07 February 2008

Most biofuels may increase greenhouse gas emissions because clearing grassland or forest to plant them releases carbon dioxide, two groups of US researchers have independently concluded.

The new analyses show that large amounts of trapped carbon are released into the atmosphere when vegetation burns or decays as land is cleared. This up-front 'carbon debt' can take centuries to claw back via emissions gradually avoided by using biofuels instead of fossil fuels.

Only biofuels made from waste products or grown on abandoned lands do less harm than good, the researchers say.

'Does the carbon you lose by converting forests, grasslands and peatlands outweigh the carbon you 'save' by using biofuels instead of fossil fuels? The answer is no,' said Joe Fargione, of US environmental charity the Nature Conservancy, who co-authored one study together with researchers from the University of Minnesota [1].

"Does the carbon you lose by converting forests, grasslands and peatlands outweigh the carbon you 'save' by using biofuels instead of fossil fuels? The answer is no"
- Joe Fargione

In the best possible case that Fargione's team examined, sugarcane ethanol grown on converted Brazilian savannah would need to replace petrol emissions for 17 years just to repay the carbon released when the savannah was converted. Other examples, such as soybean biodiesel from cleared Amazonian rainforest, took centuries to break even.

Using existing cropland to grow biofuels might seem to avoid the problem. But as the second land-use study points out [2], this would trigger higher crop prices, and farmers would respond by clearing more forest and grassland to replace crops. Indirectly, therefore, sequestered carbon would be released into the atmosphere anyway.

'Simply put, most of the biofuels people think will save greenhouse gases, won't,' said Tim Searchinger, of Princeton University, who co-authored the second study.

Worrying figures

The problem is hardly surprising, Searchinger told Chemistry World: both direct and indirect carbon debts have been routinely noted in previous papers analysing biofuel emissions savings. But these caveats had no numbers attached and so were eclipsed by headline figures. Now that the US teams have quantified the problem, the debts look more worrying.

"Simply put, most of the biofuels people think will save greenhouse gases, won't"
- Tim Searchinger

The studies raised immediate questions for biofuels policies, Searchinger said. The EU, for example, has proposed strict certification and sustainability standards so as not to use biofuels produced from rainforests. But that means that farmers would simply turn cropland to biofuels and clear forests to grow more crops instead. 'The current policy will have virtually no effect and needs to be dramatically revised,' he said.

Amid the gloom, there were some positive options available, both reports concluded. Biofuel produced from municipal solid waste, manure, housing waste, or corn husks which would otherwise decompose in soil were sustainable - though the latter option would have to be carefully managed not to exacerbate soil erosion. And biofuels grown on grasslands in poor soils - or perhaps from algae grown on deserted lands - would also avoid a carbon debt, though yields would have to improve.

But investigating these options would probably 'take more time than . we've provided for,' said Searchinger. 'Industry is under enormous pressure to adjust the numbers to justify biofuels that probably don't deserve it,' he added.

Richard Van Noorden

References

1 J Fargione et al, Science, 2008, (DOI: 10.1126/science.1152747)

2 T Searchinger et al, Science, 2008, (DOI: 10.1126/science.1151861)

http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2008/February/07020802.asp

14 February 2008

A naturally occurring fruit lactone could prove useful as a new type of biofuel, say Hungarian scientists.  

Istvan Horvath and colleagues at Eotvos University in Budapest have found that gamma-valerolactone has 'all the qualities of a good biofuel', including being easy and safe to store and transport.  

Horvath explained 'of course the quantity of gamma-valerolactone found in fruits is very, very small and we would not want to use a food resource as a fuel, instead we plan to convert carbohydrates obtained from agricultural residues, wood and wood wastes directly to gamma-valerolactone'.

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2008-2-15 16:56

The fruit lactone could prove useful as a new type of biofuel
© Les Chatfield

The team tested the lactone and ethanol as 10% additive:90% gasoline mixtures and found that as fuel additives their properties were very similar. However, what makes gamma-valerolactone attractive as an alternative to ethanol is that it is produced by a less energy demanding process, because unlike ethanol it is removed by distillation.  Additionally, 'its lower vapour pressure may also mean improved fuel performance', said Horvath. The lower vapour pressure means emissions of volatile organic compounds are minimised, and corrosion and instability which can be a problem during storage and transportation of fuels are avoided with gamma-valerolactone, he said.

