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生物燃料

甘蔗可以用来生产酒精(即乙醇)。
世界上最肥沃的耕地
生物燃料公车
巴西酒精汽油加油站

生物燃料(英语:Biofuel)、生质燃料生态燃料,泛指由生物质组成或萃取而成的固体、液体或气体。生物质可以用三种不同的转化方法转化为易于利用、含有能量的物质,包含:热转化,化学转化,和生物化学转化。此生物质转换可能会产生固体液体气体的形式,而这种新的生物质可用作生物燃料。所谓的生物质系指有机活体或者有机活体新陈代谢的产物,例如牛粪。不同于石油煤炭核能等传统燃料,这种新兴燃料是可再生燃料。因为油价上涨和能源安全的需要,生物燃料越来越受欢迎。然而,根据欧洲环境署,生物燃料并不一定能减缓全球暖化[1]

生物燃料其中一种定义是“至少80%的体积是由十年内生产的有机活体物质提炼出的燃料。”

生物柴油是由植物油和动物脂肪制成。纯的生物柴油可以被作为车辆燃料,但它通常是作为柴油的添加剂,以降低柴油车辆排放的微粒,一氧化碳类。生物柴油是油或脂肪经由酯交换反应生成的,在欧洲是最常见的生物燃料。

2010年,全球生物燃料产量达到1050亿升(280亿美制加仑),较2009年增长17%。[2]生物燃料提供世界上道路交通燃料的2.7%,其中主要是乙醇生物柴油。全球燃料乙醇的生产在2010年达到了860亿升(230亿美制加仑),其中美国巴西为世界上产量最多的生产者,占全球产量的90%。世界上最大的生物柴油生产者是欧盟,占2010年生物柴油总生产的53%。[2]国际能源署有一个目标,到2050年用生物燃料满足超过全球需求运输燃料的四分之一,以减少对石油和煤炭的依赖。[3]

来源

专门培植为生物燃料原料的作物,有主要在美国出产的玉米黄豆;主要在欧洲的亚麻籽和油菜籽巴西甘蔗东南亚椰子油工业农业林业、一般家庭制造出可生物分解的产物都可以作为原料,例如:稻草、麦梗、稻糠、木薯木材粪便、废水和厨余等。这些原料经由无氧消化转换为生化气体。制成燃料的生物质,其原料常常是一些未被充分使用的废弃物,像稻秣与动物废弃物。至于木材与草的品质并不直接影响能量产生的多寡。

现在有许多科学家开始研究使用藻类蓝菌做为另一种生物燃料的原料,应用的层面包括生质柴油甲醇乙醇甲烷,甚至氢燃料。以大麻做为原料的研究也在增加,但大麻的研究还得面对法律方面的问题(为了避免毒品问题而对大麻种植的限制)。巨皇草收成快体积大,燃烧时与煤炭的能量比为5:3所以5吨可以取代3吨煤炭,另外该草不必像生物柴油一样经过提炼过程为液态才能使用,简单加工后可以直接燃烧,适用经济较贫困的地区或低成本产业,所以巨皇草已经被列为尖端抗暖化措施在进行研究。

在一些工业化的国家,例如德国,因为一般燃料的课税比食物的高,所以由每单位食物产生能量的价钱较用一般燃料便宜。

演进

早在发现火以来,人类就开始将生物燃料作取暖和煮饭用。当电被发现后,生物燃料原本将被大量用能源生产。然而石化燃料煤炭石油天然气被大量发现与其应用技术的发展,使得生物燃料在能源、交通运输等方面的功能被世人所忽略。

液态生物燃料的应用始于早期的汽车工业。内燃机的发明者,德国的尼古拉斯·奥托(Nikolaus Otto),计划用乙醇做为这项发明的燃料。柴油引擎的发明者,德国的鲁道夫·狄塞尔(Rudolph Diesel),打算拿花生油做为它的燃料。由亨利·福特发明的福特T型车,完全使用乙醇为燃料。但是,在宾州与德州的油田被发现后,石油变得很便宜也极易取得,于是汽车便开始改用汽油柴油

