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发布时间:2018-09-13 09:31 来源:未知 编辑:admin

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  科学家正努力于研究,如何将农业烧毁物、木材及发展更为敏捷的草本动物,转化为品种繁多的生物燃料(以至是航空燃油)。然而在这些新一代生物燃料完全替代保守化石能源之前,它们必需具备与60美元/桶的原油竞价的能力。

  翻译仉磊章晓庆

  此刻,我们都该当清醒地认识到,对石油过度依赖,会让国度平安、经济平安及情况平安蒙受要挟。但文明不克不及因而停下前进的程序,我们必需找到新的能源来保障世界运输系统的成功运转。以非粮原料或农业烧毁物为原料转化的液态燃料纤维素生物燃料(Cellulosicbiofuel)有益于情况平安,手艺可行性强,近期内最有但愿替代保守化石能源。

  生物燃料能够用动物或动物成品为原材料。目前,第一代生物燃料以可食用作物为原料,次要包罗玉米、大豆(美国)、甘蔗(巴西)。用可食用作物制造生物燃料是最简单可行的,由于把这些可食用作物转化为燃料的手艺是现成的。然而,第一代生物燃料并非长久之计,缘由很简单:没有足够的耕地可以或许满足发财国度10%的液态燃油原料需求。这种对粮食作物的额外需求还使2008年六畜饲料价钱大幅上升,虽然没有达到客岁媒体所预言的、近似歇斯底里的高价,但部门粮食价钱仍是有必然上涨。一旦将玉米发展、收成及加工期间的所有排放纳入经济成本预算,第一代生物燃料明显并不是我们所期望的、对情况平安具有积极影响的能源形式。

  第二代生物燃料次要以纤维本质材料为原料,如富含纤维素、发展敏捷的草本动物,因而将英文汽油(gasoline)单词中前缀“gas”去掉,引入“grass”(草),就构成了抽象活泼的专出名词“草油”(grassoline)。可转化为草油的原料有良多,从木材废料(锯木屑、木质建筑残片)到农业烧毁物(玉米秸秆、小麦茎秆),再到“能源作物”[发展敏捷、纤维含量高、特地种植用作草油原料的草本和木本动物]。这些原料作物耕耘成本低(与每桶石油有等价能效的草油为10到40美元)、量大,更环节的是,这些作物的种植出产不会干扰和危及粮食出产。大大都能源作物可以或许在不克不及用作农田的边际地盘上快速发展。还有一些可以或许在被废水或者重金属污染的土壤中发展并净化土壤,如发展周期较短的灌木柳树(short-rotationwillowcoppice)。

  纤维素类动物生物质(biomass,指某一系统中全数或特定的生物总量)丰硕,可以或许可持续地收成,来制造生物燃料。美国农业部和能源部的研究显示,在不削减作为人类食物、动物饲料及出口生物质份额的前提下,美国每年可以或许出产13亿吨(干重)生物质。如斯大量的生物质每年至多可以或许发生1,000亿加仑(约3,790亿升)草油,大约相当于每年美国汽油、柴油耗损总量的一半(见第23页图表)。放眼全球,每年纤维素类生物质出产量可以或许转化的生物燃料相当于340亿~1,600亿桶原油,曾经跨越了目前全球每年30亿桶原油的耗损量。纤维素类生物质可以或许转化成任何类型的燃料,如乙醇、通俗汽油、柴油,以至航空燃油。

  此刻,科学家仍然更擅长发酵玉米籽粒(无效成分为淀粉),而不是打断纤维素分子链,使它们改变成可发酵单糖,但比来这方面取得了冲破性进展。量子化学计较模子(quantum-chemicalcomputationalmodel)之类的强大东西的引入,使化学工程师可以或许在原子程度节制反映历程。目前科学家将研究重心集中在,若何快速将这种微观标准的节制级别提拔到炼制厂如许的工业程度。虽然此范畴仍然处于起步阶段,一些示范工场曾经起头运转,第一个贸易化生物燃料炼制厂估计在2011年建成。人类汗青上的能源新纪元──草油时代也许很快就要到来。

  天然界把纤维素付与动物作为次要骨架布局,这种由葡萄糖分子慎密咬归并层层叠加的“脚手架”,为动物供给了抵当重力和生物降解的支持性架构。为了释放纤维素里的能量,科学家必需先粉碎进化付与动物的这种非常不变的布局。

  一般来说,这种“解封”过程先要将固体生物质解形成聚合度更低的小分子物质,随后将它们转化成燃料。工程师一般采用控温体例进行这种操作。低温(50℃~200℃)环境下,生物质裂解发生的单糖能够被发酵成乙醇或其他形式的燃料,玉米及糖类作物(如甘蔗)采用的就是这种转化体例。生物质在高温(400℃~600℃)下会间接转化为生物质原油(Biocrude),再颠末提炼就能够成为汽油或者柴油。极端高温(高于700℃)下,生物质会间接变成气体并进一步转化为液态燃料。

  到目前为止,还没人晓得到底哪种方式可以或许以最低的成本获得最高的能量。大概分歧生物质材料需要分歧的处置方式。好比说木材烧毁物需要高温处置,而低温体例对草本动物更为适合。

  生物质经高温裂解生成合成气(syngas),是目前手艺上最有成长前途的研究热点。合成气是一氧化碳和氢气构成的夹杂气体,能够由任何含碳的物质制得。通过德国科学家于20世纪20年代发现的费托合成(Fischer-Tropschsynthesis,FTS),合成气凡是能够转化成柴油、汽油或者乙醇。第二次世界大战期间,德意志第三帝国(ThirdReich)就操纵FTS将德国的煤矿石转化为液体燃油。目前大都保守化石能源公司都具有合成气转化手艺,预备在汽油价钱过高时将这种热油转化手艺引入市场。

  气化是出产合成气过程的第一步反映。生物质被装入反映器中加热到700℃以上,通入蒸汽或者氧气,发生一氧化碳、氢气和焦油的夹杂物。断根焦油后,将夹杂气体压缩到20~70个大气压,使它们通过一种特地设想的固体催化剂反映器生成液体燃料(这种固体催化剂能够捕捉零丁的反映物分子,优先催化特定的化学反映)。合成气转化催化剂最后是为把天然气及煤矿石转化成燃油而开辟的,但它也同样合用于处置生物质。

  虽然该手艺曾经比力成熟,反映器的成本却很是高贵。2006年在卡塔尔成立的、用FTS将天然气转化为液态燃油的工场耗资16亿美元,平均每生成产34,000桶液态油。若是一个生物质炼制工场的投资达到这种规模,该炼制厂必需每天转化5,000吨生物质,持续15到30年,才能出产足够的燃料以收回投资。500彩票网将这么多生物质集中到一个地址完成出产具有严峻的后勤和经济性挑战,所以合成气手艺的研究次要集中在若何降低投资成本方面。(更多内容,请阅读《全球科学》2009年第8期)

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