再生能源石油植物有哪些?
随着能源消耗量的不断增加,有限的常规化能源煤、石油、天然气等日趋紧缺,然而,正当人们对能源的前景感到暗淡和忧虑的时候,科学家发现了新的再生能源,即石油植物。
所谓石油植物,指那些可以直接生产工业用燃料油,或经发酵加工可生产燃料油的植物的总称。例如,现已发现的大量可直接生产燃料油的植物,主要分布在大戟科,如绿玉树、三角戟、续随子等。这些石油植物能生产低分子量氢化合物,加工后可合成汽油或柴油的代用品。
据专家研究,有些树在进行光合作用时,会将碳氢化合物储存在体内,形成类似石油的烷烃类物质。如巴西的苦配巴树,树液只要稍做加工,便可当做柴油使用。如前所述,目前全世界植物生物质能源每年生长量相当600亿吨至800亿吨石油,为目前世界开采量的20倍至27倍,可见潜力之大。目前,英、美等一些工业发达国家用木材加工出石油已达到实用阶段。英国一家公司采用液化技术,用100千克木材生产了24千克石油,同时还生产出16千克沥青和15千克蒸气。美国俄勒冈州一家以木片为原料的工厂,100千克木片可制取30千克石油。
石油植物
你想说的是哪些植物可以作为生物质能资源是吧,水生植物中,蓝藻及很多藻类都可以作为生物质能资源。农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸,高粱秸,麦秸,稻草,豆秸和棉秆等)都可以作为生物质能资源。
生物质能资源依据来源的不同,将适合于能源利用的生物质分为林业资源,农业资源,生活污水和工业有机废水,城市固体废物及畜禽粪便等五大类。林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源。生活污水主要由城镇居民生活,商业和服务业的各种排水组成。工业有机废水主要是各行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物。城市固体废物主要是城镇居民生活垃圾。畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质的转化形式。
生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用。
可作为能源的植物种类很多,主要是某些农作物及有机残留物,林木、森林工业残留物,藻类、水生植物也是有待开发的能源植物。使用植物作为能源,可以作为固体燃料,或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。林业能源方面,培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强的树木在国外已受到重视。中国林业科学研究院试验研究,列出60余种能源植物。森林能源的利用方法有两种:通过干馏来提取煤气、焦油和炭;直接进行燃烧,石油植物也是近年来开辟的一个新领域。
石油是不可再生的能源,故它的枯竭是不可避免的,必然的。所以许多国家都在进行替代能源的研究,能源植物的研究便应运而生了。美国诺贝尔奖获得者卡尔教授,早在1984年就开发出首个人工石油植物,得到每公顷120-140桶原油的收成。美国现已种植石油植物达几百万亩之多,英国也开发了150万亩,而瑞士更制订计划利用植物石油取代全国半数石油消耗量。
欧洲和北美也大量种植多年生草本植物,作为燃料发电,如象草就是这样一种植物。英国还查明,草原网草,大网茅和高沙草等植物的生长速度快,是种植的重要能源植物。还有大戟科的大戟属,红雀珊瑚属和海漆属,也是理想的燃料植物。
树海桐,又叫石油果 ,是一种潜在的石油代用品。巴西的香波树,在树上挖个洞,油就会流出来。美国的黄鼠草,西海岸的巨型藻,澳大利亚的丛粒藻等也能提炼出石油来。
我国也不乏石油植物,如海南的汕楠树,还有桉树,都能高产石油。经科学家鉴定,有生产价值的能源植物,生长在亚太地区的,就有10多种草本植物,18种灌木,23种乔木和18种灌木。
富含类似石油成分的能源植物
续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等均属此类植物。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与石油成分极其相似,不需提炼就可以直接作为柴油使用,每一株树年产量高达40L。我国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体,在树干上钻个洞,就会流出这种液体,也可以直接用作燃料油。
富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水化合物
