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解脱原油,生物财富成新话题

2019-10-21 04:45 来源:未知

  今年巴黎航展,因为世界最大太阳能驱动飞机“阳光驱动”号的参展,再次刮起了绿色能源之风。同样在军机能源方面,为了摆脱对石油的依赖,也一直在寻求可靠的清洁能源。目前美国空军已率先尝试使用生物燃料,它们认为替代能源战略远比单一的新技术装备更重要。

刚刚结束的巴黎航展突出了“创新与环保”的主题,航空生物燃料供应商纷纷亮相。波音747-8货机首次亮相国际航展就利用可再生航空燃油飞越大西洋抵达巴黎,完成了民用飞机首次利用生物衍生类燃油进行跨大西洋飞行。

  现代战争中,航空兵已经成了绝对的主角,由于航空力量的介入,战场的前沿和后方的空间距离一下子被拉大到相当惊人的地步,数百乃至上千公里,并不是什么罕见的事儿。然而,航空兵本身是对燃料依存度极高的兵种,征伐距离的超限度延伸带来了一个不可避免的问题,即大量燃料的运送通道变成了强悍军队的软肋。驻扎在阿富汗的北约军队,其满载燃油的油罐车就常常在漫长的山地运输途中遭遇武装分子袭击,很快沦为一堆堆熊熊燃烧的篝火。令包括美军在内的北约部队头疼不已。

2011年6月,制定石油产品相关标准的美国材料与实验协会暂时批准了加氢处理的生物燃料在飞机中应用,正式批准将在7月生效。该规则为使用混合生物燃料给民用飞机提供动力扫清了制度上的障碍。

  战争一旦爆发,政治环境的变化可能导致石油采购的困难,这对严重依赖燃料维持战斗力的军队,特别是最受倚重的航空兵而言,不啻是毁灭性的打击。强大的战斗力构成的坚硬外壳,却罩不住燃料供应以及补给线的软肋。美国人发现,要想让军队,特别是空军的作战效能真正得到质的提升,必须设法降低空军对于外来油料的依赖,除了提高现有的航空发动机效率外,还必须开发新的可再生的清洁燃料。

高企的燃油价格和环保要求使得航空公司不堪重负

  美国空军在美国武装力量中占据了相当重要的地位。除了空军,海军战斗力的很大部分也是由航母舰载机组成的。从能耗上讲,美国空军可能算是世界上能源消耗量最大的单一组织,燃料成本对其作战费用具有举足轻重的影响。美国空军的研究表明,每桶石油的价格每增加1美元,美国空军就要为此多付出6600万到美元。2005年,美国空军就决心逐步开始摆脱对外来油料的依赖。

由于中东局势的动荡,原油的价格再次突破100美元/桶大关,国际航空运输协会(International Air Transport Association,IATA,简称“国际航协”)在6月下调了其之前对航空业盈利的预测,从之前的86亿美元下调至40亿美元,燃油成本占航空公司总成本的比例已经接近40%,上涨的燃油价格成为了航空公司挥之不去的梦魇。

  按照最初的构想,美国空军制订了“两步走”的行动目标。第一步,到2011年,首先证明空军全部装备可以使用合成燃料。到2016年,空军希望利用费舍尔-特罗普什工艺(Fischer-Tropsch,以下简称F-T工艺)工艺制取的合成燃料能够占据其燃料使用量的50%,这些燃料包括石油燃料、天然气燃料、煤基燃料、植物燃料和其他原油替代品。

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  2006年,美国空军一架B-52“同温层堡垒”率先使用生物燃料进行了飞行测试。2007年,一架C-17“环球霸王”III也靠着生物燃料飞上了天。2008年8月,美国空军一架F-15E“攻击鹰”成为F-T工艺合成燃料的首架战斗机试验品。也是在这一年,美国空军一架B-1B“枪骑兵”战略轰炸机使用混合生物燃料进行了首次超音速飞行。此外,加利福尼亚爱德华兹空军的T-38教练机和田纳西州孟菲斯国民空中警卫队的一架C-5“银河”,都使用生物燃料进行了飞行测试。

图2:航空正走进生物燃料时代。

  费舍尔-特罗普什工艺(Fischer-Tropsch)最早在上世纪20年代创立,是通过一系列化学反应将一氧化碳和氢气混合物转化为液态碳氢化合物的过程。利用这种方法,可以从煤炭、天然气或者生物中制取石油替代品,作为合成润滑油和合成燃料。F-T工艺燃料工厂必须首先将煤炭或固体含碳原料转化为气态反应物,例如一氧化碳、氢气和烷烃。这一过程成为气化。气化过程会产生污染物而且耗能较大。以煤为原料的F-T工艺工厂会产生大量二氧化碳,部分原因是由于这一过程需要消耗较多的能源。目前人们正在研究将生物气化法和F-T工艺合成物联合制取可再生燃料。

