尽管飞机可以带我们去很远很远的地方，但气候变化让人们重新考虑飞行的碳足迹。航空业正在寻求可持续航空燃料（SAF）或电子燃料作为传统燃料的潜在更环保替代品。
为了大问题，IFLScience 的播客，我们采访过索菲·齐恩凯维奇和阿拉斯代尔·拉姆斯登，碳中和燃料的联合创始人，了解电子燃料是否可以彻底改变燃料行业的未来并帮助抵消气候变化。
什么是碳中性燃料？
索菲·齐恩凯维奇 (SZ)：碳中和燃料有望成为气候变化解决方案的一部分。我们从大气中封存二氧化碳，将其与清洁的氢气结合起来，创造出一种碳中性燃料，因为当它燃烧时，二氧化碳（CO2）被释放，然后作为原料重新捕获。这可以作为航空业使用的大量燃料的可持续替代品。
碳中性燃料和电子燃料这两个术语可以互换吗？
亚历山大·拉姆斯登 (阿拉巴马州)： 绝对地。电子燃料一词的出现是因为它们通常是用电力制造的。我们可以收集二氧化碳2制造电子燃料，但这需要能量，这就是“e”部分的来源。但它必须是低碳电力，否则你仍然在燃烧化石燃料。
对于传统的化石燃料，大自然已经为您收集了能量。例如，植物从阳光中获取能量，然后经过数亿年，这些植物腐烂到地下，变成石油和煤炭。
大约 30% 的二氧化碳排放量被海洋吸收……并在那里进行收集。
人类已经出现并将其挖掘出来作为有效的免费能源供应。不幸的是，这产生了意想不到的后果：我们的大气中充满了过量的二氧化碳2，这正在加剧气候变化。
电子燃料是如何制造的？
AL：第一步是捕获碳。当我们创办公司时，我们正在寻找一种吸收二氧化碳的技术途径2在海洋之外，那里是非常集中的。
原因是约30%排放的二氧化碳被海洋吸收并停留在可以收集的地表。液体所占的体积要小得多，大约是气体和液体的 1,000 倍，如此一来，效率会更高。
然而，该技术尚未成熟，因此我们着眼于直接空气捕获。这使用与 CO 发生反应的吸附剂2空气中，然后使用另一种技术释放干净的二氧化碳流2来自吸附剂。
你还需要氢气——人们可能记得在化学课上做电解，可能会做电解，将阳极和阴极放在烧杯中，通电，然后在阴极得到氢气。我们以这种方式收集氢气；您可以购买非常强大的电解器，其适用范围从一兆瓦到数百兆瓦。
拿到 CO 后2和氢，你需要以某种方式将它们结合起来。一氧化碳2作为分子非常稳定，因此它首先必须转化为一氧化碳。它可以与氢气结合来制造合成气，这在化学工业中非常常用。然后将合成气通过费托反应器。
该反应器通常具有铁或钴催化剂，并且开始生成长链碳氢化合物。根据反应器的配置、条件、压力、温度和催化剂，您可以确定得到的碳氢化合物的分布。我们正在研究的技术将主要生产煤油范围内的产品。
这是一个稳态操作；一旦一切建成，它将捕获二氧化碳2并将其实时输入系统的其余部分，碳氢化合物就会出来。
该过程还产生甲烷作为废物，而不是所有的二氧化碳2或氢气发生反应，因此需要一种方法来回收这些产品，而我们在这方面还处于早期阶段。
在寻求制造电子燃料时，我们可以利用现有的方法或框架吗？
AL：非常有趣的是，很多技术已经被发明出来。例如，费托化学发明于近 100 年前，最初用于将煤炭转化为液体燃料。然而，由于液体燃料丰富，它并没有被广泛使用，因此[这种化学物质]已在一些不易获得液体燃料的国家使用——例如南非和德国就使用了它。
由于整个“绿色”转型，电解槽以及碳捕获现在也变得广泛使用。希望我们能够将这些技术整合在一起，形成一个完整的系统来实现这一目标。
政府和其他组织如何参与实现电子燃料的成果？
AL：推动电子燃料发展的一个关键因素是，包括欧盟和英国在内的世界各国政府正在考虑引入指令，要求人们使用可持续燃料，因为传统上，这些可持续燃料的成本比免费的化石燃料高得多我们得到了。
