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　　Velocys公司建造的費托合成反應(yīng)堆　圖片來源：Velocys公司

　　到2015年年底，所有英國航空公司從倫敦城市機(jī)場起飛的航班都將以垃圾（紙、食物殘渣、花園修剪下的草和其他城市居民丟棄的有機(jī)碎屑）為燃料。

　　但在這些垃圾成為燃料之前，它們將在“倫敦綠色天空”被加工處理。這是一家位于倫敦東部的生物燃料工廠，目前正在建造中。每年，該工廠將接收約50萬噸城市垃圾并將其中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為6萬噸噴氣燃料。

　　這種級別的產(chǎn)出很難在傳統(tǒng)煉油廠被注意到。在傳統(tǒng)煉油廠，原材料能在一周內(nèi)生成等量的產(chǎn)品。美國紐約市自然資源保護(hù)委員會可再生能源政策主管Nathanael Greene說：“收集足夠的生物量運轉(zhuǎn)一個煉油廠幾乎是難以想象的事情。”作為第二代生物燃料工廠，“倫敦綠色天空”采用的材料可以是玉米秸稈、木屑、其他形式的農(nóng)業(yè)廢棄物及城市垃圾，但在數(shù)量上仍不夠。現(xiàn)在的希望在于，工廠可以大幅度削減運輸成本——將工廠遷至生物量富集的地方，而不是目前相反的做法。

　　支持者認(rèn)為，新催化技術(shù)和緊密的設(shè)計將使第二代生物燃料工廠不僅能保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能在沒有補(bǔ)貼的情況下仍有利可圖，并足以和石油燃料競爭。現(xiàn)在的問題在于，這樣的設(shè)想能否變?yōu)楝F(xiàn)實。但至少一些客戶正在給工廠一次嘗試的機(jī)會；相關(guān)商業(yè)單元如雨后春筍般在芬蘭，美國密西西比州、阿拉斯加州等地涌現(xiàn)。

　　Greene表示，如果第二代工廠獲得成功，和其“前任”相比，它們將帶來一大至關(guān)重要的優(yōu)勢：以低碳的方式生產(chǎn)適合現(xiàn)有車輛的燃料。

　　有限的兼容性是限制第一代生物燃料工廠發(fā)展的一大主要問題。第一代工廠利用發(fā)展了一千多年的技術(shù)生產(chǎn)啤酒、葡萄酒和烈性酒。這些機(jī)器磨碎諸如玉米、甘蔗等食物，加入水和酵母。這一過程能生產(chǎn)大量乙醇，而乙醇正是能與汽油混合的絕佳燃料。

　　但是，不斷增長的人口和有限的耕地使得利用食物制造燃料的方法有很大局限性。因此，十多年來，生物燃料行業(yè)一直致力于研究更經(jīng)濟(jì)的方式，例如以玉米秸稈、木屑和其他被白白浪費掉的副產(chǎn)品作為原料。這對發(fā)酵方法提出了挑戰(zhàn)，因為這些材料包含牢固的長鏈分子（例如纖維素、木質(zhì)素），酵母很難分解它們。在過去的5至10年間，利用酸和酶的預(yù)處理方法的進(jìn)步已經(jīng)從一定程度上克服了該難題，計劃生產(chǎn)纖維素乙醇的商業(yè)化工廠目前正在愛荷華州和堪薩斯州等地建造。

　　“混合墻”難題

　　然而，這些工廠目前還不能完全克服發(fā)酵方法上的最大難題：“混合墻”——指在未引起燃油管和發(fā)動機(jī)腐蝕的情況下，可以和汽油混合的乙醇的最大數(shù)量。當(dāng)前模型的“混合墻”比例約為10%~15%——第一代發(fā)酵設(shè)備已經(jīng)生產(chǎn)出“綽綽有余”的乙醇滿足這一需求。事實上，美國一些過去10年間建立的乙醇精煉廠已經(jīng)處于閑置狀態(tài)，它們是干旱導(dǎo)致的價格飛漲及市場飽和的受害者。

　　近9年來，油價一直居高不下——約保持在每桶100美元，使得大批研究轉(zhuǎn)向熱化學(xué)領(lǐng)域。熱化學(xué)工廠能將生物量直接轉(zhuǎn)化為燃料。

　　最常見的熱化學(xué)方法是氣化，即加熱富含碳的物質(zhì)（諸如煤、木屑、城市垃圾）以生產(chǎn)合成氣（指一氧化碳和氫的混合物，尤指由低級煤生產(chǎn)的可燃性氣體）。在倫敦綠色天空工廠，Solena燃料公司（華盛頓市的一家可再生能源公司）建造的氣化爐裝置將完成這一步驟——用噴射的離子化的等離子體蒸發(fā)垃圾，并加熱至3500攝氏度。這些裝置比其他氣化方法能源消耗量要大。倫敦綠色天空工廠這樣做的原因在于，城市垃圾是多種多樣的，通過調(diào)節(jié)裝置的溫度，進(jìn)而使合成氣的成分保持一致。

