航空旅行是全球变暖的主要原因之一。剑桥大学的科学家们正在与领先的能源公司合作，帮助开发可持续的航空燃料，这种燃料可以减少航空业80%或更多的碳排放。

航空是20世纪的奇迹之一——它同时让世界变得更小，并为新的可能性打开了大门。我们可以拜访远在他乡的家人和朋友，在国家之间快速运输货物，看遥远的地方。

然而，航空旅行也是碳排放最密集的交通方式:航空业的二氧化碳排放量约占全球的2.4%。如果算上飞机产生的气体和蒸汽，航空业对全球变暖的贡献率约为5%。

尽管只有一小部分世界人口经常乘飞机旅行，但预计这一比例在未来几十年将迅速增加。该行业需要快速地去碳。

可持续航空燃料

典型的航空燃料具有非常高的能量密度，远高于电池。剑桥大学化学工程和生物技术系的安迪·塞德曼教授说:“如果我们试图设计一架容量和航程都像波音737那样的电池驱动客机，它将太重而无法起飞。”“对于这种类型的飞机来说，电池没有足够的能量密度——至少目前还没有。”

为飞机提供动力的燃料是以化石燃料为基础的，但航空业正在研究生产可持续航空燃料的方法，无论这些燃料是来自植物、固体废物还是可再生电力。

根据国际航空运输协会(IATA)的数据，可持续航空燃料(业内简称为SAF)可以在整个生命周期内减少80%或更多的航空排放。2021年，SAF的产量超过1亿升:这是一个令人印象深刻的数字，但在航空年度燃料使用总量中只占很小的比例。

塞德曼说:“与几乎所有新技术一样，挑战在于成本和规模。”“我们可以制造可持续的航空燃料，但目前，它在商业上无法与化石燃料竞争。”

在壳牌公司资助的一项研究中，塞德曼和他在剑桥大学的同事们正在研究生产SAF的新方法，并改进我们目前拥有的SAF。

在黑盒子里

这组科学家使用磁共振(MR)方法——包括成像(MRI)和光谱学(NMR)——来进一步了解费托反应，这是SAF可能的生产路线之一的关键技术过程。MR是剑桥大学的一项特殊研究优势——它也被用于开发下一代电池，这是能源转型的另一项重要技术。

几年来，剑桥大学的研究人员一直在使用核磁共振和核磁共振来更好地理解正在工作的费托反应堆内部的化学和工程过程，在那里，合成气(一氧化碳和氢气的混合物)被转化为碳氢化合物分子，形成液体航空燃料的基础。

在位于阿姆斯特丹的能源转型园区，壳牌拥有实验室规模的费托反应堆，以帮助他们了解整个反应过程。这些反应堆有点像黑匣子，直到现在还不可能探测反应堆内部发生的化学反应，这使得优化这些反应堆的可持续燃料变得困难。然而在剑桥，人们可以看到黑匣子的内部。

同样来自化学工程和生物技术系的米克·曼特尔教授说:“在费托过程的最后，你会得到些化学性质类似于航空燃料的东西。”“我们使用核磁共振和核磁共振来更好地理解费托过程中分子水平上发生了什么。”

利用核磁共振技术，剑桥大学的研究人员可以实时监测在现实工业条件下费托反应堆内部化学产物形成的演变。例如，监测碳氢化合物链长增长的演变，使研究人员能够更好地了解如何优化最终产品，以作为航空燃料使用。这些实验为燃料公司提供了有价值的数据，有助于加速向可持续燃料的过渡。

剑桥大学研究小组所做工作的一个关键进展是使用高分辨率核磁共振成像技术，它提供了反应堆内单个催化剂芯块内的反应测量。这提供了关于反应发生的实际条件的无可比拟的局部信息。

Mantle说:“我们的研究是基础性的，为那些最终将大规模生产SAF的公司提供物理和化学专业知识。”

塞德曼说:“在剑桥，我们有一种独特的能力，可以在现实条件下成像反应堆。”“我们可以实时观察反应，然后研究出如何优化它们。”

Mantle说:“传统能源部门的公司已经意识到，他们自己必须成为能源转型的一部分，成为解决方案的一部分——这是学术研究人员和工业化学工程师都应该做的。”

Sederman表示:“与壳牌的合作将他们的工业专家与我们的研究专长结合在一起，使我们能够在面对这些现实问题时取得独特的进展。”

“希望这对我们的研究有好处，但如果我们能帮助开发这些过程，也会对地球有好处。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。