论文部分内容阅读
近年来,作为代替石油的燃科,人们倾注的热点最多的是“生物燃料”。“生物燃料”是以甘蔗或玉米等为原料,制造出用于汽车的燃料。人们也把这类可以直接生产工业用燃料油或经过发酵、加工可生产出燃料油的植物,统称为“石油植物”。
生物燃料重引关注
生物燃料有若干种类,现在主流的有三种:以甘蔗或玉米等为原料的“生物乙醇”、以植物油为原料的“生物柴油”,以及生物乙醇与异丁烯物质以大约9:11的比例合成,加工成能防止异常燃烧的乙基叔丁基醚(ETBE)。
生物燃料并非是新生事物。早在1908年,美国工程师亨利·福特开发汽车时,采用的燃料就不是汽油,而是生物乙醇,后来因石油便宜并且能大量买到,渐渐地,汽油就成了汽车的主要燃料。
如今,石油价格飞涨,缩小了与较贵的生物燃料的价差。另一方面,由于温室气体的增多,地球在不断变暖,据统计,交通运输所释放的温室气体排放量占全球总量的13%。而生物燃料的原料是植物,通过获取水、二氧化碳以及利用光的能量进行光合作用生长起来。燃烧时释放到大气中的仅是生长过程中吸收的二氧化碳,吸收和释放部分刚好抵消。鉴于这个优点,人们认为用生物燃料来代替石油,减少温室气体的排放,对抑制地球变暖是有效的。因此,各国又重新开始关注生物燃料。不论是1997年的<京都议定书),还是2007年的IPCC的第4次报告都强调使用生物燃料。生物燃料的优点还在于,它能与汽油或柴油等汽车燃料掺合使用。2007年4月,在日本东京的50个加油站开始出售掺合7%ETBE的汽油。这个比例的汽油,现有汽车不用改造发动机或油箱就可使用。
世界各国正在引进生物乙醇。其中,美国与巴西是两大先进的生产国。美国自1970年起开始尝试将生物乙醇掺和到汽车燃料中。现在,在美国成为主流的是掺合10%的生物乙醇和掺合85%的生物乙醇。巴西自1930年起也开始生物乙醇与汽油的混合。1975年起,通过国家计划促进了20%的生物乙醇在全国加油站销售,100%生物乙醇也已经开始正在普及。行驶在巴西国内的约2 000万辆汽车中91%是专用生物乙醇的汽车,或能够使用生物乙醇与汽油混合的汽车。
生物乙醇的材料和制法基本上与威斯忌或白酒等酒类相同。生物乙醇以玉米或甘蔗等原料为主,先将玉米或甘蔗等原料粉碎,再经过酵制、浓缩,造成浓度为95%以上的乙醇。过密森林间砍伐下来的木材、草或农业废料等也都能制造乙醇。如果将生产成本或制造生物燃料投入的能量考虑进去,还是要数玉米或甘蔗最佳。玉米是蛋白质非常多的植物,每吨能生产336.9千克的乙醇,这个值在各种材料中是最高的。甘蔗每吨可生产的乙醇量只有玉米的1/6(约56.8千克)。但甘蔗可以大面积密植,以每公顷(1万平方米)耕地面积为例,玉米可生产乙醇的量为2 132千克,而甘蔗可生产乙醇的量是玉米的1倍以上,约5 191千克。
但是玉米或甘蔗种植受到经纬度的限制;另一方面,玉米和甘蔗本来作为食品的植物,随着生物燃料需求量的提高,必将引起食品或饲料的价格上涨。而木材、秸杆、废物等木材系的原料由于不是食物,与食物生产不发生冲撞,而被视为更有发展前途。日本正在开发以稻秸等纤维素为原料生产乙醇的技术。2008年2月美国政府正式发表公告,禁止将粮食用于制造生物乙醇。但这并不意味着生物乙醇的终结。
石油植物竞显“身家”
事实上,在美国政府发布不能用粮食生产生物乙醇的禁令前,专家们早就考虑到与粮食争石油不是长久之计。经过长期不断的探索和研究,专家们最终发现了一种芳草类植物,分类上属于芒属作物,具有很强的光合作用能力,是一种理想的石油植物。这种植物像稻子一样春种秋收,生长迅速,一季能长3米高,所以当地人称它为“象草”。象草对生长环境要求不高,从亚热带到温带的广阔地区到处都能生长,而且不用施肥,仅凭根状茎上庞大的根系就能有效地吸收土壤中的养分。更重要的是,它的种植成本很低,不到种植油菜成本的三分之一。可是,变成石油所产生的能量却相当于菜籽油制取的生物柴油的2倍。此外,这种芒属作物收割时植株比较干燥,所以制取石油的转化率也很高,平均每年每公顷可生产12吨“生物石油”,比现有任何一种能源植物都要高产。
