乎一樣。這使得其與現在利用的生物燃料不同，例如乙醇——必須與汽油混合或者需要特殊的引擎。

普林斯頓大學化學與生物工程教授Floudas帶領的一個團隊，去年曾發表的一系列學術文章，提出美國可以利用合成燃料而無需依賴石油為汽車提供動力的評估方案。Floudas所在小組同時也分析合成燃料工廠對當地環境或者確定區域的可能影響，這些地方不會對區域電網或者水資源供應征收過重稅負。

“產生足夠的燃料，與此同時也消減碳排放，或相當于消減50%的比例是研究的目的，”Floudas說?！把芯坎粌H可以完成，而且能以一種具有經濟性的引人關注的形式。這兩點毋庸置疑。”

Floudas透露，完成這項工作不會太輕松太迅速?，F實的方式是需要循序漸進實行合成燃料技術，估計國家需要30-40年時間才能完全采用合成燃料。燃料不會廉價，他估計整個系統的耗費約1.1萬億美元。

這項研究是美國最大化工工程協會化學工程研究所最近發布白皮書的重要組成部分。在白皮書里，化學工程師號召更大程度地綜合利用能源，要求決策者認真考慮化學轉換工藝作為生產更清潔更廉價的燃料的一種潛在方式。

普林斯頓大學1981級校友同時也是研究所主任Wispelwey說：“目前，我們嘗試很多能源途徑，現有多種措施可使系統更加完整，更加高效?！?/p>

研究論文由Floudas的合作研究員Weekman撰寫，他同時也是美孚中央研究實驗室主任，美國化學工程師協會前任董事長，現在在普林斯頓大學大學授課。

Weekman表示，合成燃料沒能得到擁護的主要原因是其昂貴的成本問題，這個問題還將繼續下去。盡管他指出“經濟依舊處于不穩定”，但原油價格的持續上漲以及合成燃料效率的提高將促使合成工藝更加可行。

Weekman說：“撰寫論文的主要原因是想獲得國家有關規劃部門的認真考慮，包括國家學術機構、能源部、環境保護署、國防部?！彼麖娬{，規劃部門認為這是“利用化學工藝生產常規能源的關鍵環節”，這一點非常重要。

關于這份研究，Floudas帶領的團隊發現，合成燃料工廠根據原油價格及合成燃料的原料種類，能憑借具有競爭力的價格制造汽油、柴油以及航空燃料。據聯邦能源信息管理局調查，三分之二的石油消費用于交通運輸，每年石油消費的45%需要進口。

“即使包括資本費用，合成燃料依然有利可圖，”論文的第一作者，2012年畢業于化學與生物工程專業的Baliban說?！爸灰捅３衷?0-100美元這個區間，依靠原料的合成工藝就有競爭力?！?/p>

項目規劃的核心技術是利用熱能及化學反應產生汽油和其他液體燃料，原料來自高碳物質，從煤炭到北美大平原常見植物柳枝稷。這種方式稱之為費—托合成法，是1920年德國利用煤轉化液體燃料發展而來的技術。

盡管化學反應發展，但基本原理是從原料中奪取碳原子及氫原子，然后重組到反應的化學鏈中以產生汽油、柴油之類的燃料。本質上而言，原料物質加熱至1000-1300攝氏度先轉換成氣體形式，然后利用費—托合成工藝，氣體進而轉化碳氫分子鏈。最后，在鎳、鐵催化劑的作用下，碳氫鏈最終完成反應。反應的終端產物包括燃料、石蠟及潤滑液，通常這些產品來自石油。

普林斯頓大學研究小組增加一種措施回收利用二氧化碳以減少工廠廢氣排放量。Baliban強調，目前對二氧化碳循環的經濟性還有限制，盡管工廠能夠收集無法利用的二氧化碳進行后續存儲。

過去幾年，工程師改善原始費—托合成法以增加能效。但建造合成燃料化工廠的高成本，加上原油的低廉價格，很難讓價格高昂的合成燃料獲得廣泛認可。

然而，隨著石油價格的繼續上漲，合成燃料愈加具有實際意義。美國政府已實施了大量項目以研究這種工藝；特別值得一提的是，國防部已經開始研究合成燃料作為交通運輸原料的供給，從而避免國外石油的依賴。

這項工作中，普林斯頓大學研究小組考慮更廣闊的前景。美國化學工程師協會雜志7月份的一篇文章提到，小組認為國家建造130座合成燃料工廠即可完全滿足全美交通燃料需求。文章由化學與生物工程專業研究生Elia作為第一作者，使用三種原料進行評估：煤炭、天然氣、生物質。為了避免耕地生產的農作物變成合成燃料生產原料，這樣可能有損糧食供應，研究人員引入非食用作物，例如多年生禾草，農業廢棄物和森林廢棄物。

模擬工廠的情形是需臨近原料供應地和燃料銷售市場。分析認為，考慮外面成本包括水資源供應和工廠機械設備的電力供應。最終，研究小組建議建造9座小規模、74座中等規模及47座大規模的工廠，分別產生1%、28%和71%的燃料供應。大部分工廠將集中在中部地區和東南部地區。具有最大燃料生產能力的將是堪薩斯州，將有11座大型規模合成燃料工廠。德克薩斯州將有最多數量的燃料工廠，正是由于該州原料的散射特性確定，大部分工廠將是中等規模。

研究人員發現，合成燃料價格的最大因素是建造工廠的費用，其次是生物質采購和電力資源的費用。據估算，盡管價格水平地區各異，每生產一桶原油當量的合成燃料國內平均價格將達95.11美元。Floudas表示，假如工廠不利用生物質原料，而只采用煤炭和天然氣，成本會降低更多，但此舉會消除大部分環境效益?！叭粝Ｍ档鸵话氲奶寂欧牛仨毨蒙镔|資源，”他說。

從很多方面而言，合成燃料比化石燃料更加清潔。合成燃料運出之前，化石燃料中的重金屬和含硫污染物能夠在工廠得到收集。合成燃料同時也可用在汽油和柴油引擎裝置，無需改進，這與很多生物燃料不同。例如，生物燃料乙醇，通常與汽油混合使用，但高濃度的乙醇比例需要改進汽車引擎裝置，低溫情況下發動將會有困難。

Floudas說，合成燃料能夠減少路上行駛汽車的碳排放。國家即使立即轉換為零排放電動車或者燃料電池車生產策略，仍有數百萬的內燃機車在行駛。他說，通過利用合成燃料，就有機會減少氣體排放，盡管這不能完全消除。這是創造全新經濟的機遇，國家進口的石油量非常龐大。(BobKing/譯)