普林斯顿大学一个研究小组发现，使用煤、天然气和非粮食作物混合在一起制造的合成燃料可以帮助美国消除对原油的依赖。
研究人员说，在接下来的几十年里，美国可以通过使用非粮食作物生产液体燃料，由于植物生长过程中吸收二氧化碳，由此将会减少高达50%的汽车温室气体排放。
合成燃料可以轻松匹配交通运输系统，因为它们可以直接用于汽车发动机而且几乎等同于石油炼制的燃料油。这使得它们有别于目前市场上销售的生物燃料，比如乙醇。乙醇需要与普通汽油混合或者需要特殊的发动机。
普林斯顿大学化学与生物工程学教授克里斯托德罗斯•弗洛达斯（Christodoulos Floudas）领导的研究小组在去年发表的一系列学术文章中，对美国的燃料形势做了评估，美国的汽车可以抛弃石油改用合成燃料。弗洛达斯的小组还分析了合成燃料的影响因素。合成燃料工厂适合建在拥有相关资源的地区，而且在具体选址时还不能过分占用区域内电力负荷或水资源。
弗洛达斯是Stephen C. Macaleer '63教授，从事的领域是工程与应用科学。他说，“我们的目标是生产充足的燃料并减少大约50%的CO2排放。问题不仅仅是合成燃料能否生产，也在于合成燃料能否以一种经济上有吸引力的方式进行生产。无论从哪个方面讲，我们的回答都是肯定的。”
弗洛达斯说，上述问题解决起来既不容易也不会太快。一个现实的方法是呼吁逐渐推广应用合成燃料技术。根据他的推断，美国要花30-40年的时间才会完全接受合成燃料，而且它未必是一种便宜的燃料。他估计整个合成燃料产业的价值大致有1.1万亿美元。
这项研究是美国化学工程师学会（AIChE） 最近所做的一份白皮书的重要内容。AIChE是美国最大的化学工程协会。化学工程师们在白皮书中敦促国家加大能源整合力度，同时要求决策者们考虑借助化学转化过程生产更清洁、更廉价的燃料。
1981届普林斯顿女校友、AIChE会长琼•韦斯帕维（June Wispelwey）说，“目前可供我们选择的能源之路有很多，但符合能源系统需求的道路应当更加全面、也更加高效。”
这份报告由与弗洛达斯合作的一位研究人员弗恩•魏克曼（Vern Weekman）执笔。魏克曼是普林斯顿的一位讲师，曾担任美孚中央研究实验室会长和AIChE主席。
魏克曼说，工业界一直未能接受合成燃料的主要原因还是成本问题。虽然该技术的经济性“依然差强人意”，但他同时指出，不断上涨的原油价格和合成燃料生产效率方面的提高已经让该技术较之以往具备了更大的可行性。
“我们撰写这份报告的主要用意是希望规划机构——国家科学院、能源部、环保署和国防部，能够考虑一下这个技术。他还补充道，这些规划机构有必要认真考虑“利用化学过程生产常规燃料的关键环节。”
在普林斯顿的这份报告中，弗洛达斯的研究小组发现，合成燃料工厂可以以有竞争力的价格生产汽油、柴油和航空燃料，但有赖于原油的价格和用于生产合成燃料的原料类型。根据美国能源情报署（EIA）提供的数据，美国消费的原油中有2/3用于交通运输业。EIA说，美国每年原油消费量的45%依靠进口。
“甚至在包括了投资费用的条件下，合成燃料也可以做到有利可图，”理查德•巴里班（Richard Baliban）说。他是一位今年毕业的化学与生物工程专业的研究生，也是该报告部分章节的首席作者。“只要原油维持在60-100美元/桶，原料组成也适当，那么上述工艺还是有竞争力的。”
计划的核心内容是一项利用煤和柳枝稷（switchgrass，一种在美国大平原地区非常常见的北美本土草种）之类的高碳原料并借助高温和化学手段生产汽油和其它液体燃料的技术。这种称为“费托法”（Fischer-Tropsch）的技术，上世纪20年代由德国开发，用来把煤转化为液体燃料。
