幕後文章是與國家科學基金會合作提供給生活方面的。
我們的能源基礎設施的骨幹是基於碳的燃料。碳以油，煤炭和天然氣的形式運行我們的汽車，加熱我們的房屋並烹飪我們的食物。我們可以通過使用盡可能多的現有基於碳的基礎設施來最大程度地減少從化石燃料過渡到可持續資源的衝擊。
植物是可持續碳的唯一來源，因為沒有其他方法可以簡單地從空氣中捕獲碳以製造碳燃料。這就是基於植物的生物燃料的美麗，以及為什麼他們必須在我們的可持續能源未來中發揮作用。
所有生命都是基於碳的。為了將基於植物的碳轉換為可以在汽車中使用的燃料，我們必須首先了解植物的組成。
植物作為能量
首先，想一想您的人體如何將能量存儲為脂肪，但在結構上是由一種稱為蛋白質的不同類型的分子組成的。植物有類似的二分法。植物將能量存儲為澱粉，糖和脂肪，但在結構上由木質素和纖維素（或“木質纖維素”）組成。以玉米為例：從內核中有澱粉和糖可以發酵以製成乙醇。玉米油可用於製造生物柴油。
儘管這些技術應本身進行研究，但我們絕不能忽略其餘的玉米棒，果殼和莖 - 木質素和纖維素製成的結構材料。木材和草由相同的結構材料製成。
植物的結構材料是可用的最便宜，最豐富的生物質形式，而且人類不能吃它們（牛和海狸可以，只是因為它們的膽量具有特殊的細菌）。由不可食用材料製成的燃料從不直接干擾食品生產。
綠色汽油
由喬治·休伯（George Huber）領導的馬薩諸塞大學（University of Massachusetts）進行的研究專注於將木屑和開關草種轉化為“綠色汽油”，這是我們可以在當前基礎設施中使用的燃料。幾年後，您可能會開始看到它與您在泵上購買的商品融為一體。
休伯說：“除非有一個跡象告訴你，否則你甚至都不知道自己的氣是'綠色的。” “它的碳足跡為零。2[二氧化碳]從您的汽車重新生長時，您的汽車將回收到植物。 ”
綠色汽油是通過在流化床中稱為催化快速熱解的技術製造的。讓我們通過所使用的術語和技術打破這個過程：
'催化'
催化劑是一種用於使特定化學反應發生的材料，比往常更快。有問題的反應？將木質纖維素變成汽油。這樣做的催化劑是一種特殊的材料，稱為“沸石”，由矽，鋁和氧原子製成的材料，它們以晶體樣模式排列在復雜的幾何框架中。
在這些框架中固定的分子之間的空間稱為微孔，並以催化劑表面上的碳基分子固定，以使它們形成相同大小的分子產物。訣竅是選擇一個孔徑等於汽油分子的沸石。 Huber Lab使用的催化劑是石化行業中目前使用的廉價材料。
“快速熱解”
熱解是將大分子（例如纖維素或塑料）分為小分子煙霧的高溫分解。熱解是“快速”的，因為需要快速加熱才能將植物碳變成煙霧而不是炭。 “緩慢的熱解”是製造木炭的方式。
在營地大火中，您看到的火焰實際上是與氧氣反應的木 - 熱解煙。火焰加熱會導致原木更多地發射並保持自身，直到原木的表面被炭覆蓋而無法產生更多的煙霧為止。在實驗室中，木屑的熱解在沒有氧氣的情況下進行，因此煙霧不能像火中那樣燃燒 - 煙霧反應在催化劑表面反應形成汽油。
“流化床”
流化是一種技術，是一種從熱解和固體催化劑中的氣體煙霧之間最大化接觸和混合的技術。設想清潔魚缸時的礫石床在虹吸管末端的末端如何跳舞；礫石被水流動。在實驗室中，礫石的作用是由砂狀催化劑顆粒的床和木屑床承擔的。水被從底部進入的熱氣流所取代，稱為“液化劑”。離開催化劑表面的蒸氣從反應堆中吹出，在該反應堆中，它們被凝結為燃料，辛烷值的額定值為108。
催化快速熱解化植物
由於木質細胞糖含有比汽油更多的氧氣，因此碳的一部分（約25％）必須作為一氧化碳和二氧化碳離開。
在比實驗室大的尺度上，該流的一部分將用作流體劑。從理論上講，其餘的75％可用於生產汽油，但炭切入此數字並在催化劑顆粒上形成黑色外套。
為了長期運行的反應，必須通過燃燒炭被燒毀的爐子回收燒焦的催化劑顆粒。爐子會產生足夠的熱量來催化快速熱解。這樣，從木屑中餵入系統的30％的碳將設施作為汽油離開。
製作一加侖汽油需要45磅的木屑。但是，請注意，使用該技術的設施除了木屑和空氣以外不需要任何其他投入 - 該技術將是孤立的，離網的理想位置，在那裡有大量植物材料。
向前
飛行員規模的測試已被證明是成功的，並且很快將擴大到示範化學廠。
休伯說：“這是進入這一領域的好時機。隨著石油價格上漲，它為未來的工程師提供了機會。” “由新一代決定未來的解決方案。”
有關更多信息，請訪問Huber研究組網站。
編者註：這項研究得到了國家科學基金會的支持（NSF），聯邦機構負責在科學和工程領域的所有領域資助基礎研究和教育。本材料中表達的任何觀點，發現和結論或建議都是作者的意見，不一定反映了國家科學基金會的觀點。看到幕後檔案。
