日前,应国际著名期刊《德国应用化学》杂志之邀,我校国家同步辐射实验室齐飞教授参与题为“Biofuel Combustion Chemistry: From Ethanol to Biodiesel”综述的撰写工作,就近年来生物质燃料燃烧化学的研究热点做了阶段性总结,并对生物质燃料的发展趋势和应用前景进行了展望。该综述以封面文章的形式发表于最新一期的《德国应用化学》杂志(Angew. Chem. Int. Ed. 49 (2010) 3572-3598)。通信作者Katharina Kohse-Höinghaus教授为我校客座教授、德国科学院院士、Combustion and Flame杂志主编,其领导的研究小组多次利用合肥光源开展生物质燃料的燃烧研究。
生物质燃料是目前应用前景较广的新能源之一,适用于发动机、工业锅炉等实用燃烧装置。特别是生物质乙醇、生物质丁醇和生物柴油等流动性能较好的液态生物质燃料,作为实用或潜在的运输燃料替代品正吸引着越来越多的关注。生物质燃料的应用需要考虑技术发展、经济性和政策导向、与现有燃料运输环节和发动机结构的兼容性、对环境的潜在影响以及对世界粮食供应的挑战等因素。因此,为了理解生物质燃料的燃烧机理、预测其关键燃烧参数、判断其污染物排放水平,需要对典型生物质燃料的醇类、醚类和酯类原型化合物的燃烧化学进行深入研究。
在该综述中,文章作者总结了他们近年来对醇类、醚类、酯类等生物质燃料的火焰化学结构、燃烧特性、反应路径以及燃烧动力学模型的研究。相关研究成果表明,与碳氢燃料相比,生物质燃料燃烧过程中多环芳烃和碳黑等重要大气污染物的排放量有所降低,但同时也产生了大量具有毒性的醛类和酮类化合物。另一方面,生物质分子中常含有额外的化学元素及相关基团,如存在于氨基酸和杂环分子中的氮等,会为燃烧过程带来更多类型的化学反应路径和更复杂的污染物构成。此外,生物质燃料作为添加剂掺杂于化石燃料中是目前生物质燃料的主要利用方式,因此生物质燃料分解机理和碳氢燃料分解机理之间的相互作用将引发更多有趣的化学反应路径。开展生物质燃料的燃烧化学研究将有助于寻找上述问题的答案,并为生物质能发展和应用方面相关政策的制订和实施提供理论支持。