不改发动机，只换燃料：交通减排的瑞士新思路
未来几十年里，仍将有数以百万计的内燃机继续运行，为机械设备、车辆和飞机提供动力。与其将这些系统全部替换，瑞士化学工程师阿莱西娅·切萨里尼正在寻找一种更绿色环保的替代方案：开发一种能够适配现有发动机和基础设施的“即用型”合成燃料。
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时事通讯：瑞士媒体里的中国
在位于迪本多夫的瑞士联邦材料科学与技术研究所(Empa)，切萨里尼来到她那间结构复杂的实验室。实验室里管道纵横交错，定制模块持续运转，低沉的机械声此起彼伏。她展示了耗时两年构建的电子燃料制备原型装置。
她希望将这一技术商业化，从而提供一种能够替代传统化石燃料的可行方案。
“目前仍有大量内燃机系统在运行。我们的想法是提供一种本地化生产且污染更少的解决方案。”她解释说。
交通运输业占瑞士能源相关二氧化碳排放量的47%，而全球范围内的这一比例为25%。一项瑞士研究估计，到2040年，瑞士道路上仍将有约200万辆燃油车在行驶。彭博社估计，到2040年全球范围内仍将有55%的汽车将由内燃机驱动。此外，对于航空等减排难度较高的行业而言，长期的脱碳进程将在很大程度上依赖可再生燃料的推广和应用。
切萨里尼的研究思路很清晰。她说：“我们的目标是找到一种能够适配现有车辆和基础设施的解决方案，同时在环境和经济层面都具备可持续性。”
合成燃料研究正在快速发展，尤其是在中国、美国和欧洲。国际电子燃料观察站2025年报告显示，目前全球28个国家已有120多个相关大型项目。不过，这一领域整体仍处于起步阶段，产业集中度较高，目前正经历从概念研发向工业化试点项目的关键转型。
瑞士正努力将自身打造为尖端科研枢纽，通过整合二氧化碳、绿氢和创新化学工艺，生产低碳燃料。切萨里尼的研究瞄准了一个相对独特的细分方向：先以高能效催化剂为基础，研发“即用型”合成汽油，之后再逐步拓展至航空燃料领域。她的许多同行则选择直接研发航空燃料，或探索“太阳能制液体燃料”这类转化工艺。
像拼搭乐高积木一样构建碳氢化合物
在实验室里，切萨里尼举起两个装有淡黄色液体的烧瓶。
“你能看出区别吗？”她问。两者都散发出汽油特有的刺鼻气味。但其中一个是标准的95号汽油，另一个则是她制备的合成燃料。
她这项创新的核心是一种名为“低聚反应”的化学工艺。该工艺能够把乙烯或丙烯分子转化为液体燃料，其性质与传统汽油十分接近。更重要的是，这一工艺还有进一步拓展的潜力，未来可用于生产航空煤油相关化合物，从而用作飞机燃料。
>>在这段短片中，瑞士研究员阿莱西娅·切萨里尼介绍合成燃料的制备工艺：
整个制备循环首先从生物圈或大气中捕集二氧化碳，并将其转化为甲醇或乙醇等醇类物质。随后通过现有的脱水工艺去除这些液体中的水分，将其转化为乙烯和丙烯。
这些气体随后被送入反应器。反应器中的催化剂会促使分子断裂并重新聚合为长链碳氢化合物，从而生成一种可直接用于汽车、飞机或其他机械设备的合成燃料。
切萨里尼指出，催化剂是提升工艺效率、降低能耗的关键要素。
“我们从非常小的分子入手，可以把它们想象成小块乐高积木。拼乐高时，我们会用这些小积木搭出一个特定形状的结构。制备燃料也是同样的道理。我们先有这些小分子，然后把它们聚合成一种经过设计的长链分子混合物。而这种聚合过程是由催化剂精确完成的。”
秘密催化剂
该催化剂是一种严格保密的特殊成分。切萨里尼能透露的信息并不多。她只表示，这种催化剂不同于其他催化剂，能够把基础分子聚合起来，生成一种具备预设性能、可直接使用的燃料。
切萨里尼认为，这正是该技术的一大竞争优势。独立测试显示，她的合成燃料的研究法辛烷值(RON)已达到95。这是标准无铅汽油的一项关键指标。初步评估显示，一旦实现工业化规模生产，这种燃料在成本上有望与化石燃料汽油形成竞争。
“无需进行昂贵的发动机改造。只要用它替换化石燃料，发动机就能照常运转。”切萨里尼解释说。
