新航首席执行官Rob Fyfe(中)和“果油”飞机的合影。他认为这次飞行是可再生能源发展的一个里程碑。
近日,新西兰航空公司的一架波音747-400喷气机飞上蓝天的消息引起了媒体的关注。现在人们已经见识过更大的空客A-380,波音747已经不算新鲜,但这一架不一样,因为它烧的燃料中有一半来自一种小果子!这是世界上第一架烧“果子油”的巨型客机,之前也曾经有类似的测试飞行,而这次测试得出的结论显示,“果子”里炼出的油不但能让巨大的飞机翱翔蓝天,而且比传统燃料更环保。
1 麻枫果油很“时髦”
这架波音747-400客机燃烧的是50:50配比的混合燃料,其中50%是传统的航空煤油,而另外50%的燃油是从一种名叫“麻枫树”(jatropha)的果实里提炼的。麻枫树是一种小树,通常是灌木,有时可以长成小乔木。它的果实大小如同李子,里面包含的种子富含油脂,可以从中提炼出黄色的油。听起来有些奇怪?想想核桃吧,它也结在树上,结着圆圆的果子,种子里也含有很多油脂。
用一种果子里的油来推动喷气飞机,这也太疯狂了吧?其实一点也不疯狂,麻枫果油属于“生物燃料”的一种,这可是现在时髦的概念啊。
生物燃料是指从刚刚死亡的或活着的生物体中提取出的固体、液体或者气体的燃料。从字面意义上来说,石油、煤和天然气也应当算作“生物燃料”,不过形成这些燃料的生命体已经死得太久啦,所以被称为“化石燃料”。
使用生物燃料的目的就是为了代替化石燃料。化石燃料是通过千万年形成的,存储量有限,开采完了就没有了———相信你也听说过各种关于“地球上的石油多少年烧完”的说法。而生物燃料是从地里种出来的,收完一茬还可以再长一茬,所以从理论上来说是“可再生的”。
不但如此,生物燃料还可能带来别的好处。新西兰航空的主任飞行员达夫·摩根说,根据实验数据推测,在12小时的典型飞行时间中,全部使用麻枫果燃料可以比全部使用化石燃料少消耗超过1.5吨的燃料,还可以少排放大约60%,也就是5吨二氧化碳。
2 引擎动力植物出
波音747-400飞机的发动机属于涡轮风扇航空发动机,从进气道进来的空气经过压气机的压缩进入燃烧室,燃料被喷射进燃烧室,再被点火系统点燃,形成体积迅速膨胀的炽热气体向后喷出,推动飞机前进。一般来说,航空发动机燃烧的是航空煤油,但是经过处理的植物油也可以代替航空煤油供它燃烧。新西兰航空使用经过提纯的麻枫果油,加入柴油代替航空煤油。
植物油也可以代替汽车用的柴油。在汽车柴油机中,空气在汽缸中被急剧压缩,高气压产生高温,大大超过柴油的燃点,此时柴油被化为雾状喷进汽缸,剧烈燃烧,体积膨胀,推动发动机做功。柴油和汽油不同,它在常温下不易被明火点燃,这就是为什么军用车辆多采用柴油作为燃料的原因。日常生活经验告诉我们,豆油、菜子油、葵花子油这些植物油在常温下也不易被明火点燃。
然而,日常生活经验也告诉我们,植物油是相当黏的,在代替柴油使用的时候,能否呈雾状喷出是个问题。日常生活经验还告诉我们,黏稠的植物油在锅里烧热后,就像水一样易于流动了。所以,植物油用电热线圈或者热交换器加热后,就可以代替柴油喷进发动机中。中国石油化工科学研究院高级工程师谢文华表示,上个世纪确实有人把植物油直接当燃料使用,但现代汽车不能使用,它们的分子量是柴油的三倍,不符合国家标准,所以现在大多把它们加工成“生物柴油”加以使用。经过一种名叫“酯基交换”的处理,植物油或者动物油可以变成一种和“化石柴油”性质类似的物质,叫做“生物柴油”。
中国汽车工业协会专家委员会成员荣惠康表示,通过不同温度、不同压力和不同催化剂,可以产生出各种可燃物质,有的接近柴油,有的接近汽油,还有可燃气体。现在,大多数的汽车发动机使用的都是经过处理的生物柴油而非植物油本身。
能够用来生产生物柴油的作物包括大豆、油菜子、芥菜子、亚麻子、大麻子、葵花子等等。除此之外,垃圾废油(也就是“地沟油”)也可以用来制造生物柴油,它们的排放比柴油要低。生物柴油和柴油的混合燃料可以在几乎一切柴油机中使用。不过,生物柴油也有缺点,就是溶解性特别强。谢文华说,曾经有人利用生物柴油去溶解那些黏在水泥地上的,难以清除的口香糖。这么强的溶解性可能会对发动机里的塑料件造成相当大的伤害。
3 汽车跑路靠“喝酒”
生物燃料不但能代替柴油,也能代替汽油。汽油是一种在常温下容易被点燃的物质,和柴油不同,它在汽车发动机里并不是被炽热的高压空气点燃,而是被点火线圈点燃的。毫无疑问,代替汽油的生物燃料也应当在常温下易燃,最合适的就是乙醇(酒精)。
大多数汽油机都可以烧乙醇,而且生物乙醇也可以按任意比例和汽油混合。大多数现存的汽油机都可以加入多达15%的乙醇而正常工作。原来乙醇主要是通过植物的糖分和淀粉发醇来生产的。这种方式在当今的“能源危机”和“全球变暖”的背景下正好用来生产燃料。
不过,乙醇的“气性”比汽油小多了,不容易爆炸,这就是我们为什么要在实验室烧酒精灯而不烧“汽油灯”的原因。谢文华说,乙醇的燃烧值比汽油小,它在发动机里能够产生的能量也比汽油少。所以烧乙醇的汽车需要更大的油箱。乙醇的溶解性也比较强,会腐蚀燃油系统、橡胶管、垫圈和燃烧室,所以现在商业运营的飞行器还不允许使用乙醇燃料,只烧乙醇的汽车发动机也需要重新设计。而且,输送乙醇的管道也不能用现有的石油管道,而要改成全新的不锈钢管道。更麻烦的是,酒精容易吸水的毛病会使发动机难以启动,这很容易理解,“二锅头”勉强可以点着,而啤酒只能用来灭火!虽然有各种缺点,但生物乙醇已经在国外广泛应用。荣惠康表示,现在巴西已经不再使用纯汽油的汽车了,所有汽油中都被添加了20%—80%的生物乙醇。而在中国,生物乙醇应用远远没有这么广,为什么?这是后面将要解决的问题。