以草炼油

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作者:  东西彩票

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重点提要
■利用植物不可食用的部份制成的第二代生质燃料,是近年来最环保、技术前景也最看好的石油(作者:  东西彩票)替代方案。
■这类「青草汽油」大多由玉米梗、青草类能源作物和废弃木料等农业废料制成。
■对美国来说,这类原料的能源产量足以取代全国石油总需求量的一半,而且不会影响食物供应。照目前的状况看来,人(作者:  东西彩票)类必须脱离对石油的依赖,不能放任石油问题继续威胁国家安全,危害经济和环境,已是相当明显的趋势。但是文明社会不可能停滞不前,因此我们必须发明新技术,为全世界的交通工具提供动力。纤维素生质燃料,也就是以植物不可食用的部份制造的液态燃料,可说是近年来最具环保潜力、在技术上也最为可行的石油替代方案。

只要是植物,或者(作者:  东西彩票)曾经是植物,都可以用来制造生质燃料。第一代生质燃料产自可食用的生物物质,例如美国使用的玉米、黄豆,以及巴西使用的甘蔗。这类生质燃料是众多可能的方案中最容易生产的,因为这种技术已经存在,目前美国就有180座以玉米制造乙醇的炼油厂。

但是第一代生质燃料不能算是长(作者:  东西彩票)期的解决方案,因为以目前可用的农地而言,第一代生质燃料产量还不到已开发国家液态燃料需求量的一成,而且为了生产第一代生质燃料,谷物需求量会增加,使动物饲料价格上涨,进而造成某些食品涨价,虽然情况并不像去年媒体恐慌性的报导所讲的那么严重。此外,如果将种植、采收和处理玉米的(作者:  东西彩票)温室气体总排放量计算在内,会发现第一代生质燃料其实没有我们原先期望的那么环保。

潜藏在纤维素里的能量

以纤维素为原料制造的第二代生质燃料(比较口语的说法是「青草汽油」)则可避免这些问题。可用来制造青草汽油的原料多达几十种,甚至几百种,包括锯木屑和建材等木材废料、谷类的茎和麦秆等农业废料,以及所谓的「能源作物」,也就是为了制造青草汽油而种植、生长迅速的草类和木本植物(参见37页〈全美各地的纤维素原料选择〉)。这类原料产量充足,价格低廉,与一桶(约159公升)石油能量相等的燃料成本只有10~40美元,而且不会影响粮食生产。能源作物大多可种植在不适合农耕的土地上,其中某些植物,例如轮作周期(作者:  东西彩票)相当短的柳树,在生长时还可净化被废水或重金属污染的土壤。

能够采收来生产燃料的纤维素来源非常多,依据美国农业部和能源部的研究,在不影响生产食品、动物饲料或出口所需之原料的前提下,美国每年可以生产13亿公吨以上的干燥纤维生质原料。如此大量的生质原料,每年将可生产3600亿公升青草汽油,大约为目前全美国汽油与柴油年(作者:  东西彩票)耗量的一半(请参见37页〈全美各地的纤维素原料选择〉)。另一项预测也估计,全球纤维生质原料可供应的能源,相当于340亿~1600亿桶石油,这个数字已经超过目前全世界每年的石油消耗量(300亿桶)。纤维生质原料还可转化成各种燃料,包括乙醇、汽油、柴油,甚至是喷射机燃料。
(作者:  东西彩票)
目前科学家仍然比较熟悉以发酵方式处理玉米粒,而不擅长分解玉米梗中坚韧的纤维,不过这部份近来已经获得大幅进展。透过量子化学运算模型等功能强大的工具,化学工程师发明出可以在原子层级(作者:  东西彩票)控制化学反应的结构,这项研究的目的之一,是希望能尽快扩大这项技术的运作规模,进一步运用在炼油厂中。尽管这个领域才刚刚起步,但是有数座示范性炼油厂已经开始运作,首座商业化炼油厂也预定于2011年完工启用,青草汽油的时代或许很快就要到来。

大自然演化出纤维素的目的,是为了赋予植物骨架。这种物质是分子互相连结而成的刚性架构,可支撑植物垂直生长(请参见34页〈纤维素骨架〉),并且很难被生物分解。要想取出潜藏在其中的能量(作者:  东西彩票),科学家必须先破坏长年演化而来、坚韧的分子绳结。

一般说来,这个过程首先必须将坚韧的纤维素分解成较小的分子,再提炼成燃料。分解的方式可依据温度来区别,低温分解法(50~200℃)的产物是糖,可再发酵生成乙醇与其他燃料,方式和目前处理玉米或制糖作物的方式大致相同。在较高的温度(300~600℃)下分解的(作者:  东西彩票)产物是所谓的「生质原油」,可进一步提炼成汽油或柴油。极高温(高于700℃)时的分解产物为气体,可转化为液态燃料。

目前没有人知道哪一种方式能以最低的成本,将最多的能量转换成液态生质燃料。针对不同的纤维生质原料,可能必须采用不同的方式。举例来说,高温处理法或许最适用于木材,而低温分解法或许较适用于青(作者:  东西彩票)草。

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