难题

为了种地而烧荒拓垦,可能排放许多的二氧化碳,需要数十年甚至数个世纪的生物燃料才能补偿。为了制造及运输生物燃料也会产生污染、二氧化碳排放及使用水资源、化学肥料。在地生产使用生物燃料可以减少这些问题,但是就算在地生产,有些生物燃料在环保上可能还是不值得,例如有研究显示、一些已经量产的生质酒精其实是高污染燃料。在经济上也可能不值得,例如玉米酒精比化石燃料制造出更多的碳及污染排放。

为了生产生物燃料,许多土地被改为农地,尤其是开发新的农地也会破坏生态。由于生物燃料的需求增加,在有些第三世界国家的农民,可能把原本用来生产粮食作物的土地,拿来种植能源作物,减少粮食作物的生产。生物燃料的大量使用也造成粮食价格上涨,并威胁贫穷人口的生存。


未来发展

未来藻类(例如海藻)来生产生质柴油会是发展方向之一,藻类生质燃料生产效率高,不需使用耕地也能减轻生质能源可能对农产品价格的影响。不过,技术上还需一些突破,藻类生质燃料成本较高,部分藻类是基因改造品种,预防这类藻类混入生态系统也是个课题。[4][5][6]

痳疯树(又名桐油树)可用于生产生物燃料,这些作物可生长在不适于粮食作物生长的荒地、几乎不需施肥,其种子亦不可食用,对粮食生产影响更小。但就算能源作物本身不可食、也可以在不食之地种植,但是还是有减少粮食生产的可能。采用废弃食用油来生产生质柴油不会占用食物来源,被认为是目前真正值得推广的生物燃料,但是废油中含有许多无用物质,会增加生产问题。纤维素乙醇是采用人体无法消化的部位,因此比较不会降低粮食生产,也可以减少新农地的需求,但是由于植物的细胞壁(纤维素主要存在的位置)构造相当复杂,且含有许多不同物质,因此以现在的技术来说,生产成本较高;此外,农业废弃物同时也是一种良好而且重要的有机肥料,因此纤维素乙醇的大量使用也是有环保上的疑虑。

纤维酒精也有不需额外耕地也不会跟现有粮食竞争的优点。核能研究所为配合台湾能源政策,2006年起积极发展第二代生质燃料英语Second-generation biofuels之一-纤维酒精之生产技术,以全球及亚洲地区产量最为丰富的农业废弃物稻秆为研究起点,2007年建立国内第一座实验型纤维酒精程序研发设施,2009年建置日处理1吨纤维原料之吨级测试厂,并设有电力、蒸汽及水处理等完整公用设施。此测试厂除作为国内、外开发纤维酒精制程、生物酵素与发酵菌株之平台外,其所发展之纤维酒精量产技术亦可为国内商转厂设计、能源效益及生产成本评估之基础。未来测试厂将由纤维酒精发展为生物精炼技术平台,成为台湾研究生质精炼之重镇,并朝向石化产业高值化之发展迈进。(资料来源:核能研究所100年度-新能源与再生能源科技研究成果年报)。[7]

美军已经决定大量采用藻类生质燃料取代部分航空煤油

参见

参考文献

引用

  1. ^ Opinion of the EEA Scientific Committee on Greenhouse Gas Accounting in Relation to Bioenergy. [2013-08-28]. (原始内容存档于2019-03-03).
  2. ^ 2.0 2.1 Biofuels Make a Comeback Despite Tough Economy. Worldwatch Institute. 2011-08-31 [2011-08-31]. (原始内容存档于2012-05-30).
  3. ^ Technology Roadmap, Biofuels for Transport (PDF). 2011 [2013-08-28]. (原始内容存档 (PDF)于2014-07-22).
  4. ^ 丰田研发海藻作优质生物燃料,亚洲时报
  5. ^ 复旦大学:海藻浒苔可望提炼出生物油,中国经济网
  6. ^ 首架纯生物燃料飞机欧洲试飞完全采用海藻生物燃料[永久失效链接],大公报
  7. ^ 核能研究所100年度-新能源与再生能源科技研究成果年报

来源

期刊

外部链接


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