要处理化石燃料，您只需要一个蒸馏塔来分离出不同重量的燃料，而电子燃料是从头开始制造的，而且成本非常昂贵。通过授权，它可以迫使航空公司使用一些电子燃料，这可以促进进一步发展，并有望随着时间的推移降低价格。
深圳：由于制造电子燃料是一个全新的过程，因此英国在如何建造设施方面也没有大量先例。与政府进行了接触；例如，零零航空委员会正在倡导专注于开发和发展市场的工作。航空业是一个国际产业，英国政府希望在可持续发展方面发挥带头作用。
必须考虑对飞机的影响。
我们还意识到研究和大学以及该过程背后的科学细节如何发挥作用。
假设我们已经在生产电子燃料了，你可以去航空公司说“让我们把它装到你的飞机上”吗？
深圳: 是的，这是可能的。 [前提]在某种程度上今天仍然存在。有些已经使用混合燃料，其中大部分燃料将是传统煤油，但混合了生物燃料和其他可持续替代品。希望随着时间的推移，混合量的百分比会增加。
如果有一天，100% 的燃料来自 SAF，那就太好了，但必须考虑对飞机的影响。
传统煤油含有杂质，例如硫和其他“有害物质”，但它们在飞机的实际发动机中具有许多有价值的功能 - 它们充当润滑剂，并且您需要它们来满足安全要求，因为它是飞机一直习惯的东西。
因此，达到 100% SAF 可能会产生我们目前不一定意识到的影响。为了达到这一点正在进行大量的测试，但目前还没有完全实现。
除了您正在研究的电子燃料之外，还有其他类型的 SAF 吗？
AL：SAF 包含许多不同类型的燃料。例如，由农作物制成的生物燃料，以及由食用油等废油产品制成的 HEFA 燃料。最近，家庭垃圾袋废物被视为制造可持续燃料的潜在碳原料——我认为这有点粗略，因为那些碳将被填埋在那里，我们正在讨论将其转化为碳燃料，有效地将其以二氧化碳的形式排放到空气中。
尽管我们开始看到其他可持续燃料进入市场，但如今进入飞机的大部分 SAF 都是生物燃料。
此外，在欧盟和英国，汽车中约 10% 的汽油是由生物燃料制成的。航空业希望从现在到 2030 年将这一比例提高到 10%。合成燃料（如电子燃料）比生物燃料更昂贵，因此到 2030 年对它们的要求将达到 0.1%。
然而，电子燃料是[达到目标]最清洁的方式，因为不需要大量土地，不需要化肥，而且它不会与粮食作物竞争，因此不会导致粮食价格上涨价格。电转液体燃料有很多好处，但它涉及最新、最不成熟的技术。
您需要多大的生产工厂才能可靠地生产电子燃料？
深圳：我们希望使其尽可能小，因为就像核工业一样，需要投入大量时间、金钱和精力来生产大型装置。一旦它们启动并运行，它们就非常棒，但是达到这个阶段所需的时间和环境成本是相当巨大的。
相反，它可以以模块化的方式来看待——根据单元数量与单元规模来考虑扩展和增长。就尺寸而言，安装量将相当小。我们正在考虑集装箱模块的尺寸，以及所需的周围土地。不管怎么想，它都不会是巨大的，我认为这才是真正的增长机会和对气候变化产生重大影响的地方。
AL：规模取决于您想要生产多少燃料。英国每年使用约 150 亿升航空燃油，他们的目标是到 2030 年其中 10% 是可持续的，即 15 亿升。我们的目标是创建一个产量略低于 100 万升的小型示范工厂。
是否有飞机成功使用过通过电转液工艺制成的 SAF 燃料？
AL: 已经进行过试飞。如今，有些飞机使用传统的基于生物燃料的 SAF 起飞，某些机场的油箱中所占比例非常小 - 任何在该特定机场降落的飞机都将使用一些 SAF 进行升空。
