减少交通运输行业的碳足迹在双碳背景尤为紧迫，特别是在难以电气化的行业。美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员近期提出，科技进步已能够通过生物和催化的方法，利用纤维素生物质为原料生产用于飞机、轮船和长途卡车的燃料。
世界权威科学杂志《能源与环境科学》论述了这种生产技术的过程，首先是使用微生物将纤维素生物质（如木材和草）转化为中间体、小分子产品（如乙醇），然后将乙醇催化为适用于重型车辆的碳氢化合物燃料。
“我们认为这两种技术的组合达到了两全其美：利用生物学做它真正擅长的事情，即制造这些小分子，然后使用催化技术来制造碳氢燃料混合物。”美国能源部橡树岭国家实验室首席科学官 Brian Davison 说。
林德是达特茅斯学院的工程学教授兼生物学兼职教授，他与国家可再生能源实验室的 GreggBeckham 共同领导了这项研究，他说该领域之前一直专注于对生物质进行预处理的过程及生物处理前的化学品。这篇论文是少数几篇试图改进不同方法的论文：生物制造小分子，然后在发酵过程中机械破坏细胞壁，并引入催化剂以制造碳氢燃料。林德说，这种方法比直接使用微生物生产大燃料分子更实惠。与降解木质素的化学预处理方法不同，这种方法保留了木质素的原始结构。因此，木质素残留物可以更容易地转化为其他产品。
将植物细胞壁中的糖转化为液体燃料被广泛认为是生物经济的基石，也是实现碳中性或负碳运输系统的关键。多年生纤维素原料的成本低于石油，并且可广泛使用和可再生。
与玉米等淀粉质原料相比，纤维素生物燃料具有另一个优势。由于玉米需要氮肥和水，淀粉基乙醇提供有一定的碳减排优势。但树木和草制成的乙醇将提供更大的碳减排效益。
由于此前纤维素生物燃料生产方法面临诸多挑战，使得对纤维素生物燃料的投资远未达到预期，因此考虑新方法和新的技术突破是有意义的，”林德说。
戴维森说，乙醇作为一种关键中间体的潜力，可以加工成所需的碳氢燃料，已经测试了多种方法以在相对较小且价格合理的反应器中催化转化这些中间产物。尽管还不能完全满足航空和柴油发动机的需求，但这些技术的进步已非常接近了。
对于轻型车辆的低碳化重点是转向电气化，这是减少影响气候排放的首选方法。然而，林德表示，“未来交通能源需求中约有一半难以实现电气化——比如航空、长途卡车运输和海运。我们需要负排放来稳定气候变化。光合作用是从空气中捕获二氧化碳的最佳选择，因此我们可以将其放入地下。在这种情况下，生物燃料具有突出的潜力，但目前可能被低估了。”
15 多年来，全球的航空业一直在制定脱碳战略，SteveCsonka 说他是商业航空替代燃料计划的执行董事，该计划由航空公司、飞机和发动机制造商、能源生产商和其他寻求替代喷气燃料的公司组成。
Csonka 说，航空业一直专注于可以替代石油基喷气燃料的低碳燃料。为了可行这些燃料必须是经济可行，而不需要特殊的基础设施或对机场和飞机进行改造。Csonka 说，正在开发的替代品，例如氢动力飞机和电动氢混合动力飞机，都不符合这些要求，而且在短期内不太可能对大型飞机有用。
国际航空运输协会承诺到 2050 年实现净零碳排放，一些航空公司做出了更加严格的承诺。“实际上，我们实现这一目标的唯一途径是从多种来源引入可持续航空燃料，”Csonka 说。尽管他不认可任何一种原料或工艺，但 Csonka 表示，研究中选择的生物/催化组合具有经济意义：与其他方法相比，这两个步骤所需的资本投资更少。比伦伯格说，这项研究为研究人员和工业界提供了不同寻常的全局观。
橡树岭国家实验室的生物能源创新中心是美国能源部四个生物能源研究中心之一，专注于生物燃料和生物产品。生物能源创新中心正在加速开发与生物能源相关的植物和微生物，以生产可直接投入使用的可持续航空燃料、无限期固碳的生物产品，以及塑料和其他对环境有害的产品的可持续替代品。