Empa将这种燃料称为气候友好型燃料，不过精确的排放数据仍有待进一步确认。
切萨里尼表示：“总体来看，减排幅度取决于采用的原料和能源来源。理论上最高可减排 100%。但更现实的情况是，减排幅度会在90%至95%之间。”
德国燃料研究领域的权威学者约尔格·绍尔(Jörg Sauer)认为，切萨里尼的项目“具有很强的现实意义”。他向瑞士资讯swissinfo.ch表示，近期围绕低聚反应的研究主要聚焦于可持续航空燃料，但“汽油类化合物在很长一段时期内仍将不可或缺”。
绍尔是卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)催化研究与技术研究所所长。他同时强调，确保燃料符合严格的质量标准将是这一技术走向应用的关键。
优先在林业试点
切萨里尼最早在苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)开展合成燃料研究，当时参与的项目主要聚焦于航空领域的可持续化学品和可持续燃料。不过，全球航空燃料认证规则十分严格，认证落地往往需要10年以上。基于这一现实，她调整了技术推广路径，决定先面向道路交通提供燃料。相比航空领域，道路交通燃料的审批速度更快，也主要由国家层面进行监管。
在她实验室的走廊尽头，一台更大的测试原型机也在运行，每年可生产约1万升合成燃料。
凭借Empa创业奖金，这位来自提契诺州的科研人员目前正在扩大生产规模并创立了一家初创企业。
“博士课题显然已经转化成了一家公司，”她笑着说，“这就像学习一门新的语言。”
这种可持续燃料的早期应用将首先聚焦林业领域。林业使用场景相对可控，所需燃料规模较小，更适合开展市场测试。下一步，她计划把年产量提升至100万升，随后再向工业化供应迈进。
“未知的未知”
Empa研究人员承认，要扩大生产规模，并将这种新型燃料真正推向市场，将是一项巨大挑战。
Empa能源、交通与环境部门负责人娜塔莉·卡萨斯(Nathalie Casas)指出：“一旦进入规模化生产阶段，许多先前未曾预料到的问题都可能冒出来。人们常把这称为‘未知的未知’。”
绍尔也持相同看法。他敦促将下一阶段试点紧密嵌入一个清晰的生产工艺之中，对投入物和目标化学产物进行精确界定，从而使运行条件能够与产品质量直接对应起来。
大规模生产还需要大量资金投入，数量可能高达数千万瑞郎。不过，切萨里尼的初创项目可以利用现有工业反应器设计，这将有助于降低技术放大的难度。
卡萨斯坦言：“世界各地有许多投资者愿意为这类环境友好型技术提供资本支持。但世界正在变化，外部环境也日趋复杂。”
在她看来，瑞士应当发挥积极作用，开发这类创新技术并将其推向全球市场。她说：“瑞士在创新方面实力雄厚，拥有能够将这些创新推向世界的企业。这不是一个局部问题，而是一个全球性问题。如果瑞士能够助力世界实现燃料脱碳，那将是我们可以做出的一项重要贡献。”
绍尔对此表示赞同。他认为，凭借“卓越且世界一流的基础研究，以及这种研究与应用转化之间的紧密衔接”，瑞士有机会在这一领域建立自身的技术优势。
竞争环境
尽管前方仍有重重挑战，切萨里尼仍相信，市场需求和投资者终将出现。她表示，除了可持续性因素，能源安全也在推动各方兴趣升温，而国际能源署(IEA)也经常强调这一趋势。
切萨里尼指出：“替代化石燃料的紧迫性正在上升。”这促使行业参与者和市场主体思考“这项技术的发展前景及潜在合作模式”。
那么，瑞士车主究竟什么时候才能在加油站买到她研发的这种气候友好型汽油？
“当然越快越好，”她回答道，并强调其核心目标是尽快实现减排。
“每次加油时，我们还是在使用化石燃料。我们希望彻底改变这一现状。”
(编辑：Gabe Bullard/Veronica De Vore，编译自英语：瑞士资讯中文部/gj)
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