　　該過程的第二步是將合成氣送至一個化學(xué)反應(yīng)堆（由俄亥俄州平原市Velocys公司建造），一致性在其中非常重要。在這一步，合成氣將經(jīng)歷費托合成反應(yīng)——氫和一氧化碳熔合成長鏈碳?xì)浠�合物。通過控制含鈷催化劑粉末的數(shù)量并將其置于一系列微通道旁，Velocys得以設(shè)計出異常緊湊的系統(tǒng)并能控制合成氣的流動。

　　費托合成單元也被設(shè)計得盡可能模塊化，這樣工廠能更便利地處理材料。Velocys公司業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Neville Hargreaves說：“獲取利潤并不是在規(guī)模上投機(jī)取巧，而是需要改進(jìn)你的生產(chǎn)方式。”

　　另一系統(tǒng)

　　另一個緊湊型系統(tǒng)——BioMax氣化爐由科羅拉多州恩格爾伍德市社區(qū)電力公司開發(fā)。該公司表示，該模塊化裝置具備體形小的優(yōu)勢，每個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱可置入4個，且適用于任何一種切碎的生物材料，不論是食物殘渣、硬紙板還是木片。由此生成的合成氣可代替天然氣，發(fā)揮加熱、冷卻、發(fā)電的功能。一個典型單元能產(chǎn)生150千瓦的電能，可支持25~50個家庭或3家超市的電力需求，甚至維持主要醫(yī)院設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。在不久的將來，BioMax裝置將能應(yīng)用于費托合成反應(yīng)堆，并也能生產(chǎn)生物柴油。

　　2011年，社區(qū)電力公司被Afognak公司收購。Afognak公司位于阿拉斯加州Afognak島。它們希望在阿拉斯加州和加拿大北部出售該裝置，因為在這些地區(qū)，電力和運輸燃料都非常昂貴。

　　清潔燃燒

　　兩步氣化方法最大的賣點在于，所有合成氣都轉(zhuǎn)化為沒有雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠�合物，使得生產(chǎn)出的燃料能清潔徹底地燃燒。但這一優(yōu)勢并未阻礙研究人員尋找單一步驟的可替代方法的腳步。在高溫分解過程中，生物材料在沒有氧氣的環(huán)境中被加熱到500攝氏度，之后被直接轉(zhuǎn)化為有機(jī)液體。通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，這些液體可以被精煉成燃料。科羅拉多州博爾德市美國國家可再生能源實驗室首席科學(xué)家Mark Nimlos表示，與氣化相比，高溫分解是一個相對不成熟的技術(shù)。但這可以視為一個優(yōu)點。“該技術(shù)有很大的提升空間。”

　　一些公司已經(jīng)開始檢驗該技術(shù)的商業(yè)可行性。例如，伊利諾伊州德斯普蘭斯市UOP公司——總部位于新澤西州的霍尼韋爾國際公司的子公司，正在和渥太華市Ensyn技術(shù)公司合作，推廣Ensyn公司的快速高溫處理（RTP）單元。這些公司預(yù)見到，RTP單元可以被安裝在木材廠旁邊，這樣每個人都可以將廢木材轉(zhuǎn)化為每年7600萬公升的熱解油。這些能量足以“溫暖”3.1萬個家庭——如果它們直接被作為民用燃料油使用；它們還可以被精煉成汽油，這樣能給美國3.5萬輛汽車提供燃料。

　　綠色燃料北歐公司（芬蘭庫奧皮奧市一家生物煉制公司）正計劃在伊薩爾米鎮(zhèn)旁建造至少一個RTP單元。在這里，該公司處理來自全芬蘭林木產(chǎn)業(yè)的垃圾。該公司還正與歐洲委員會合作，研發(fā)一套針對高溫分解燃料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。焦油是較難處理的一個成分，它是長鏈分子的一種黏性殘渣，很難被提煉。

　　另一個是氧氣，很多生物材料都富含氧氣，它易和熱解油發(fā)生反應(yīng)形成能嚴(yán)重腐蝕煉油設(shè)備的有機(jī)酸。找到更好的方法處理這兩種污染物是研究的主要目標(biāo)。目前，移除氧氣最容易的方法是添加來自天然氣的氫分子，但這將對環(huán)境造成負(fù)面影響且提高成本。

　　對倫敦綠色天空公司而言，經(jīng)濟(jì)可行性仍是一個懸而未決的問題。但其合作伙伴——Velocys、Solena、英國航空公司——卻充滿希望。它們沒有透露設(shè)施的成本，但3家都沒有將成本視為核心問題。英國航空公司希望該方法能幫助其實現(xiàn)歐盟強(qiáng)制實行的碳排放目標(biāo)，與此同時確保噴氣燃料的穩(wěn)定供應(yīng)（不受價格波動的影響）。Solena和Velocys則希望倫敦綠色天空公司成為全世界第一個將該設(shè)施應(yīng)用于機(jī)場的公司。

　　Hargreaves表示，每一片曠野、森林、垃圾填埋場都是這些設(shè)施的潛在燃料來源。對液體燃料的需求永遠(yuǎn)不會消失。他說：“50年以后，我們可能實現(xiàn)陸路運輸完全電氣化。”但飛機(jī)所需的能力密度遠(yuǎn)非電池所能提供。“液體燃料是很難被取代的。”