能源转型指南-化石基到生物基能源

世界正处于能源危机之中，而化石燃料是问题的核心。它们不仅在燃烧时向大气中排放大量二氧化碳和其他温室气体，而且煤炭、石油和天然气储备也正在枯竭。作为不可再生资源，供给不是无限的。最终，需求将超过供应，当这种情况发生时，世界将需要一种替代能源。这就是能源转型。

对气候变化和全球能源安全的担忧促使世界各国政府、能源巨头和关键决策者拥抱生物能源。向这些可再生的、环保的替代品的转变被称为能源转型。

金融信息和分析巨头标普全球将能源转型描述为“全球能源部门从以化石为基础的能源生产和消费系统(包括石油、天然气和煤炭)转向风能、太阳能以及锂离子电池等可再生能源。”

是什么推动了能源转型?

在我们深入探讨哪种燃料将逐步取代煤炭、石油和天然气之前，让我们先来看看推动能源转型的关键因素。

• 气候变化问题

每年，燃烧化石燃料向大气中释放数十亿吨二氧化碳。天然气积极吸收和排放热量，是气候变化的关键因素。在世界各地，环境科学家认为二氧化碳是全球变暖的主要驱动因素。气温上升会导致长期干旱、强烈的夏季野火、强烈的热带风暴和海平面上升等毁灭性事件。减少二氧化碳排放和遏制全球变暖的迫切需要可以说是能源转型最重要的驱动力。

• 石油、煤炭和天然气供应减少

石油、煤炭和天然气等化石燃料的供应正在减少，这不是什么秘密。一些分析人士警告说石油储备可能会枯竭如果消费继续保持目前的速度，最快到2051年。供应是一个紧迫的问题，也是能源转型的关键因素。

• 技术进步

在过去的十年中，技术进步帮助加速了能源转型。电池、太阳能电池板和风力涡轮机的发展开启了能源的新时代，并为化石燃料提供了现实的替代品。

• 原料价格低

与石油、煤炭和天然气深埋地下难以开采不同，生物能源原料通常是免费的或非常便宜。太阳能、风能和水力发电技术利用的是自由能源，而生物燃料依赖于廉价且易于生产的原料。尽管存在与扩大生产相关的挑战，但许多国家正在支持旨在降低生产成本的研发项目。目标是建立生物能源作为化石燃料的有竞争力的替代品。

引入IRENA

像国际可再生能源机构(IRENA)是这场运动的先锋。这个政府间组织向向可持续能源过渡的国家提供支持，包括太阳能、风能、地热、生物能源、水电和海洋能。该组织倡导国际合作，鼓励各国分享知识和创新，以应对气候变化。

IRENA对能源转型的描述如下:

“能源转型是全球能源部门到本世纪下半叶从化石能源向零碳能源转型的途径。其核心是需要减少与能源相关的二氧化碳排放，以限制气候变化。能源部门的脱碳需要在全球范围内采取紧急行动，在全球能源转型正在进行的同时，还需要采取进一步行动减少碳排放，缓解气候变化的影响。可再生能源和能源效率措施有可能实现所需碳减排的90%。”

生物燃料的新时代

的能源效率和可再生能源办公室将生物能源定义为“帮助满足我们对能源需求的多种资源之一”。它是一种可再生能源，来自于最近被称为生物质的有机材料，可用于生产运输燃料、热量、电力和产品。”

什么是生物质?

生物质是一个总称，用来描述从植物和藻类材料中衍生出来的物质。这包括城市食物垃圾，以及作物废物、木材废物、微藻和林业和农业等活动的残留物。生物质也可以从专门种植的作物中获得。

美国能源部发布的一份报告估计，在不影响食品和动物饲料供应的情况下，美国每年有能力生产多达10亿吨干生物质。这种生物质可以用于:

• 提炼多达500亿加仑的生物燃料，可用于为汽车、飞机和其他交通工具提供动力。
• 产生足够的电力供应数百万家庭和小型企业。
• 生产500亿磅工业化学品和聚合物，包括纤维素纤维、脂肪酸、发酵产品和非食用淀粉。
• 创造100多万个就业岗位。
• 为美国经济增加2500多亿美元。

乙醇和生物柴油

生物能源的概念并不新鲜。事实上，像乙醇这样的生物燃料在世界各地被广泛使用。这种可再生燃料是由玉米和高粱等淀粉基生物质生产的。在美国，大多数标准汽油含有大约10%的乙醇。乙醇的加入是为了最大限度地减少二氧化碳排放，减少空气污染。

