电子燃料可能成为生物燃料生产的未来

美国的石油进口能否用一套以二氧化碳，盐水和低成本天然气生产生物燃料的设施代替？无补贴，无耕地，无授权？

如果您正好是从四年的午睡中醒来，或者是从外部太阳系游览中回来，那么您可能没有意识到美国天然气价格暴跌，预计将保持在石油成本的一半左右，甚至更短的时间。

现在，众所周知，廉价的天然气可以用来产生廉价的电力，或者低成本的压缩天然气可以为某些特殊装备的卡车提供动力。很少有人知道，天然气是通过发酵或催化转化（通常通过甲醇）生产乙醇的平台，而埃克森美孚公司几年前率先采用甲醇制汽油的直接燃料是另一种途径。

天然气更引人入胜的用途之一是利用天然气发电，然后将其直接转化为生物燃料。

?？生物质发生了什么？可再生糖怎么了？

是的，有一整套处理技术，可以利用电力，水和二氧化碳来制造可燃烧的碳氢化合物和其他分子以用作燃料，或者用于绿色化学中来制造调味剂，香料，纤维，溶剂，漆，稀释剂，油漆，清洁剂和许多其他日常用品。

这样做时，此类技术可能绕过了提高产量和成本竞争力的最令人困惑的障碍。

也就是说，光合作用本身。

正如ARPA-E解释的那样，“大多数生物燃料都是通过光合作用产生的植物材料生产的，该过程将太阳能转换为植物中存储的化学能。但是，光合作用是一个低效的过程，植物材料中存储的能量需要大量加工才能生产生物燃料。”

关于电燃料

替代方案？电燃料。这些利用微生物（通常是细菌）直接利用电力产生的能量，不需要太阳能来生长或生产生物燃料。

现在，还有另一类避免使用太阳能并已成为技术平台的微生物-这些是异养藻类，由Solazyme以及BP-DSM合作伙伴和Phycal最著名地利用。像Amyris开发的基于酵母的微生物以及LS9开发的基于大肠杆菌的魔术虫一样，这些生物使用糖（可再生的或常规的）作为原料-即使免于直接使用光合作用，他们仍然间接地将其用于产生发酵的基础糖。

现在，有一些神奇的虫子可以直接从二氧化碳和水中合成糖或燃料分子。使用它们的人包括Joule Unlimited和Proterro。但是它们利用太阳能作为能源–尽管与生物质循环完全分开，但它们依赖于光合作用。

但是，电子燃料不仅绕过生物质，而且还绕过光合作用。因此，因为它们避免了使用任何古老的基础系统将能量转换为分子，所以它们摆脱了效率低下或进化所施加的限制。

ARPA-Es的电子燃料计划正在寻求利用这些特性来创建比当前生物燃料生产方法的能源效率高10倍的流程。早在2010年，他们就资助了13个项目，这些项目将试图推动可行技术的发展，以达到这些生产力水平。

ARPA-E上的电子燃料替代品

现在，这不是ARPA-E上唯一解决光合作用问题的程序。在PETRO项目中提供了最新的一类技术。

低成本生产高级生物燃料的技术受到光合作用捕获的少量可用能量的限制，并且用于将植物物质转化为燃料的过程效率低下。PETRO的目标是创建能够从阳光中吸收更多能量并将其直接转化为燃料的植物。ARPA-E寻求资助优化能量捕获和转化的生化过程的技术，以开发健壮的，适合农场使用的农作物，这些农作物每英亩提供的能量更多，而泵之前的处理却更少。

如果成功的话，PETRO将以目前成本的一半生产生物燃料，最终使其与石油燃料相比具有成本竞争力。该计划领域将提供高达3000万美元的资金。

使用天然气的大规模生产–有潜力吗？

一个平台有多强大？好吧，我们听说过多年来生产力最高达到每英亩100,000加仑的一些说法，由于光合作用带来的物理限制，他们始终未能兑现自己的诺言。但是这里有一些神奇的虫子，它们的确可以产生每英亩20,000+加仑的产量，甚至可以通过荒漠地板上的平板产生。

它们可以产生24/7的燃料，您甚至可以以三维方式生产它们，以实现更大的种植效率。您可以将它们堆叠到天空或地心，并且每英亩的产量可以达到堆叠成本所允许的最高水平。

为什么现在重新产生兴趣？如果将天然气用作基础原料，那么美国低成本天然气的供应将彻底改变这些燃料的经济性。

另外，由于这些燃料不受阳光，风或生物量的要求，因此可以在任何有意义地获取水和CO2的地点（天然气田本身通常都含有CO2）进行生产，并且不受规模的限制。聚集生物质的可行性。

电子燃料真的是生物燃料吗？

它们完全是生物燃料吗？好吧，我们是这样认为的-因为我们认为使用生物过程通过魔术虫生产的任何燃料都是生物燃料。但是对于那些使用“必须由生物质中间体制成”的人来说，燃料将无法通过该测试。例如，无论是焦耳无限燃料，还是Coskata用天然气或LanzaTech用高炉废气生产的燃料，都不会。

并不是有任何理由为何不能将太阳能，风能，地热生物质用作能源，增加绿色属性或在汽油稀少或负担不起的情况下创造可行性。实际上，考虑到液体燃料的能量密度与当前的可再生能源存储系统（例如电池）相比，电燃料系统可以被认为是存储可再生能源发电的更有效方法。

但是，考虑一下俄克拉何马州亨利中心堆积的所有天然气，您会对这类燃料的规模和潜力有所了解。

以一个国家为例，美国可以实现多小的占地面积以实现能源独立？80,000英亩-比如说，一个大型牧场的大小？可能。

一个例子：加州大学洛杉矶分校的电子燃料计划

加州大学洛杉矶分校（UCLA）正在利用可再生电力为基因改造的富营养小球藻（Ralstonia eutropha）细菌提供直接的液体燃料生产动力。加州大学洛杉矶分校正在使用可再生电力将二氧化碳转化为甲酸，这是一种可溶于液体的化合物，可向细菌输送碳和能量。细菌经过基因工程改造，可将甲酸转化为液体燃料，在这种情况下为醇，例如丁醇。

电燃料技术的当前局限性

好吧，现在他们都在实验室里了。但更重要的是，与真正不能以高水平混合并符合EPA和车辆规格的酒精相反，在真正大规模的情况下，将需要直接使用燃料。

目前，尽管哈佛大学怀斯研究所正在研究辛醇，但大多数电子燃料的魔术虫已被设计用于生产高级醇，通常是异丁醇。其他人则在寻找需要进一步升级以生产代用燃料的生物油。

一个孤独的替代方案–旨在降低燃料吗？Ginkgo BioWorks有一个生产异辛烷的项目-现在在汽油范围内（并且辛烷值达到了100％-实际上，它是用于测量抗爆性能的“辛烷值”的基准汽油成分）。

另一个限制？水。在规模上，该系统可能将需要以海水为基础，或者至少以微咸的非饮用水为基础，甚至是从化石井口地区回收的水。解决生物量问题没有任何意义可以重新回到淡水可持续性问题。

扩大电子燃料技术

今年2月，ARPA-E发布了一项信息咨询（RFI），重点是加快发展可转化市场的非光合成生物燃料技术的开发。在实验室规模的技术支持下，ARPA-E现在正在寻求行业，学术界和其他感兴趣的利益相关者的意见，以了解在商业规模的设施中扩大规模和应用这些及相关技术所需的步骤和挑战。这是融资机会的公告。

通过。吉姆·莱恩

资源：生物燃料文摘