由于估计每日燃料需求超过500万桶，全球航空业的能源密集程度非常高，而且几乎完全依赖石油燃料。与地面运输或住宅和商业建筑等其他能源部门不同，航空业不能轻易转向使用现有技术的可再生能源。
然而，能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)科学家的一项新分析表明，如果当前的发展和扩大规模的计划继续推进，可持续的基于植物的生物喷气燃料可以提供与传统石油燃料相比具有竞争力的替代品。提前成功。
最近在能源与环境科学杂志上发表的“技术经济分析和生命周期温室气体减排成本五条生物喷气燃料混合原料”提供了有希望的证据，即优化生物燃料生产管道 - 采用富含碳水化合物的工厂材料和使用转基因细菌将分离的糖消化成能量密集的分子，然后化学转化为燃料产品 - 非常值得。
“使用电池或燃料电池使航空电气化具有挑战性，部分原因在于对飞机的重量限制，因此液体生物燃料有可能在减少温室气体排放方面发挥重要作用，”伯克利实验室研究员Corinne Scown说。能源技术区以及DOE的联合生物能源研究所(JBEI)。“JBEI团队一直致力于先进的生物喷气燃料混合物的生物学研究，这些燃料混合物不仅来自植物糖，而且具有吸引人的特性，实际上可以提供优于传统喷气燃料的优势。”
如何从植物材料中获取燃料
目前，JBEI的多学科团队专注于优化生物喷气燃料生产过程的每个阶段。一些研究人员专门研究工程理想的源植物 - 被称为生物质 - 产生高比例的碳水化合物和低比例的木质素，这种材料到目前为止更具挑战性。与此同时，其他人正在开发有效分离非食物生物质中的碳水化合物并将其分解成细菌可以消化或“生物转化”成为燃料分子的糖分子的方法。为了从生物转化中获得尽可能高的产量，其他JBEI研究人员正在研究哪些遗传和环境因素使修饰的细菌更有效。
一旦这些阶段得到优化，JBEI科学家就可以将这些技术转化为商业合作伙伴，然后商业合作伙伴可以将燃料修改并混合到即用型产品中，并制定战略以实现生产规模的工业化。鉴于完成所有这些所需的大量实验和创新，Scown和她的合着者使用创新的分析方法来评估该项目是否真正能够达到航空公司希望使用的航空燃料替代品的最终结果。
“我们希望在研究阶段的早期阶段，我们至少可以模拟出我们认为如果将这些燃料生产路线发展到成熟点，我们认为会是什么样子，”Scown说。“如果你要将它们推向乙醇基准 - 从玉米秸秆，叶子和玉米棒等植物材料中生产乙醇的技术已经存在了很长时间，而且我们能够以90%的效率发酵糖 - 有多接近这会让我们达到石油燃料的市场价格吗?现在知道这一点非常重要。
“值得庆幸的是，答案是它们可行。我们已经确定了在转换过程中需要进行的改进才能实现这一目标。”
大规模想象生产过程
由于JBEI开发的生物质解构和燃料合成技术，生物喷气燃料的理论成本近年来稳步下降，目前低至每加仑16美元，而JBEI成立时每加仑300,000美元。合着者和JBEI博士后研究员Nawa Baral。标准喷气燃料的成本约为每加仑2.50美元。
为了探索生物喷气燃料如何弥合剩余的价格差距，研究团队使用了复杂的计算机模拟，模拟了不同效率水平和一系列生物质和化学品输入的完整，规模化生产途径的必要技术和后续成本。作者模拟了四种不同燃料分子的总共五种不同的生产途径。
结果表明，如果制造商能够将剩余的木质素转化为有价值的化学物质 - 这是JBEI研究人员目前正在努力的事情 - 所有5种途径确实能够以每加仑2.50美元的目标价格生产燃料产品 - 可以出售给抵消生物燃料的成本。如果向航空公司提供适度的减排金融信贷，则可以进一步降低一加仑生物燃料的净价。
经过一些行业研究，该团队还发现航空公司可能愿意支付高达每加仑50美分的溢价，因为所有四种生物燃料每单位体积提供更多能量，这意味着飞机可以在相同尺寸的坦克上飞得更远。 。
“基于石油的同类产品具有性能优势的植物性化合物的开发是决定其市场活力的重要因素，”JBEI的共同作者兼首席科学与技术官员Blake Simmons说。
然而，尽管这些研究结果很有希望，但将生物燃料生产技术应用于这些模拟中假设的黄金标准产量将需要进一步的发展。
“很明显，为了使这些燃料具有商业可行性，我们需要全力以赴，”Scown指出。“但这一分析强调了像JBEI这样的多机构，综合性研究中心的重要性，因为没有任何一个小组只能在这个过程的一个阶段工作。”