自20世紀(jì)70年代以來，隨著傳統(tǒng)能源價格上漲，加之環(huán)保壓力和全球氣候變化影響，生物燃料因其具有可再生性和污染小等優(yōu)點逐漸被世界各國所重視。當(dāng)前，各行業(yè)對大多數(shù)生物燃料能量密度要求較高，使得制備的生物材料難以符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外科學(xué)家們正在尋找新的材料，幫助生物質(zhì)原料發(fā)揮出自身的更大燃燒性能。
近日，一種新型節(jié)能催化材料為推動低成本、可持續(xù)生物燃料帶來的新的前景與希望——曼徹斯特大學(xué)研究團(tuán)隊通過試驗論證，證明在生物燃料制備中，加入天然沸石可促進(jìn)可再生生物質(zhì)中高效生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴，這項研究為丁烯的可持續(xù)生產(chǎn)提供了前景，并將成為可持續(xù)利用生物質(zhì)的更優(yōu)方案。
一、生物燃料：替代傳統(tǒng)能源的新藍(lán)海
生物燃料是指來自生物質(zhì)的生物柴油、乙醇和其他合成能源，包括燃料乙醇、林業(yè)原料乙醇等。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷提高，對可再生資源的重視程度不斷加大，可再生資源替代化石燃料將成為大勢所趨。目前國內(nèi)生物燃料產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生物燃料占我國石油消費總量的比例也在逐年提升。2021年我國生物燃料產(chǎn)量約為275萬噸，同比增長了25.7%；2022年1-5月中國生物燃料產(chǎn)量達(dá)275萬噸，同比增長了30.4%。根據(jù)公開資料顯示，我國已探明的可利用植物種類約5.7億畝（含野生種）。由于其可以較好地替代由石油制取的汽油和柴油，因而成為可再生能源開發(fā)利用的重要方向。
隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國在能源、環(huán)境、社會等領(lǐng)域正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，生物能源的發(fā)展與中國經(jīng)濟(jì)增長相輔相成。未來隨著生物燃料產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，隨著相關(guān)政策法規(guī)逐步完善和生物燃料在終端能源消費領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，我國生物燃料將實現(xiàn)更快更好的發(fā)展。國家《2030年前碳達(dá)峰行動方案》明確提出“加快生物燃料生產(chǎn)”，《能源法》提出“加快推進(jìn)生物質(zhì)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)和分布式能源等清潔化利用技術(shù)開發(fā)”。在國家政策驅(qū)動下，在政策推動、市場需求持續(xù)增長等因素的共同作用下，我國生物燃料產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)快速發(fā)展。預(yù)計到2025年生物燃料產(chǎn)量將達(dá)到330萬噸左右，市場規(guī)模約為150億元左右；到2030年我國生物燃料產(chǎn)量要達(dá)到360萬噸左右，年均復(fù)合增長率為20.9%。
二、沸石：增強生物燃料性能的“加速器”
生物燃料領(lǐng)域，如今已然成為人們關(guān)注的焦點。在生物燃料制備中，其丁烯釋放量決定了自身燃燒性能。而通過研究人員試驗論證，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料的加工過程中，加入沸石，可以通過沸石自身特殊的性質(zhì)，促進(jìn)丁烯加速釋放，且無需為轉(zhuǎn)化消耗大量能量。曼徹斯特大學(xué)研究人員認(rèn)為沸石能夠通過自身的催化作用，可以非常高效地將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料來源，并為制造先進(jìn)的可再生材料提供了新的可能性。
廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院陳思思等人，通過對生物質(zhì)轉(zhuǎn)化試驗中，發(fā)現(xiàn)加入沸石后對生物質(zhì)進(jìn)行處理，生物燃料的燃燒質(zhì)量得以提高，并且獲得的生物油數(shù)量增加，能夠應(yīng)用于生產(chǎn)燃料中。周之棟等人以木屑纖維素為生物質(zhì)原料，通過在制備過程中加入天然沸石，研究發(fā)現(xiàn)獲得的生物油產(chǎn)率顯著提高，并且將該產(chǎn)物制成的生物瀝青與石油瀝青對比，生物瀝青表現(xiàn)出較低的H/C比、較高的氧含量以及更多的輕質(zhì)組分，具有更好的熱穩(wěn)定性。
沸石因其具有良好的催化性、環(huán)境友好等特性，因而被部分研究人員認(rèn)為是第三代生物燃料的“核心”，尤其是在過去的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，需要從純化的含氧生物質(zhì)中生產(chǎn)丁烯需要大量能量或極高的溫度，但是使用沸石，能夠依靠其特性，用更溫和的條件直接轉(zhuǎn)化原始含氧化合物，消耗的能量少得多，且對環(huán)境更友好。
三、沸石生物燃料的發(fā)展前景
過去幾年中，市場對可持續(xù)生物燃料的需求一直在顯著攀升。諸多生物燃料企業(yè)對沸石生物燃料項目表示極大的興趣。可持續(xù)、先進(jìn)的沸石生物燃料在實現(xiàn)氣候目標(biāo)方面具有非常重要的地位。曼徹斯特大學(xué)研究學(xué)者認(rèn)為，沸石生物燃料是當(dāng)今市場上為數(shù)不多的能夠真正對減少碳足跡產(chǎn)生實質(zhì)影響的可用選項之一。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，其已經(jīng)將該技術(shù)廣泛推廣于各運輸公司，引導(dǎo)其接受一系列減排方案，使得運輸公司能夠滿足客戶對無化石燃料的需求，并幫助公司實現(xiàn)更廣泛的ESG(環(huán)境、社會和公司治理)目標(biāo)。事實上，越來越多的行業(yè)領(lǐng)軍人物已經(jīng)關(guān)注或選擇了沸石生物燃料。
根據(jù)《中國生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃（2021-2025年）》，到2025年我國可再生能源綜合利用量達(dá)到45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中生物質(zhì)資源量為8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國的生物質(zhì)能源行業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展階段，隨著國內(nèi)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及國家能源安全戰(zhàn)略的實施，預(yù)計未來我國生物質(zhì)能源行業(yè)將持續(xù)保持較快發(fā)展。其中，沸石作為加速生物燃料提質(zhì)的“關(guān)鍵要素”，將有更大可能取代化石衍生材料，推進(jìn)全球新一代燃料革命的新進(jìn)程！
資料來源：國投盛世
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