在脱碳的道路上，电子燃料听起来像是灵丹妙药，但我们并没有足够的备用电力来制造它们。

合成燃料有望在未来取代汽油。赛车运动将率先在2026年使用它，欧盟法律将其作为内燃机的暂缓执行。广告承诺，没有化石燃料的未来不一定是没有汽油的未来。但是，燃烧石化产品，无论它们来自哪里，仍然在燃烧石化产品。合成燃料的成本是他们的支持者没有谈论的。

(相关资料图)

我们生活在危险的时代。政府间气候变化专门委员会的年度报告一版比一版更加直率。今年3月发表的第六份报告描述了我们需要采取的步骤，以“确保一个宜居的未来”。这不是一个充满丰富资源和生物多样性的美好未来，而是一个可以生存的未来。我们之所以处于这种境地，是因为我们花了两个世纪的大部分时间挖掘化石燃料并燃烧它们，将碳和其他温室气体（如甲烷）排放到大气中，造成了严重的全球变暖。

但是，即使气候变化会产生多米诺骨牌效应（例如，随着土地变暖，水渗入海洋，干旱会滋生干旱），从数学上讲，我们仍然有时间采取行动。

然而，很明显，我们不能被信任去做正确的事情。随着我们的每一次失误，我们摇摇晃晃的悬崖变得越来越薄，30年前可能已经摆在桌面上的一些解决方案，对于我们目前的情况来说并不是很好的选择。

合成燃料就是其中一种解决方案。

什么是合成燃料？

有许多类型的燃料都带有“可持续”的标签，这意味着它们是由较小比例的化石燃料制成的，或者完全不含化石燃料。它们的范围从重复使用食用油作为柴油替代品，到分子构建然后精炼甲醇。

合成燃料是后者。从理论上讲，这个过程就像高中有机化学课上的一样：碳氢化合物是由氢和碳组成的串，所以你把它们分开，再把它们重新组合在一起，直到你得到正确的那个。

这种合成，可以用你碰巧拥有的任何旧的碳和氢来完成 —— 如果你想把提炼原油或天然气的过程不必要地复杂化，你甚至可以从化石燃料中提取它们。制造合成燃料的过程并不关心碳和氢从哪里来，可持续地产生碳和氢对它们没有纯度优势；这只是唯一合理的方法。

理论上，要制造一种合成燃料，你需要从空气中捕获碳，并使用清洁和可再生的电力通过电解水产生氢。然后你把碳和氢混在一起，让它们经过一系列的过程，最终得到合成汽油。

当这种燃料燃烧时，它只是汽油，它会将捕获的碳重新释放回大气中。但它不会从地下开采出更多的化石碳，这就是为什么合成燃料的倡导者称其为“碳中性燃料”。

这听起来好得令人难以置信：为我们所有现有的、心爱的汽车、飞机和轮船提供碳中性、无负罪感的可再生燃料。但制造合成燃料的过程是真实的，也是可能的。

我们可以（在某些地方已经做到了）从空气中捕获碳。我们通过电解生产氢气，尽管它只占全球氢气产量的4%。将甲醇转化为汽油的费托工艺（Fischer-Tropsch process）是存在的，而且有催化剂和现有技术可以实现这一目标。

虽然，这个过程是一种非常枯燥的制造汽油的方法，但它并不局限于实验室阶段，而且每年都有更多的公司用这种方法制造燃料。2022年底，保时捷在智利南部开设了一个巨大的新工厂，并生产了第一桶全合成燃料；该公司计划在2023年再释放近1.1万加仑。

上图：保时捷的合成燃料生产概念图。

德国刚刚敦促欧盟在2035年暂缓禁止生产新型内燃机汽车。条件是，这些汽车必须只能使用合成燃料（电子燃料）。当然，这可能听起来像一个透明的游戏，目的是影响排放限制，至少是为了大众集团的利益。

到2026年，一级方程式F1赛事将转向100%的合成燃料，其支线系列F2和3已经稳步提高了沙特阿美提供的燃料中可持续来源汽油的比例。全球石油化工公司中不乏希望成为汽油转型的公司，这些公司可以堂而皇之地佩戴上碳中和的徽章。