这一发现引起各国科学家的广泛关注。既然芒属植物能制造出柴油,那么,其他进行光合作用的类似植物是否也能合成石油成分呢?美国科学家通过试种发现,种植1公顷含油橡胶树,一年可收获25桶生物石油,这种生物石油经改进制成的清洁燃料,成本低于天然能源。橡胶树原产巴西,将这种含油植物的树皮割开,就可流出胶汁般的液汁。液汁的成分与石油相似,化学特性同柴油相仿。更为神奇的是,它不需要任何加工,就可以直接作为燃料油使用,如果经过简单的加工,还可以制取汽油。这种树每棵每年可产胶汁40~60千克,在大自然中堪称最理想的可直接提供生物石油的植物。
另外在巴西,油棕树也越来越受到人们的关注。这种植物生长快,而且能取出很多的油,这些油与柴油性质相同,可以作为生物柴油使用。据说,一些大规模的种植园已开始准备批量种植,3年后便开始结果产油,每公顷可产油1万千克。
在菲律宾和马来西亚,有一种被誉为“石油树”的银合欢树,这种树分泌的液汁石油成分含量很高。经专家测试,某些野草也含有类似“石油”的成分,美国加利福尼亚州境内广泛生长着一种野草,由于黄鼠等啮齿动物都害怕它的气味,当地人称其为“鼠忧草”。鼠忧草可以制造“石油”,大约每公顷这样的野草可制取“石油”1000千克;著经人工杂交种植,每公顷可生产“石油”6 000千克。目前,美国学者已发现了30多种富含油的野草,如乳草、蒲公英等。此外,科学家还发现300多种灌木、400多种花卉都含有一定比例的“石油”。
目前,许多国家都开展含油植物的研究,并通过引种栽培,建立新的能源基地,如“石油植物园”等,以此满足对能源结构调整和生物质能源的需要。
绿色能源前程锦绣
那么,利用石油植物生产的生物燃料与汽油相同吗?不管使用什么原料,如果能够生成乙醇,则其性质是一样的。换言之,不管玉米还是甘蔗,还是其他石油植物,如果生成的是生物乙醇,那么,原材料的差异是不会影响性质的。
生物乙醇燃烧时产生的能量约是汽油的60%,所以,掺合到汽油中的生物乙醇越多,每单位体积释放的能量就越少。例如,掺合了 10%生物乙醇的混合汽油与普通的汽油相比,混合汽油释放的能量只是普通汽油-96%。这个数字反映在燃料消费率上,也就是说,通常的汽油能够行使100千米,同量的混合汽油只能行驶96千米。
在成本方面,生物燃料的成本比汽油要高。因为生物乙醇必须经过播种、培育、收割、加工等阶段。但石油是不可再生的能源,一旦用尽,便不能再生,它的枯竭是不可避免的。而生物燃料可以通过栽培、种植,能够无止境地重新生产。
由于温室气体二氧化碳的不断增多,全球不断变暖,人们越来越多地关注生物燃料,希望使用生物燃料代替石油,以此减少温室气体二氧化碳的排放。那么以生物乙醇为例,1千升生物乙醇究竟能够多大程度削减二氧化碳呢?从整个地球来看,每千升生物乙醇可减少的二氧化碳的排放量为1 094千克。使用生物燃料不仅能较少化石燃料的消耗,还能减少化石燃料燃烧时排放的二氧化碳。
石油植物是新一代的绿色洁净能源,在矿物质能源给当今生态环境带来严重污染的情况下,应用石油植物对保护环境十分有利。石油植物全身是宝,它不仅能在生长过程中消耗二氧化碳、降低温室效应。它们还可以通过生物分解。避免对土壤、地下水的污染。其次,这种植物不含硫化物,不会污染大气。不会形成酸雨。种植石油植物不仅可阻止土壤的流失,还可以重新建立新生土壤。石油植物分布面积广,属于可再生资源。若能因地制宜地种植,完全可以实现就地取材,化木为油,省却了矿物能源勘探、钻井、开采等过程,也减少了产油区与工业区之间的长途运输、管道运输等,大大降低了成本,易于普及推广。
开发石油植物,还将逐步加强世界各国在能源方面的独立性,减少对石油市场的依赖,可以在保障能源供应、稳定经济发展方面发挥积极作用。
石油植物的开发。是解决未来能源的有效新途径之一。生物质能源将成为未来可持续能源的重要部分,随着石油的日益稀缺和技术的逐步提高,50年后“石油植物”将改变地球的能源结构。
如今,美国种植的石油植物已扩展到10万公顷,产量超过500万吨。菲律宾种植了1万多公顷银合欢树。瑞士也准备种植10万公顷石油植物,帮助解决每年50%左右的石油需求量。