在英国，含乙醇的燃料被标记为E10或E5，取决于乙醇的百分比。E10与英国道路上95%的汽油动力车辆兼容。英国交通部估计，在全国范围内采用E10可使与运输相关的二氧化碳每年减少75万吨。这意味着英国道路上减少了大约35万辆汽车。

令人兴奋的新型生物燃料原料

玉米和高粱等传统原料并不是提炼生物燃料的唯一途径。下面，我们将重点介绍一些具有巨大潜力的令人兴奋的新型生物燃料原料。

• 垃圾填埋以碳氢化合物为主合成气

在亚洲，清洁能源公司支点生物能源正在牵头一个将垃圾填埋转化为碳氢化合物合成气的项目。这种多用途燃料也被称为合成气，是一氧化碳(CO)和氢气(H2)的混合物。

Fulcrum BioEnergy计划与石油巨头SK Innovation合作，在韩国和亚洲其他国家推出垃圾填埋场燃料。该合作伙伴关系紧随着该公司在内华达州的塞拉生物燃料工厂的宣布，这是世界上第一个旨在将垃圾填埋场废物转化为可再生交通燃料的设施，现已投入使用。该工厂同时配备了原料加工设施和生物精炼厂，从废物中提取碳，并将其转化为基于碳氢化合物的合成气。该工厂每年能生产1000多万加仑的合成气，这些合成气可以转化为可再生的运输燃料。

这项技术正在改变游戏规则，Fulcrum的总裁兼首席执行官埃里克·普赖尔(Eric Pryor)表示，该工厂同时解决了两个全球性问题——减少二氧化碳排放的迫切需求和全球垃圾填埋危机。

普赖尔说:“Fulcrum的工艺将生产一种具有成本竞争力的可持续航空燃料，是石油燃料的替代品。”“我们的可持续航空燃料实现了净零碳排放，并能够大规模生产，这将对应对气候变化产生影响。我们迫切希望这种燃料能够进入市场，进入我们的航空公司合作伙伴的手中。”

• 食物垃圾变成了飞机燃料

航空业是温室气体排放的最大贡献者之一。统计数据令人震惊，一名乘客从伦敦往返纽约，排放了近1000公斤的二氧化碳。这比尼加拉瓜等发展中国家的普通公民一年释放的二氧化碳还要多。

国家可再生能源实验室(NREL)的科学家德里克·瓦登(Derek Vardon)希望用腐烂的食物垃圾重新想象航空排放。利用从有机废物中收集的挥发性脂肪酸(VFAs)， Vardon和他的团队创造了一种类似煤油的黄色液体。VFAs蒸发后，在氧化锆颗粒上过滤，将它们转化为称为酮的更长的链。酮被送到第二个反应堆，在那里它们用铂球结合，然后剥离氧原子。其结果是生物喷气燃料对环境的影响明显低于化石燃料衍生的煤油。

在《美国国家科学院院刊》上发表了一篇论文后，瓦尔登升任公司的首席技术官桤木燃料是一家位于美国的可持续航空燃料(SAFs)初创企业。

“我们影响气候变化的时间有限，”瓦尔登说。“我不得不问自己，‘我是想写更多的论文，还是试着把这个解决方案推向市场?’”

该公司已经与联合航空公司签署了一项协议，在未来20年购买15亿加仑的燃料。Alder燃料公司也确认了与波音公司的合作关系。领先的商用喷气式飞机制造商将帮助公司测试和鉴定SAFs，并最终在全球舞台上推出其产品。

波音公司负责环境可持续发展的副总裁希拉·雷梅斯说:“随着我们努力实现民航业到2050年实现净零碳排放的承诺，我们知道，要实现这一目标，需要700 - 1000倍的SAF。”“我们还知道，根据美国能源部的数据，仅美国林业和农业残留物就可以提供足够的生物质能，产生足够的SAF喷气燃料，取代美国75%的航空燃料消耗。像与Alder这样的合作伙伴关系使我们都能够倡导和扩大SAF的供应。”

• 微藻转化为生物燃料

在杂志上发表的一篇文章中燃料，作者探索了微藻生物量作为生物燃料的可持续原料的使用。作者写道:“在工业中整合使用微藻技术的附带好处之一是微藻在应用和生物质生产过程中捕获二氧化碳的能力，从而减少二氧化碳排放。”

为了解决与扩大微藻生物燃料工业应用相关的挑战，该团队探索了基于微藻的生物炼制的概念。该设施不仅将培育和收获微藻，还将对细胞进行基因改造，以制造“第四代”生物燃料。这种细胞破坏过程将使生物炼油厂产量最大化，生产成本最小化，并将微藻生物燃料作为化石燃料的竞争性替代品推向市场。

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