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甘蔗也有超能力,能讓飛機翱翔於天際!?

航空業佔全球人為二氧化碳排放量的 2%,雖然相較於發電和家庭供暖系統的 40%看起來似乎微不足道,但航空業卻是世界上成長最快的溫室氣體來源之一。而預計航空旅行的需求在未來 20 年內將增為現在的兩倍。在碳排放和國際油價的壓力之下,如何減少石油的使用成了各航空公司不得不面對的問題。

為了解決此一問題,伊利諾大學的研究團隊近期正致力於「甘蔗」生質燃料的研究。他們研發出一新品種的甘蔗,可使每英畝(約等於4047平方公尺)土地生產超過 2500 公升的生質燃料。舉個實際一點的例子:利用這種新品種的甘蔗,我們僅需54英畝的土地即可使一架波音747於空中飛行十個小時。相較於另外兩種生質燃料原料:大豆和麻瘋樹,甘蔗每單位面積所產生的燃料量分別為十五倍和十三倍。

source:EDWARDS AIR FORCE BASE

生質燃料 V.S. 化石燃料

利用富含油脂的亞麻薺和藻類等原料所生產的生質燃料已經通過飛行概念驗證 (proof of concept flights)(概念驗證為對某些想法的較簡短的實現版本,以證明其可行性或示範其原理)。美國材料和試驗協會(ASTM)也已經核准商用和軍用飛機使用石油與加氫處理過的生質燃料一比一的混合燃料。然而,即使經過多方面的努力,目前航空生質燃料的產量還是非常有限。大規模的生產尚需技術面的改進和大量低成本的原料(用於生產燃料的作物)。

你或許知道「甘蔗」是一個常見的生質燃料原料,但你可能不知道,甘蔗生質酒精所產生的能量比生產過程中使用的能量高出 25%,而與化石燃料相比,溫室氣體的排放量更減少了 12%。若是我們能增加工廠的石油產量,並使用石油來生產生質柴油,將可提供更大的環境效益,因為生質柴油所產生的能量比生產其所需的多 93%。而與化石燃料相比,碳排放量更減少 41%。

雖然生質酒精和生質柴油都可以用於航空生質燃料,但以現今的技術而言,將生質柴油轉化為航空燃料的產能較高。

你或許知道「甘蔗」是一個常見的生質燃料原料,但你可能不知道,甘蔗生質酒精所產生的能量比生產過程中使用的能量高出 25%,而與化石燃料相比,溫室氣體的排放量更減少了 12%。圖/寺人孟子@Wikimedia

擁有超高油脂「脂質甘蔗」

一般的甘蔗植物只含有 0.05% 的油,這對於轉化成生質柴油來說太少了。許多植物學家推測,若是我們將油量增加到 1% 將會在加工過程中產生有毒的物質而影響工廠,但是研究團隊預測我們可以將油脂產量提高到 20%。

在美國能源部的支持下,研究團隊啟動了一項名為 PETROSS 的計畫,利用基因工程的技術,成功使甘蔗葉中的油脂含量達到 12%。而現正努力實現 20%的目標,並試圖將這些油脂積聚到莖上,因為這樣油脂比較更容易取得。而研究更顯示,這些新品種的甘蔗不只產生更多的油脂,它們還繼續產生糖分,因此將這些甘蔗稱為「脂質甘蔗」。

利用基因工程的技術,不僅成功提高了油脂的產量,也增加了甘蔗光合作用的效率,使其儲存更多成長所需的能量。目前,初步田間試驗的結果顯示,研究團隊已經成功提高甘蔗 20% 的光合效率,而在涼爽的情況下更提高了近 70%。

利用基因工程的技術,不僅成功提高了油脂的產量,也增加了甘蔗光合作用的效率,這可使其儲存更多成長所需的能量。圖/pixabay

超能力甘蔗所帶來的效益

根據計算,含有 20% 油脂的脂質甘蔗,每英畝的利潤是大豆的五倍(目前美國生質柴油的主要原料即為大豆)、玉米的兩倍。而在燃料產量方面,更是大豆的十五倍以上。

再者,甘蔗也提供了其他的能源效益。榨汁後剩餘的部分(即甘蔗渣),可以燃燒產生蒸氣及電力。根據分析,這將產生足夠的能量來維持生物煉油廠的運作,而剩餘的電力可以賣回電網,取代化石燃料所產生的電力。身為甘蔗大國的巴西,部分工廠已經使用了這項方法。

未來,若是我們能建造先進的工廠,處理這些超能力甘蔗,不僅能減少碳的排放,也能避免能源危機的發生。或許二十年後,搭飛機時稍微注意一下,你可能是乘坐在以生質燃料為動力,而翱翔於天際的噴射客機!

參考資料:

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