随着世界各国积极行动起来,大面积种植石油植物,相信不但能抑制地球变暖,我们还将看到地球上空越来越清澈的蓝天。
生物燃料重引关注
生物燃料有若干种类,现在主流的有三种:以甘蔗或玉米等为原料的“生物乙醇”、以植物油为原料的“生物柴油”,以及生物乙醇与异丁烯物质以大约9:11的比例合成,加工成能防止异常燃烧的乙基叔丁基醚(ETBE)。
生物燃料并非是新生事物。早在1908年,美国工程师亨利·福特开发汽车时,采用的燃料就不是汽油,而是生物乙醇,后来因石油便宜并且能大量买到,渐渐地,汽油就成了汽车的主要燃料。
如今,石油价格飞涨,缩小了与较贵的生物燃料的价差。另一方面,由于温室气体的增多,地球在不断变暖,据统计,交通运输所释放的温室气体排放量占全球总量的13%。而生物燃料的原料是植物,通过获取水、二氧化碳以及利用光的能量进行光合作用生长起来。燃烧时释放到大气中的仅是生长过程中吸收的二氧化碳,吸收和释放部分刚好抵消。鉴于这个优点,人们认为用生物燃料来代替石油,减少温室气体的排放,对抑制地球变暖是有效的。因此,各国又重新开始关注生物燃料。不论是1997年的<京都议定书),还是2007年的IPCC的第4次报告都强调使用生物燃料。生物燃料的优点还在于,它能与汽油或柴油等汽车燃料掺合使用。2007年4月,在日本东京的50个加油站开始出售掺合7%ETBE的汽油。这个比例的汽油,现有汽车不用改造发动机或油箱就可使用。
世界各国正在引进生物乙醇。其中,美国与巴西是两大先进的生产国。美国自1970年起开始尝试将生物乙醇掺和到汽车燃料中。现在,在美国成为主流的是掺合10%的生物乙醇和掺合85%的生物乙醇。巴西自1930年起也开始生物乙醇与汽油的混合。1975年起,通过国家计划促进了20%的生物乙醇在全国加油站销售,100%生物乙醇也已经开始正在普及。行驶在巴西国内的约2 000万辆汽车中91%是专用生物乙醇的汽车,或能够使用生物乙醇与汽油混合的汽车。
生物乙醇的材料和制法基本上与威斯忌或白酒等酒类相同。生物乙醇以玉米或甘蔗等原料为主,先将玉米或甘蔗等原料粉碎,再经过酵制、浓缩,造成浓度为95%以上的乙醇。过密森林间砍伐下来的木材、草或农业废料等也都能制造乙醇。如果将生产成本或制造生物燃料投入的能量考虑进去,还是要数玉米或甘蔗最佳。玉米是蛋白质非常多的植物,每吨能生产336.9千克的乙醇,这个值在各种材料中是最高的。甘蔗每吨可生产的乙醇量只有玉米的1/6(约56.8千克)。但甘蔗可以大面积密植,以每公顷(1万平方米)耕地面积为例,玉米可生产乙醇的量为2 132千克,而甘蔗可生产乙醇的量是玉米的1倍以上,约5 191千克。
但是玉米或甘蔗种植受到经纬度的限制;另一方面,玉米和甘蔗本来作为食品的植物,随着生物燃料需求量的提高,必将引起食品或饲料的价格上涨。而木材、秸杆、废物等木材系的原料由于不是食物,与食物生产不发生冲撞,而被视为更有发展前途。日本正在开发以稻秸等纤维素为原料生产乙醇的技术。2008年2月美国政府正式发表公告,禁止将粮食用于制造生物乙醇。但这并不意味着生物乙醇的终结。
石油植物竞显“身家”
事实上,在美国政府发布不能用粮食生产生物乙醇的禁令前,专家们早就考虑到与粮食争石油不是长久之计。经过长期不断的探索和研究,专家们最终发现了一种芳草类植物,分类上属于芒属作物,具有很强的光合作用能力,是一种理想的石油植物。这种植物像稻子一样春种秋收,生长迅速,一季能长3米高,所以当地人称它为“象草”。象草对生长环境要求不高,从亚热带到温带的广阔地区到处都能生长,而且不用施肥,仅凭根状茎上庞大的根系就能有效地吸收土壤中的养分。更重要的是,它的种植成本很低,不到种植油菜成本的三分之一。可是,变成石油所产生的能量却相当于菜籽油制取的生物柴油的2倍。此外,这种芒属作物收割时植株比较干燥,所以制取石油的转化率也很高,平均每年每公顷可生产12吨“生物石油”,比现有任何一种能源植物都要高产。
