生物燃料 , 任何衍生自 生物质 -那是, 植物 或者 藻类 材料或动物废物。由于这种原料可以很容易地补充,因此生物燃料被认为是一种可再生能源,不像化石燃料,如 石油 、煤炭和天然气。生物燃料通常被认为是一种具有成本效益和环保的 良性 选择 石油和其他化石燃料,特别是在 语境 石油价格上涨以及对化石燃料对能源的贡献的日益关注 全球暖化 .许多批评者对某些生物燃料的扩张范围表示担忧,因为与精炼过程相关的经济和环境成本以及可能从粮食生产中去除大片耕地。
2006 年 6 月 19 日,杜邦科学家 Max Li 在他位于特拉华州威尔明顿的杜邦实验站最先进的发酵实验室中开发新的生物燃料。PRNewsFoto/DuPont/AP Images
乙醇气体燃料泵将 E85 混合物输送到美国华盛顿州的一辆汽车中。 Carolina K. Smith, M.D./Shutterstock.com
一些长期开发的生物燃料,例如 木头 , 可直接作为原料燃烧生产 热 .反过来,热量可用于在发电厂中运行发电机以发电。许多现有的电力设施燃烧草、木头或其他种类的生物质。
探索美国乙醇生物燃料产量的增加及其不利因素 美国乙醇生物燃料产量的概述。 Contunico ZDF Enterprises GmbH,美因茨 查看本文的所有视频
液体生物燃料特别受关注,因为它具有广阔的 基础设施 已经准备好使用它们,尤其是在运输方面。产量最大的液体生物燃料是乙醇(乙醇),它是通过发酵淀粉或 糖 .巴西和美国是乙醇的主要生产国。在美国,乙醇生物燃料主要由 玉米 (玉米)谷物,它通常与汽油混合以生产汽油醇,一种含有 10% 乙醇的燃料。在巴西,乙醇生物燃料主要由甘蔗制成,通常用作 100% 乙醇燃料或含 85% 乙醇的汽油混合物。与从粮食作物生产的第一代乙醇生物燃料不同,第二代纤维素乙醇来自低价值的生物质,这些生物质具有高纤维素含量,包括木屑、作物残留物和城市垃圾。纤维素乙醇通常由甘蔗渣(一种糖加工过程中产生的废物)或各种可加工的草制成。 栽培的 在低质量的土地上。鉴于转化率低于第一代生物燃料,纤维素乙醇主要用作汽油添加剂。
美国南达科他州的一家乙醇生产厂 Jim Parkin/Shutterstock.com
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第二种最常见的液体生物燃料是生物柴油,它主要由油性植物(例如 大豆 或者 油棕 ) 以及在较小程度上来自其他油性来源(例如餐厅油炸产生的废弃烹饪脂肪)。生物柴油在欧洲最受认可,用于柴油发动机,通常与石油柴油以不同百分比混合。指某东西的用途 藻类 和 蓝藻 作为第三代生物柴油的来源具有前景,但在经济上难以发展。一些藻类物种含有高达 40% 脂质 按重量计算,可转化为生物柴油或 合成的 石油。一些估计表明,藻类和蓝藻每单位面积可以产生比第二代生物燃料多 10 到 100 倍的燃料。
藻类生物燃料研究技术员 Nick Sweeney 在位于科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室的现场测试实验室大楼 (FTLB) 的藻类实验室的帐篷反应器中接种藻类。丹尼斯施罗德/国家可再生能源实验室
列奥纳多·达·芬奇以
其他生物燃料包括甲烷气体和沼气——它们可以在没有氧气的情况下从生物质的分解中获得——以及甲醇、丁醇和二甲基 醚 ——正在开发中。
在评估生物燃料的经济效益时,必须考虑生产它们所需的能源。例如,种植玉米生产乙醇的过程会消耗农业设备、肥料制造、玉米运输和乙醇蒸馏中的化石燃料。在这方面,由玉米制成的乙醇代表的能量增益相对较小;甘蔗的能量增益更大,纤维素乙醇或藻类生物柴油的能量增益可能更大。
生物燃料还提供环境效益,但取决于它们的制造方式,也可能具有严重的环境缺陷。作为一种可再生能源,植物性生物燃料原则上对 全球暖化 和气候变化;期间进入空气的二氧化碳(一种主要的温室气体) 燃烧 随着生长的植物参与进来,将更早地从空气中移除 光合作用 .据说这种材料是碳中性的。然而,在实践中,农业生物燃料的工业生产会导致温室气体的额外排放,这可能会抵消使用可再生燃料的好处。这些排放包括生产过程中化石燃料燃烧产生的二氧化碳和生产过程中产生的一氧化二氮。 土壤 已经治疗过的 氮 肥料。在这方面,纤维素生物质被认为更 有利 .
土地利用也是评估生物燃料效益的一个主要因素。使用常规原料,例如 玉米 和 大豆 ,作为第一代生物燃料的主要成分引发了食品与燃料的争论。在从人类食物链中转移耕地和原料时,生物燃料生产会影响食品价格和供应的经济性。此外,为生物燃料种植的能源作物可以争夺世界上的天然资源。 栖息地 .例如,对源自玉米的乙醇的重视正在将草原和灌丛地转变为玉米单一栽培,而对生物柴油的重视正在摧毁古老的热带森林,为油棕种植园让路。自然栖息地的丧失会改变水文,增加侵蚀,并普遍减少 生物多样性 的野生动物区。清理土地还可能导致大量二氧化碳的突然释放,因为它所含的植物物质被燃烧或腐烂。
生物燃料的一些缺点主要适用于低多样性生物燃料来源——玉米、大豆、甘蔗、油棕——它们是传统的农作物。一种替代方法是使用高度 各种各样的 物种的混合物,以北美高草草原为例。将已停产的退化农业用地转化为此类高度多样化的生物燃料来源,可以增加野生动物面积、减少侵蚀、净化水源污染物、将空气中的二氧化碳储存为碳 化合物 并最终恢复退化土地的肥力。随着技术的发展,这种生物燃料可以直接燃烧发电或转化为液体燃料。
种植生物燃料以同时满足所有需求的正确方法将继续是一个大量实验和辩论的问题,但生物燃料生产的快速增长可能会继续下去。在美国,2007 年能源独立和安全法案 授权 到 2022 年,每年使用 1360 亿升(360 亿加仑)生物燃料,比 2006 年的生产水平增加了六倍多。该立法还要求,在某些规定下,总量中的 790 亿升(210 亿加仑)是玉米衍生乙醇以外的生物燃料,并继续对生物燃料生产提供某些政府补贴和税收优惠。
生物燃料测试中心 2009 年,科罗拉多州戈尔登国家可再生能源实验室 (NREL) 生物燃料测试中心的工作人员。Dennis Schroeder——国家可再生能源实验室/美国能源部
生物燃料的一个独特前景是,结合一种称为碳捕获和储存的新兴技术,生产和使用生物燃料的过程可能能够永久地从大气中去除二氧化碳。在这一愿景下,生物燃料作物将在生长过程中去除空气中的二氧化碳,能源设施将捕获生物燃料燃烧发电时释放的二氧化碳。捕获的二氧化碳可以隔离(储存)在长期储存库中,例如陆地下的地质构造、深海沉积物,或者可以想象为固体,例如碳酸盐。 也可以看看 碳汇 。
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