然而，对于电力到液体，这主要是试飞。美国有一些公司，英国还有一家与英国皇家空军合作的竞争对手；他们对英国皇家空军进行了一次从动力到液体到燃料的试飞，所以这是有先例的。
煤油传统上由化石燃料制成，广泛用于航空领域。
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当您在飞机上燃烧电子燃料时，您仍然会产生二氧化碳2– 该过程如何实现碳中和？
AL：我们正在有效地回收二氧化碳2将其恢复； CO没有净增加2排放量，并且您正在取代传统上二氧化碳的化石燃料2储存在地下，放入飞机中，然后释放，带来了总体二氧化碳2水平提高。
电子燃料是快速实现航空脱碳的绝佳桥梁技术。
电子燃料仍然面临一些挑战——发动机仍可能产生一氧化二氮。当发动机中有热量时，它可以将一些氮气和氧气结合在一起，而氮氧化物不一定是您在地面上想要的。
电动汽车很棒，因为你可以消除氮氧化物，消除二氧化碳2你会扔掉所有未燃烧的东西，但航空业面临的挑战是，从现在到 2030 年，它没有太多选择来真正快速脱碳。
目前没有载有乘客的电动飞机或氢能飞机投入使用。他们正在开发它们，但最大的问题是能量密度，而电池的能量密度比液体燃料低几个数量级。有一些电动飞机公司和氢飞机公司正在取得很大进展。看起来我们可能会比你想象的更早获得这些服务，但这些服务将用于乘客数量较少的短途航班，因此需要相当长的时间才能看到天空中所有飞机都沿着这条航线飞行。
电子燃料是快速实现航空脱碳的绝佳桥梁技术。一架飞机可能有 30 年的使用寿命并产生大量二氧化碳2已用于制造飞机以及精炼金属和制造飞机。如果你必须用一架新的电动飞机替换那架飞机，它也会产生二氧化碳2制造过程中会产生排放，因此让飞机运行到其使用寿命结束是有意义的，如果你能坚持使用碳中性燃料，那就太好了。
似乎 SAF 需要的改变较少——您是否认为技术发展得越多，从化石燃料过渡到电转液体燃料就越容易？
AL： 是的。你可以制造任何种类的燃料。例如，有很多关于我们如何 可以快速远离甲烷。天然气在人们家中用于取暖和做饭 热泵很棒，但它们非常昂贵，而且通常需要进行大修。
在 理论上，碳中性的甲烷可以被注入到气体中 分销网络。您还可以在许多其他地方部署此技术作为 为我们过渡到替代方案的过程中争取时间的桥梁。
深圳：还有蓝天思维——一旦建立了这些设施，你能做什么？ 这个过程是碳中和的，但是如何实现负碳呢？我们怎样才能 让这项技术更进一步，10、15 年后会是什么样子？ 20年的时间？
如果这些设施位于废弃石油附近，那就太酷了 井并抽取额外的二氧化碳2回到地下，制造燃料 还可以封存二氧化碳2。有很多机会 以及我们还没有想到的想法。一旦我们建立了这项技术，我们就可以跨越到任何地方。
航空电子燃油行业面临的最大挑战是什么？
深圳：我们遇到的问题是拥有一个可证明的市场——这意味着投资者想要投资。尽管各个组件都已得到验证，但迄今为止，对其技术未经证实的担忧是可以理解的。
将所有东西放在一起并拥有资金来建立一个设施是昂贵的，需要一个非常勇敢、有意识的投资者才能说：“是的，我们认为这是一个好主意”。资金筹措很棘手。但我认为强制令确实有帮助，因为它们赋予了有效性，并且给人们带来了我们目前没有的信心。
AL：运输部正在做大量工作研究如何使航空脱碳，并拨出 1.65 亿英镑（2.043 亿美元）来资助可持续航空燃料项目。其中包括生物燃料和垃圾袋废物项目。可用资金也向私人投资者表明政府对此非常重视，他们相信这项技术。
深圳：其他挑战与电力供应有关。英国的电力价格昂贵，并且是整个过程的重要组成部分。然而，还有其他选择。