不过，这里有一个“但是”：合成燃料可能不是一个可行的解决方案。

能量方程

化石燃料是浓缩能源的重要来源。它们是一种有限但丰富的资源，因为数百万年的时间和能量花在了将组成它们的有机物转化为天然气、石油和煤炭的过程中。

我们不需要人为生成这些。行星通过重力、压力和时间，相当被动地完成了这个过程。但是，没有一家经营合成燃料的公司能够用同样的方法盈利。燃料必须快速生产，而且要经过一系列的过程，这些过程都会涉及到巨大的能量损失。

以直接空气碳捕获为例。对于一种声称自己是“碳中性”的燃料来说，碳捕获必须是构成它的碳氢链中“C”的来源。碳捕获需要发生，以帮助我们减少大气中的碳含量。但这个过程并不像听起来那么神奇，因为它是巨大的能源密集型。

上图：合成燃料“碳中和”的理想状态示意图。

在我们需要改用可再生能源来生产我们已经使用的电力的同时，需求将会大幅增加。去年，欧洲各地颁布法令，限制夏季的空调和冬季的室外供暖。现在，在西班牙，商场或酒吧的空调设置在80˚F（27˚C）以下是非法的。在巴黎，任何人在小酒馆外迷人的桌子上享用咖啡都会发现，法律规定酒吧加热器必须关闭。

部分原因是欧洲正在发生的能源危机，部分原因是俄乌冲突。然而，气候变化是另一个重要原因。由于河水水位过低，德国和法国利用河水冷却核反应堆的能力被切断，导致发电站的燃料供应中断，从而导致发电中断。

德国没有足够的能源在2022年正常运行，工业受到高价格的限制，公民被鼓励限制生产。一条新的液化天然气管道带来了一些缓解，将通货膨胀率从7.9%降至6%，但在不久的将来，产能不会过剩，价格也不会大幅下降。即使在当前的能源危机之前，闲置的能源发电能力也只够制造一周的合成汽油。

在大西洋的另一边，吱吱作响的电网使人们失去了与外界的联系。我们看到美国俄勒冈州的电线外壳几乎融化，德克萨斯州因冰暴造成大面积停电。我们现在没有多余的能源或基础设施来制造合成燃料，这将是一个非常严峻的挑战。摆脱我们目前状况的唯一途径是需要大量的化石燃料，而这不可能再来自我们可靠的旧化石燃料能源供应。

在不久的将来，由于核聚变技术的缺乏，满足未来十年的能源需求将是非常困难的。因此，像碳捕获这样的新工艺将需要更多的能源，这一事实提出了更大的挑战。

捕获碳，然后再进行另一个能源密集型过程，并最终将其释放回空气中，这是没有意义的。30年前，这个过程可能是一个混乱的、仍然是能源密集型的选择，以防止更多的化石碳进入大气层，但现在，它正在采取我们需要的工具来解决我们的问题，并用它们来打击我们。

捕获碳，然后将其置于另一个能源密集型过程中，并最终将其释放回空气中，这是没有道理的。30年前，这个过程可能是一个混乱的，仍然是能源密集型的选择，以防止更多的化石碳进入大气，但现在，它正在采取我们需要的工具来解决我们的问题，并用它们来打击我们。

这就是碳。电解制氢也需要能量，这个过程的效率大约是75%，所以我们需要使用比我们从氢中得到的能量多四分之一的能量来制造氢，即使它被用于燃料电池汽车。燃料电池汽车的运行效率约为60%，这仍然比燃烧化石燃料汽车最高的40%左右的效率有进步。

大多数电动汽车的效率都在85%以上。所以，如果我们用能量直接给纯电动汽车充电，而不是进行一个复杂的过程，那么就会有更多的东西可供使用。制造1千瓦时的锂离子电池存储需要大约50千瓦时的能源，但对于一辆普通二手车来说，这些数字很快就会收支平衡。