Robert Crabtree from the Centre for Green Chemistry and Green Engineering at Yale University explained that it is difficult, but critically important, to find sustainable biofuels. 'Horvath has taken the first step by showing that gamma-valerolactone has many of the right properties. The challenge now is to find a synthetic route that can be run economically at the scale required and which does not compete with food resources.'  

Horvath has ambitious plans to improve the yields of gamma-valerolactone obtained from biomass and to develop novel chemistries to enable it to be used as a feedstock for carbon-based chemicals.


Janet Crombie
Link to journal article

-Valerolactone—a sustainable liquid for energy and carbon-based chemicals
István T. Horváth, Hasan Mehdi, Viktória Fábos, László Boda and László T. Mika, Green Chem., 2008, 10, 238
DOI: 10.1039/b712863k

http://www.rsc.org/Publishing/Ch ... to_fossil_fuels.asp

from:http://www.sciencetimes.com.cn/h ... 55725141202225.html


氢燃料无疑是解决人类面临的能源环境问题的一把金钥匙，不过，氢的存储问题可能是科学家需要攻克的最大难关。尽管目前市面上已经有以氢为燃料的交通工具，但它们储氢罐的体积、质量和储存能力都还有很大的可改进空间。

金属络合物作为一种典型的储氢材料，氢的存入和放出的速度较快。1997年，科学家发现如果在一种金属络合物——NaAlH4中加入少量钛，那么不仅氢从该材料中释放出的温度会大大降低，在一定压力和温度下，高密度氢的补给和存储也会变得更加容易。

不过，10年来，少量的钛究竟在其中起了什么作用，一直是个谜团。在最新的研究中，美国加州大学洛杉矶分校的科学家通过分子动力学模拟，为这一谜题找到了答案。这一成果有望为设计更好的商业储氢设备铺平道路。相关论文发表在2月27日的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。

在研究中，UCLA材料科学与工程系副教授Vidvuds Ozolins领导的小组利用计算机模拟分析了没有添加钛的纯NaAlH4的性质，重点关注了在可释放氢的温度下，材料中发生的原子过程以及氢和NaAlH4间化学键的变化。研究人员得到了实验很难获得的信息。

从NaAlH4材料中脱氢的一个必要的反应机理就是铝离子在该氢化物中的扩散。通过将模拟研究得出的铝运输激发能量与实验确定的值进行比较，研究人员发现，在有钛催化的NaAlH4材料中，铝扩散是关键的脱氢速度限制过程，而钛的催化作用能够促进这一过程，从而使络合材料能够在较低温度下开始释放出氢。

研究人员表示，新认识和研究方法可以用于分析其它储氢材料，从而开发出比NaAlH4更好的储氢系统。（科学网 任霄鹏/编译）

（《国家科学院院刊》（PNAS），10.1073/pnas.0709224105，Hakan Gunaydin, Vidvuds Ozoli）


PNAS论文摘要

Vidvuds Ozolins个人主页

新华社电 欧盟委员会2月２５日公布的一份报告显示，如果从现在起大力推广氢燃料，那么到２０５０年，欧盟道路交通的燃油消耗量有望比目前减少４０％。

报告认为，无论是从环境还是从经济角度考虑，使用氢燃料都是交通运输行业可持续发展的最可行的选择之一。

然而，这项由欧盟资助的研究也指出，推广氢燃料当前还面临经济、技术和制度上的一系列瓶颈。一方面，欧盟面临良好的机遇，有可能率先发展氢燃料和燃料电池技术，将其用于交通运输和能源供应。另一方面，挑战也相当严峻，欧盟必须尽快采取正确的举措。

报告认为，欧盟需要大幅减少氢燃料的终端应用成本，尤其是交通运输行业应用氢燃料的成本，这样才能使氢燃料更具竞争力。

据报告估计，如果氢燃料推广顺利，从现在到２０２５年至２０３５年间，欧盟推广氢燃料所带来的好处将足以弥补前期投入，在２０３０年，欧盟将有１６００万辆汽车使用氢燃料，与氢燃料相关的基础设施建设投资累计将达到６００亿欧元。