整个化学反应过程很复杂，但可以通俗地解释一下：原料被加热到1000-3000℃，气化得到CO和H2。通过费托法生产工艺，气体被转化为烃分子链。这些烃分子链在镍或铁的作用下进行催化反应， 并最终生成包括燃料、蜡和润滑油在内的各种产品。上述产品通常都是以原油为原料生产出来的。
普林斯顿研究小组的工艺增加了循环使用CO2的步骤，从而减少工厂排放的废气量。巴里班说，虽然工厂还可以捕集未消耗掉的CO2供后续反应使用，但CO2的最佳循环量是有限度的。
多年来，工程师为了提高费托法的生产效率已经做了大量的改进工作。但基于合成燃料工厂较高的建厂成本再加上原油一直徘徊在较低价位等因素的影响，合成燃料因价高而限制了大规模推广应用。
但随着石油价格的上涨，合成燃料正在变得越来越具有可操作性。美国政府已经启动一些支持项目深入研究这种工艺；需要特别指出的是，美国国防部一直是把合成燃料当成摆脱对国外石油依赖的汽车燃料来研究的。
这个普林斯顿研究小组在报告中还展望了合成燃料的广阔前景。该小组在发表于《美国化学工程师学会期刊》7月号的一篇文章中指出，建立130座合成燃料工厂既可满足全美对汽车燃料的需求。文章的首席作者约瑟芬•伊利亚（Josephine Elia）是化学与生物工程专业的研究生。她对煤、天然气和生物质这三种原料做了评估。为了避免放弃粮食生产转而在农田上生产燃料作物（这种做法会损害粮食供应），研究人员只把多年生牧草、农业废弃物和森工废弃物包括在研究范围之内。
在其规划方案中，工厂布局要靠近原料供应地和燃料市场。该方案还将水资源供应和工厂设备运转所需要的电能等外部成本因素考虑在内。
通过分析，研究小组推荐建设9座小型、74座中型和47座大型工厂，分别生产1%、28%和71%的合成燃料。大部分工厂都将聚集在美国的中部和东南部地区。拥有最大产能的州将是堪萨斯州，要在此建设11座合成燃料工厂；而德克萨斯州的工厂数量最多，不过由于该州原料供应比较分散，因此那些工厂大部分属于中型规模。
研究人员还发现，合成燃料成本构成中最大份额来自建厂成本，其次是生物质的采购成本和电能。他们估算出合成燃料的全国平均生产成本相当于原油95.11美元一桶时的价格（约合600元人民币），当然该成本在地区间是存在差异的。合成燃料产业布局大户堪萨斯州的生产成本大致相当于原油83.58美元一桶时的价格（约合526元人民币）。
弗洛达斯说，如果原料不使用生物质，只用煤和天然气，则成本会明显降低，不过这样做会损失掉大部分环境效益。
“如果你希望把碳排放量降低50%，那么你必须部分使用生物质原料，” 他说。
合成燃料在许多方面都比石油燃料更清洁。在合成燃料工厂，石油燃料中的重金属和硫污染物可以在产品出厂前捕获下来。合成燃料不需要汽油和柴油发电机做任何改动即可直接使用，这一点与许多生物燃料都有所不同。比如，生物乙醇通常需要与汽油按比例混合，而如果使用高纯度乙醇就要对汽车发动机进行改造并需应对低温启动的挑战。
弗洛达斯说，合成燃料还会减少上路机动车的碳排放。即使从现在起，这个国家立刻转向零排放的电动汽车或燃料电池汽车，马路上还会有上千万辆汽车在跑。如果使用合成燃料，虽然不能完全消除，但国家还是有机会减少这部分汽车的碳排放。
“这是一个创造新经济的机遇，”弗洛达斯说。“美国石油进口量极其巨大。价格又怎么样呢？我们有其它替代能源吗？如果有，我们能去做什么吗？”