一旦获得氢和碳，它们就会结合形成甲醇或合成气体燃料，又名“合成气”。乐观地说，246加仑（931升）的甲醇需要大约10-11兆瓦时的能量。这相当于一个普通美国家庭一年的用电量。

然后，使用美孚法（甲醇）或费托法（合成气）将甲醇或合成气进一步提炼成类似汽油的东西。所有这些步骤都需要资源，包括催化金属和驱动机械的能源。当合成燃料进入油桶时，就已经消耗了大量的能量。

因为它是燃料，所以在燃烧过程中，其中一部分能量会转化为动力，其余的则会损失。在这个过程结束时，只有尾气排放，并返回到另一个相同储罐的泵中，希望再次循环它将首先释放到大气中的碳。

中立派

考虑到所需的能源和资源，所有这些都伴随着某种碳成本，称这一过程为“碳中和”只是一种营销说辞。“碳循环”可能更准确。如果，合成燃料项目捕获的碳，比制造燃料并随后释放到大气中的碳多，那么就更容易证明这一点。但这里还是有一些相互矛盾的地方。

人们很容易相信效率是可以迅速提高的。也许会，但合成燃料不太可能像目前从地下开采石油并将其蒸馏成汽油的方法那样，需要那么少的能量。燃烧的低热效率（很少有发动机的热效率超过40%）意味着，即使是一个非常高效的制造燃料的过程（这也不是物理现实所能提供的）也将意味着最终的大部分损失。

当它到达汽车油箱时，燃料只是汽油，而不是魔法。人们对它的理解很差，也没有做出多少努力来改变这一点。如果深入到细节中，合成燃料的前景就开始瓦解了。

以德国推动欧盟委员会提供的修正案为例，只要汽车只能使用合成的碳中性燃料，就允许销售内燃机汽车。这是不可能的，因为汽车无法分辨出它所提供的液体的来源（尽管我相信某个地方的人正在摩拳擦掌，试图让它看起来像是可能的）。

从理论上讲，可以要求在合成燃料中使用添加剂，否则汽车将无法行驶。但添加剂没有理由不能用于化石汽油。

副作用

合成燃料前景的一个奇怪的径流效应是，它使氢看起来更加合理。目前，几乎所有工业上使用的氢都是由化石燃料产生的，但电解的效率正在提高，今年有一些很有希望的研究表明，氢可以从盐水中产生，而不是从我们日益短缺的淡水中产生。电解效率也有了改进，有望达到95%的效率，在这一点上，它将成为一个更加严肃的命题。

禁止柴油车上路已经成为公共卫生的优先事项，尤其是在城市。汽车工业所隐藏的排放已经被证明严重影响着我们和我们的环境。但是，报废我们几年前还在激励下购买的所有汽车是一场浪费的噩梦，甚至超过了个人司机的成本。

丰田已经在一款柴油卡罗拉上瞎折腾了几年，它更换了几个阀门，变成了一辆氢燃烧赛车。氢燃烧有一些问题，包括如果燃烧的温度足够高，它会产生一些与柴油燃烧相同的颗粒。另外，氢是一种相对低能耗的燃料，但它的最大优势是，如果使用得当，它实际上是零负排放。

作为清洁能源未来的一部分，化石燃料公司正在推动氢的发展，对此持怀疑态度是正确的。但如果提升效率真的意味着它可以通过大规模电解生产，那么我们可能不需要通过合成燃料工艺，来获得我们可以投放到汽车中并立即减少排放的东西。

合成燃料可能是90年代的时尚，但那时候，我们仍然在世界上大部分地区禁止使用含铅汽油。现在，我们需要更具挑战性的解决方案来应对困难时期。当然，合成燃料可以维持赛车和老式汽车的运行，而且我确信，生产的每一加仑燃料都将在油箱中找到一个家。航空业每年要消耗600亿加仑的燃料，而那些想继续使用私人飞机的人很可能对价格不敏感，会把每一升燃料都抢购一空。

但就减轻我们所处的灾难而言，合成燃料只是一个非常昂贵的次要选择。

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