作者:　　　发表时间:2008-03-11　　　摘自:新华网

如果美国洛斯阿拉莫斯国家实验所的科学家得出的结论准确无误的话，５０年内人们还将继续使用汽油动力车，但这种车排放的二氧化碳将不再导致全球变暖。 　　据西班牙《国家报》日前报道，该实验所科学家杰弗里·马丁和威廉·库比茨提出一项名为“绿色自由”的概念，即去除空气中的二氧化碳，并把它转化为汽油。 　　这是一个简单的构想：把空气吹入碳酸钾溶液，即可吸收空气中的二氧化碳。然后再把二氧化碳从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料。 　　马丁指出：“这个概念中的每个环节都是现成的，有的已在运作，或是有近似的科技。” 　　但是，把这一概念付诸实践需要巨大的能源，这恰恰是至今尚未出现一所此类工厂的原因。 　　为了解决这个问题，洛斯阿拉莫斯国家实验所已经开发了一系列创新技术，包括电气化学分离二氧化碳，该技术已经通过测试。 　　马丁和库比茨计划在一年内进行最简单的示范，然后在两年后建造出更大的样本厂。他们认为，这一构想是目前最可行的替代能源方案。马丁说：“这是目前我所见过的唯一能解决所有问题的办法。”

zz http://www.nsfc.gov.cn/Portal0/InfoModule_385/24769.htm

转了几道手了，不知道原始技术怎么样？
有时也是科研人员为了拿经费，找媒体造势啊

Scientists at the University of Maryland say novel enzymes could help solve the ethanol dilemma
Alexander H. Tullo
Maryland Gov. Martin O'Malley was at the University of Maryland, College Park, on March 10 to present a $50,000 state grant to Zymetis, a company spun off from research conducted at the university. The company will use the grant to accelerate the commercialization of a novel process to make ethanol from cellulosic biomass.

Maryland Technology Enterprise Institute

FUELING UP Ben Woodard (left), director of the bioprocess scale-up facility at the University of Maryland's Maryland Technology Enterprise Institute, works with Hutcheson to scale up Zymetis' bacterium.


At the heart of the new process is a mixture of enzymes derived from the bacterium Saccharophagus degradans, which was discovered by chance and isolated from Chesapeake Bay salt marsh grasses. Steven W. Hutcheson and Ronald M. Weiner, professors at the University of Maryland's College of Chemical & Life Sciences, are patenting the mixture and naming it Ethazyme. Hutcheson founded Zymetis in 2006 to license the enzymes for biofuels production.

Today, most ethanol is made by fermenting sugars from agricultural products such as corn and sugarcane. But the large-scale use of food crops for fuel production is controversial because it will allegedly raise food prices. Thus, companies have been seeking ways to make fuels out of cellulosic waste products such as corn stover, woody residues, and switch grass with a variety of chemical and biochemical processes.

Hutcheson claims that the Zymetis enzymes are an advance in the field because they break down cellulose faster and "more simply" than other methods. "We believe we have the most economical way to make the novel, efficient enzymes needed to produce biofuels from cellulosic material," he says.

Zymetis is working with Fiberight, a firm that processes waste cellulose such as paper, to establish a plant that converts such waste into ethanol. With the process, a University of Maryland spokesman says, 20 lb of paper can yield 1 gal of ethanol.



Chemical & Engineering News

者：王献红 来源：科学时报

王献红：“绿色自由”目前还处于概念阶段



美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室的科学家杰弗里·马丁和威廉·库比茨提出一项名为“绿色自由”的概念，即去除空气中的二氧化碳，并把它转化为汽油。


目前，大气中二氧化碳含量高达27500亿吨，每年在碳循环中的二氧化碳约6600亿吨，但每年因人类活动和森林退化额外产生257亿吨二氧化碳，这些未平衡的二氧化碳约占碳循环的3.9%，导致大气中二氧化碳的浓度从工业化前的270ppm到目前的380ppm，并作为主要温室气体引发了日益变化无常的气候问题，因此二氧化碳已经成为世界范围最受关注的环境问题。尽管目前已经提出了许多解决方案，但同时考虑碳平衡和能量平衡的方案却很少见到。