然而,更让航空公司难受的,是日益苛刻的环保门槛。欧盟已经将航空业纳入了碳排放交易体系,从2012年起,所有进出欧盟的航班都必须购买一定的碳配额。根据IATA的测算,欧盟碳排放交易将使航空公司成本每年增加35亿美元,并且这一数字将会逐年递增。

  考虑到美国巨大的煤炭蕴藏量——约占全球储量的四分之一,有人认为美国空军未来最有潜力的燃料是液化煤,这一提议显然十分具有诱惑力。曾任美国空军部长的麦克·韦恩在谈到替代燃料的初步构想时表示,空军曾积极考虑过使用煤基燃料。“我们将在一段时间里成为以煤为燃料的国家,使用这种能源将产生巨大的影响,也会带来很多问题。或许不等我们成功证明所有喷气式飞机都能使用煤基燃料,外国宣传报道上就会出现满脸乌黑的美国矿工形。”

2010年10月国际民航组织第37次会议上,所有成员国承诺了一个框架性减排目标:到2020年全球燃油效率平均每年提高2%,从2021年到2050年争取实现每年能效提高2%,到2050年航空业实现碳中和。碳中和的实现方式包括生物燃油、空管技术改进、飞机和发动机技术的创新等。

  事实上,批评使用煤炭资源的呼声也不少。把煤液化作为燃料使用,会导致更多的二氧化碳排放,由此带来的问题难以解决。美国空军部长助理比尔?安德森认为,如果我们没有办法取得“清洁煤”,那么全世界都面临严重问题……全球煤炭的开采和使用在未来将迅速增加,这一趋势不可逆转。寻找可再生能源、开发核能,以及节约和提高效率的做法会起一定的作用,但仍然无法满足全球能源需求的增长。

生物能源问题成为航空界共同关注的问题

  韦恩并未完全否定应用煤基燃料的可能,他说空军会考虑将煤基燃料和生物燃料联合使用。“现在是时候考虑我们的餐盘上有些什么了?美国拥有辽阔的沙漠地区可以生产生物燃料,拥有丰富的煤炭储量。我们应该充分利用。”但也有一些专家对合成燃料表示怀疑,剑桥能量研究所全球石油咨询组主任朱里奥斯说,长期使用F-T工艺合成燃料“并不实际也不经济”。“F-T法最大的缺陷在于,制取燃料的工厂占地巨大,这需要巨额资金投入。而在同样产出水平上,F-T合成燃料生产厂所需的投资是普通炼油厂的5倍。”

航空替代燃料问题成为行业共同关注的问题,虽然也可以用煤和天然气作为原料经过费托处理来获得替代燃油,但由于煤和天然气属于不可再生资源,因此目前主要的替代能源是生物燃料。生物燃料必须来自有充足供给的原料,且不能与民争食,目前已经发展到第二代生物能源,国际上比较成熟的航空生物燃料主要从麻风树、亚麻荠、海藻和盐生植物中提取,其中以亚麻为原料的种植、提炼、标准化工作最为成熟。根据生物质能咨询公司的研究,以亚麻为原料生产的航空生物燃料预计到2025年将接近10亿加仑,创造25000个就业岗位,收入超过55亿美元,为种植的农民增收35亿美元。根据波音公司的预测,预计到2040年,航空生物燃油的使用比例将占到50%。

  无独有偶,美国科学委员会在2008年也出具了一份报告,对这项技术的可行性表现出“极大的担忧”,认为建造合成燃料工厂投资过大,而种植原料则可能带来环境问题。此外,目前的生产工艺还会产生大量的废水。报告中几乎毫不遮掩地说,“花费如此巨大的投资制取合成燃料,最后的结果只能证明这项技术缺乏可行的市场前景,不可能扭转战区燃料缺乏的局面。这笔钱完全可以花在更有效果的方案上。”但究竟什么方案可能更有效,报告中却没有提及。

航空生物燃料发展路径预测

  美国空军的想法与此不同,按照韦恩尼的说法,空军应该成为“市场缔造者”,通过创造巨大的可靠的合成燃料市场需求来刺激市场运行。安德森把这称为能源方面的“曼哈顿工程”(二战时期美国研制工程的代号),在这个工程中,私营公司将由于新发现发生革命性的变化,军方的投资也会相当慷慨。

过去几年,一些制造商使用各种混合生物燃料进行了若干次成功的试飞,取得了大量进展。各方对航空在短期到中期更多地使用有利环保的生物燃料寄予厚望,但要对生物燃料的环境影响进行完全评估,需要对所有燃料的全寿命周期碳足迹定量进行标准化。

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