一旦小型核反应堆建成，就会有大量的低碳电力可供我们这样的人利用。苏格兰和类似的地方也有很多机会，那里有过剩的电力供应可以利用。
是否担心电子燃料和生产设施的安全？
S：安全有几个要素。正如我们之前提到的，该过程的谨慎组成部分已经过验证，并且它们已经有围绕它们的现有规则和法规 - 我非常有信心每个组成部分都是安全的。
然而，当你把它们放在一起时，会是什么样子以及你如何调节它？在英国，我们是一个受到严格监管的行业。我的背景是核能，所以我敏锐地意识到需要遵守的各种法规。
好的一面是，由于气候变化是一个如此紧迫的问题，我们在如何解决安全问题方面变得更加合乎逻辑、更加明智。我们从更大的角度来看待它，并说：“就世界安全而言，这是一个巨大的安全问题。让我们谈谈如何启用那些有帮助的流程。”我们还没有到达那个阶段，但我非常有信心正确的流程将会到位。
确保电子燃料及其生产设施的安全是该过程的关键部分。
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AL：值得一提的是，我们将采用的化学工程学科具有设计化工厂的标准流程和实践。我们正在经历所谓的前端加载过程，在该过程中，您在与将建造工厂的工程公司合作之前，尝试并进行尽可能多的工厂前端设计。前端加载过程的一部分包括 HAZOP（危险和可操作性研究）等内容。
例如，我们希望使用的固体氧化物电解槽在非常高的温度下运行。您可能不一定希望将它们放在储氢罐旁边，因此整个过程将考虑工厂的布局，并确保其设计尽可能安全。
电子燃料会影响尾迹吗？
AL：凝结尾迹对飞机的变暖效应有很大贡献，这是因为水蒸气。凝结尾迹形成的原因通常是烟灰和灰尘颗粒周围形成冰晶。因此，燃料中的杂质会导致凝结尾迹的形成。可持续燃料的杂质含量要少得多——我们还没有有证据的研究，但从理论上讲，电转液体燃料应该可以减少尾迹。
您认为这项技术距离成为主流还有多远？
在 5 到 10 年内，您将开始看到大量电转液 SAF 的出现。
AL：我认为到 2030 年，我们将开始在飞机上看到很少的量。英国政府表示，到那时，油箱中的燃料必须有0.1%是电子燃料。毕马威 (KPMG) 发布的一份报告称，要实现到 2050 年实现净零排放的目标，飞机油箱中至少 40% 需要由电转液体燃料，或者全球总供应量的 40% 需要由电转液体燃料。液体燃料。
这在很大程度上取决于国家以及电动和氢飞机的运行方式，但我非常有信心在 5 到 10 年内，您将开始看到大量的电转液 SAF 出现。我不确定我们是否或何时能达到 100%，其中生物燃料与电转液体燃料的比例有多少还有待观察。
航空业对价格非常敏感。他们希望机票价格尽可能低，而燃油占机票价格的很大一部分，尤其是长途航班。电转液燃料是最昂贵的 SAF 之一，因此如果排除化石燃料，燃料可能会是 75% 的生物燃料和 25% 的电转液燃料。
然而，毕马威报告还发现，生物燃料无法扩大到该行业所需的规模，因此不受同样限制的电力到液体燃料可能在未来占据主导地位。因此，可能有 75%、25% 的人支持电力转化为液体。
深圳：话虽如此，维珍航空计划于今年 11 月运营一趟航班。这是一次性的，也是一项艰巨的任务，但他们计划纯粹使用 100% 混合 SAF 从希思罗机场飞往美国某个地方。它在很长一段时间内不会成为主流，但 2023 年将会发生一些事情，所以这非常令人兴奋。
本次采访是 IFLScience 的一部分大问题并已针对长度和清晰度进行了编辑。订阅关注我们的时事通讯，这样您就不会错过每周最重要的故事。