这一发现引起各国科学家的广泛关注。既然芒属植物能制造出柴油,那么,其他进行光合作用的类似植物是否也能合成石油成分呢?美国科学家通过试种发现,种植1公顷含油橡胶树,一年可收获25桶生物石油,这种生物石油经改进制成的清洁燃料,成本低于天然能源。橡胶树原产巴西,将这种含油植物的树皮割开,就可流出胶汁般的液汁。液汁的成分与石油相似,化学特性同柴油相仿。更为神奇的是,它不需要任何加工,就可以直接作为燃料油使用,如果经过简单的加工,还可以制取汽油。这种树每棵每年可产胶汁40~60千克,在大自然中堪称最理想的可直接提供生物石油的植物。
另外在巴西,油棕树也越来越受到人们的关注。这种植物生长快,而且能取出很多的油,这些油与柴油性质相同,可以作为生物柴油使用。据说,一些大规模的种植园已开始准备批量种植,3年后便开始结果产油,每公顷可产油1万千克。
在菲律宾和马来西亚,有一种被誉为“石油树”的银合欢树,这种树分泌的液汁石油成分含量很高。经专家测试,某些野草也含有类似“石油”的成分,美国加利福尼亚州境内广泛生长着一种野草,由于黄鼠等啮齿动物都害怕它的气味,当地人称其为“鼠忧草”。鼠忧草可以制造“石油”,大约每公顷这样的野草可制取“石油”1000千克;著经人工杂交种植,每公顷可生产“石油”6 000千克。目前,美国学者已发现了30多种富含油的野草,如乳草、蒲公英等。此外,科学家还发现300多种灌木、400多种花卉都含有一定比例的“石油”。
目前,许多国家都开展含油植物的研究,并通过引种栽培,建立新的能源基地,如“石油植物园”等,以此满足对能源结构调整和生物质能源的需要。
绿色能源前程锦绣
那么,利用石油植物生产的生物燃料与汽油相同吗?不管使用什么原料,如果能够生成乙醇,则其性质是一样的。换言之,不管玉米还是甘蔗,还是其他石油植物,如果生成的是生物乙醇,那么,原材料的差异是不会影响性质的。
生物乙醇燃烧时产生的能量约是汽油的60%,所以,掺合到汽油中的生物乙醇越多,每单位体积释放的能量就越少。例如,掺合了 10%生物乙醇的混合汽油与普通的汽油相比,混合汽油释放的能量只是普通汽油-96%。这个数字反映在燃料消费率上,也就是说,通常的汽油能够行使100千米,同量的混合汽油只能行驶96千米。
在成本方面,生物燃料的成本比汽油要高。因为生物乙醇必须经过播种、培育、收割、加工等阶段。但石油是不可再生的能源,一旦用尽,便不能再生,它的枯竭是不可避免的。而生物燃料可以通过栽培、种植,能够无止境地重新生产。
由于温室气体二氧化碳的不断增多,全球不断变暖,人们越来越多地关注生物燃料,希望使用生物燃料代替石油,以此减少温室气体二氧化碳的排放。那么以生物乙醇为例,1千升生物乙醇究竟能够多大程度削减二氧化碳呢?从整个地球来看,每千升生物乙醇可减少的二氧化碳的排放量为1 094千克。使用生物燃料不仅能较少化石燃料的消耗,还能减少化石燃料燃烧时排放的二氧化碳。
石油植物是新一代的绿色洁净能源,在矿物质能源给当今生态环境带来严重污染的情况下,应用石油植物对保护环境十分有利。石油植物全身是宝,它不仅能在生长过程中消耗二氧化碳、降低温室效应。它们还可以通过生物分解。避免对土壤、地下水的污染。其次,这种植物不含硫化物,不会污染大气。不会形成酸雨。种植石油植物不仅可阻止土壤的流失,还可以重新建立新生土壤。石油植物分布面积广,属于可再生资源。若能因地制宜地种植,完全可以实现就地取材,化木为油,省却了矿物能源勘探、钻井、开采等过程,也减少了产油区与工业区之间的长途运输、管道运输等,大大降低了成本,易于普及推广。
开发石油植物,还将逐步加强世界各国在能源方面的独立性,减少对石油市场的依赖,可以在保障能源供应、稳定经济发展方面发挥积极作用。
石油植物的开发。是解决未来能源的有效新途径之一。生物质能源将成为未来可持续能源的重要部分,随着石油的日益稀缺和技术的逐步提高,50年后“石油植物”将改变地球的能源结构。
如今,美国种植的石油植物已扩展到10万公顷,产量超过500万吨。菲律宾种植了1万多公顷银合欢树。瑞士也准备种植10万公顷石油植物,帮助解决每年50%左右的石油需求量。
随着世界各国积极行动起来,大面积种植石油植物,相信不但能抑制地球变暖,我们还将看到地球上空越来越清澈的蓝天。