2007年11月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的杰弗里·马丁（F. Jeffrey Martin）和威廉·库比茨（William L. Kubic）提出了一个轰动全世界的“绿色自由”(Green Freedom)概念，即“生产碳平衡的合成燃料和化学品的概念”。该概念分成3个步骤，首先利用浓碳酸钾溶液吸收空气中的二氧化碳；第二步，采用电解法把二氧化碳从溶液中提取出来，同时将水分解成氢气和氧气；第三步，将氢气和二氧化碳转化为合成燃料或有机化学品。按照马丁的观点：“这个构想中的每个环节都是现成的，有的已在运作，或是有近似的技术。”马丁教授随后于2008年2月在美国佛罗里达的当今替代能源会议（Alternative Energy NOW）作了详细的阐述。新华社也在2008年3月11日以《美国科学家提出将二氧化碳变为汽油方案》为题作了报道，由于二氧化碳温室气体的特殊影响，马丁的工作引起了广泛关注。

近几年来，世界各国科学家一直在努力探索二氧化碳转化为汽油的问题。早在2002年，日本德岛工业技术中心研究员Nakamichi Yamasaki就报道了二氧化碳变汽油的工作，Yamasaki采用铁粉做催化剂，利用盐酸作为氢源，与二氧化碳在100MPa和300℃下反应，获得了一定数量的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷，进一步改进催化体系则有望得到含碳量更高的烷烃——汽油。这样的温度和压力条件只需使用一家发电站用不完的热量即可以提供。因此若能进一步改进催化体系，用这种方法来制造汽油有可能是可行的。2007年，美国加利福尼亚大学（UCSD）的Clifford Kubiak教授报道了一个原理装置——该装置首先将太阳光能转换为电能，随后在一种能将电能转换为化学能的大分子镍催化剂作用下，将二氧化碳转化成一氧化碳和氧气，进而用于合成甲醇、汽油。尽管目前太阳能转化装置还只能提供一半的能量，另一半需要额外提供，但是若能将太阳能转化效率提高一倍，则可以实现能量自给，这样剩下的问题就是如何将各个单元优化，以实现最终目标。

与Nakamichi Yamasaki和Clifford Kubiak的工作相比，马丁教授的“绿色自由”概念突出了各单元的碳平衡和能量平衡，提出了各单元联动运行的概念，使二氧化碳变汽油的工作进一步被大众所关注。从能量平衡分析，马丁教授的“绿色自由”概念包含两个过程，即吸热的合成气产生过程和放热的合成气转化过程。前者包括从大气中分离二氧化碳并产生副产物氢气，以及电解水或分解水制氢的过程，由于主要是吸热反应，需要碳平衡的能量补充，此外，所产生的高压蒸汽可用于下一步的合成气转化过程。合成气转化过程可以依赖于目前成熟的技术实施，属于强放热过程，两个过程的能量具有互补性，两个过程结合后，有望大幅提高整个过程的能量效率、降低投资。马丁教授对“绿色概念”在工业规模上的技术经济可行性进行了理论测算。按照马丁教授的数据，采用浓碳酸钾水溶液吸收大气中的二氧化碳，可使二氧化碳的吸收效率从现有变压吸附方法的73％提高到95％。与此同时，采用电解法回收溶液中的二氧化碳，克服了传统的加热回收法的高能耗问题，能耗降低了96％，且额外产生的副产物氢可使制氢单元的负荷减少33％，进一步将制氢单元、二氧化碳捕集单元与现有的18000桶/天的合成气厂和5000吨/天的甲醇厂实施联动，可以降低综合能耗。从经济上测算，一个18400桶汽油/天的工厂需要投资50亿美元，同时一个5000吨甲醇/天的工厂需要投资46亿美元，加上核电厂的投资（约占整个投资的50％），最终所生产的汽油价格应在1.20美元/升，甲醇价格在0.43美元/升。当然，如果与现有的核电厂联动，同时采用蒸汽电解制氢和提取二氧化碳的技术，则投资成本和能耗会进一步降低，汽油价格降至0.90美元/加仑，甲醇需要0.30美元/加仑。因此其成本与目前市场上的其他替代能源是可比的。

