日前,應國際著名期刊《德國應用化學》雜志之邀,中科大國家同步輻射實驗室齊飛教授參與題為“Biofuel Combustion Chemistry:From Ethanol to Biodiesel”綜述的撰寫工作,就近年來生物質燃料燃燒化學的研究熱點做了階段性總結,并對生物質燃料的發(fā)展趨勢和應用前景進行了展望。該綜述以封面文章的形式發(fā)表于最新一期的《德國應用化學》雜志(Angew. Chem. Int. Ed. 49 (2010) 3572-3598)。通信作者Katharina Kohse-H?inghaus教授為中科大客座教授、德國科學院院士、Combustion and Flame雜志主編,其領導的研究小組多次利用合肥光源開展生物質燃料的燃燒研究。 生物質燃料是目前應用前景較廣的新能源之一,適用于發(fā)動機、工業(yè)鍋爐等實用燃燒裝置。特別是生物質乙醇、生物質丁醇和生物柴油等流動性能較好的液態(tài)生物質燃料,作為實用或潛在的運輸燃料替代品正吸引著越來越多的關注。生物質燃料的應用需要考慮技術發(fā)展、經濟性和政策導向、與現(xiàn)有燃料運輸環(huán)節(jié)和發(fā)動機結構的兼容性、對環(huán)境的潛在影響以及對世界糧食供應的挑戰(zhàn)等因素。因此,為了理解生物質燃料的燃燒機理、預測其關鍵燃燒參數(shù)、判斷其污染物排放水平,需要對典型生物質燃料的醇類、醚類和酯類原型化合物的燃燒化學進行深入研究。
在該綜述中,文章作者總結了他們近年來對醇類、醚類、酯類等生物質燃料的火焰化學結構、燃燒特性、反應路徑以及燃燒動力學模型的研究。相關研究成果表明,與碳氫燃料相比,生物質燃料燃燒過程中多環(huán)芳烴和碳黑等重要大氣污染物的排放量有所降低,但同時也產生了大量具有毒性的醛類和酮類化合物。另一方面,生物質分子中常含有額外的化學元素及相關基團,如存在于氨基酸和雜環(huán)分子中的氮等,會為燃燒過程帶來更多類型的化學反應路徑和更復雜的污染物構成。此外,生物質燃料作為添加劑摻雜于化石燃料中是目前生物質燃料的主要利用方式,因此生物質燃料分解機理和碳氫燃料分解機理之間的相互作用將引發(fā)更多有趣的化學反應路徑。開展生物質燃料的燃燒化學研究將有助于尋找上述問題的答案,并為生物質能發(fā)展和應用方面相關政策的制訂和實施提供理論支持。