尽管马丁教授对“绿色自由”概念的可行性充满信心，并认为“绿色自由”概念是目前唯一能解决所有问题的办法。但我们应该看到，整个绿色概念系统不仅存在投资巨大和运行成本高的困难，而且浓碳酸钾溶液捕集二氧化碳和电解提取二氧化碳的两个单元还停留在理论阶段，具体运行情况还没有进行核实。尽管理论分析可行，但仍需要实际运行数据，尤其是连续运转寿命还存在不确定性。此外，由于要求碳平衡的能源供应体系，目前的辅助制氢系统和辅助能源系统主要考虑核能，风能和太阳能则因成本太高而没有考虑。当然，若解决了二氧化碳捕集和电解提取技术难题，剩下的就是各单元的联动和能量平衡问题。因为合成气转化单元是成熟的，如从一氧化碳、二氧化碳和氢气合成甲醇的技术是成熟的，从甲醇到合成气（MTG）过程已经有ExxonMobile的专利技术，日产14500桶汽油的装置从1985年到1997年运转了12年。当然，未来也可采用费—托合成（Fischer- Tropsch）方法制备汽油、柴油。

尽管二氧化碳变汽油的工作引起了全世界的轰动，但应看到“绿色自由”目前还处于概念阶段，我们不应忽略其他二氧化碳的固定和利用方面的工作。目前，全世界每年有1.1亿吨二氧化碳被化学固定，其中尿素7000万吨、无机碳酸盐3000万吨，而将二氧化碳加氢还原合成一氧化碳也已经达到600万吨，注意这是“绿色自由”概念必需的一个过程单元。此外，还有2万吨二氧化碳用于合成水杨酸，用于合成碳酸丙烯酯的二氧化碳也有数千吨。与此同时，世界各国还在对将二氧化碳固定为塑料进行广泛的研究，所合成的塑料还具有可生物降解的特点。目前，我国在二氧化碳基塑料的工业化方面处于世界领先地位，已经建立了几条千吨级的生产线，未来几年有望建立更大规模的生产线，为二氧化碳的固定作出重要贡献。除了化学固定，还有与人们日常生活密切相关的许多物理利用，每年用量达到1800万吨，主要用于碳酸饮料、焊接保护气、烟丝膨化剂、灭火剂等，物理利用从原料和能耗上也对自然界的碳平衡有贡献。

CO2变汽油，不需要耗费能量吗？

成本多高呀！

来源：新华网 发布时间：2008-4-1 9:44:32

美科学家成功将放射线直接转换成电能 美国科学家日前成功将放射线直接转换成电能。美国科学家说，将放射线直接转换为电能的材料可以开创宇宙飞船的新纪元，甚至还可以开辟以高功率核电池驱动的地面交通工具的新时代。 据英国《新科学家》周刊网站日前报道，电力通常是利用核能加热蒸气，从而驱动发电涡轮机而产生的。自20世纪30年代起，美国和苏联开始利用通过核裂变将热能转换成电能、从而为宇宙飞船提供动力的热电材料，或者使用放射性衰变材料。“先锋”号太空探测行动使用的就是后者，即“核电池”。 弃用蒸气和涡轮机使得那些系统型号变小，也不再那么复杂。但热电材料的功率很低。美国研究人员说，他们开发出了高功率材料，可以将核燃料及核反应产生的放射线直接转换成电能，而不需通过热能。 洛斯阿拉莫斯国家实验室前核工程师利维乌·波帕－西米尔说，将放射粒子的能量转换成电能效率更高。 据研究人员计算，比起热电材料的功率，他们正在试验的材料从放射性衰变中提取的能量最多可高出19倍。研究人员正在对多层碳纳米管进行测试。这种纳米管与黄金一起被氢化锂包裹起来。猛烈撞入黄金的放射性粒子撞击出大量高能电子。这些电子通过碳纳米管进入氢化锂形成电极，使得电流通过。 波帕－西米尔说，这种多层碳纳米管最好是用来利用放射性材料产生电能，因为它们可以在放射性最大时被直接嵌入。但是它们也可以从核裂变反应堆的放射线中直接获得能量。 用这种材料建成的设备可以为宇宙飞船、飞机、地面交通工具等提供动力。 洛斯阿拉莫斯国家实验室的戴维·帕斯顿说：“我认为，这项工作具有创新性，可能会对核动力的前景产生重大影响。”