利用这些植物所得到的最终产品是乙醇。这类植物种类多,且分布广,如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料。
富含油脂的能源植物
这类植物既是人类食物的重要组成部分,又是工业用途非常广泛的原料。对富含油脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的有效途径。世界上富含油的植物达万种以上,我国有近千种,有的含油率很高,如桂北木姜子种子含油率达64.4%,樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些种类存储量很大,如种子含油达15%~25%的苍耳子广布华北、东北、西北等地,资源丰富,仅陕西省的年产量就达1.35万吨。集中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿,种子含油16%~23%,蕴藏量高达50万t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高等淡水植物也有很大的产油潜力。
用于薪炭的能源植物
这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作薪炭的树种,如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐等,有的地方种植薪炭林3~5年就见效,平均每公顷薪炭林可产干柴15t左右。美国种植的芒草可燃性强,收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。
可再生能源的发展前景随着越来越多的国家采取鼓励可再生能源的政策和措施,可再生能源的生产规模和使用范围正在不断扩大,2007年全球可再生能源发电能力达到了24万兆瓦,比2004年增加了50%。2007年至少有60多个国家制订了促进可持续能源发展的相关政策,欧盟已建立了到2020年实现可持续能源占所有能源20%的目标,而中国也确立了到2020年使可再生能源占总能源的比重达到15%的目标。
自2006年1月可再生能源法实施以来,中国可再生能源已经进入快速发展时期。2007年中国可再生能源项目的投资总额已达到120亿美元,名列世界第二。2008年11月起陆续公布的4万亿投资计划中,也毫无悬念地出现了发展新型清洁能源的投资计划,天然气、核能、水能已经成为优先发展的目标。
根据中国中长期能源规划,2020年之前,中国基本上可以依赖常规能源满足国民经济发展和人民生活水平提高的能源需要,到2020年全国可再生能源利用总量将相当于6亿吨标准煤,对中国能源结构调整,减少温室气体排放,保护生态环境将发挥更大作用。
生产技术
生物柴油生产
化学法
国际上生产生物柴油主要采用化学法,即在一定温度下,将动植物油脂与低碳醇在酸或碱催化作用下,进行酯交 换反应,生成相应的脂肪酸酯,再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用,生产设备与一般制油设备相 同,生产过程中副产10%左右的甘油。但化学法生产工艺复杂,醇必须过量;油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油 得率及质量;产品纯化复杂,酯化产物难于回收,成本高;后续工艺必须有相应的回收 装置,能耗高,副产物甘油回收率低。使用酸碱催化对设备和管线的腐蚀严重,而且使用酸碱催化剂产生大量的废水,废碱(酸)液排放容易对环境造成二次污染等。
生物酶法
针对化学法生产生物柴油存在的问题,人们开始研究用生物酶法合成生物柴油,即利用脂肪酶进行转酯化反应,制备相应的脂肪酸甲酯乙酯。酶法合成生物柴油对设备要求较低,反应条件温和、醇用量小、无污染排放。需以大豆油为原料,采用固定化酶的工艺,酶用量为 油的30%,甲醇与大豆油摩尔比为12:1,反应温度40℃,反应10h生物柴油得率为92%。因酶成本高、保存时间短,使得生物酶法制备生物柴油的工业化仍不能普及。此外,还有些问题是制约生物酶法工业化生产 生物柴油的瓶颈,如脂肪酶能够有效地对长 链脂肪醇进行酯化或转酯化,而对短链脂肪醇转化率较低(如甲醇或乙醇一般仅为40%—60%);短链脂肪醇对酶有一定的毒性,酶易失活;副产物甘油难以回收,不但对产物形成抑制,而且甘油也对酶也有毒性。
超临界法
即当温度超过其临界温度时,气态和液态将无法区分,于是物质处于一种施加任何压力都不会凝聚的流动状 态。超临界流体密度接近于液体,粘度接近于气体,而导热率和扩散系数则介于气体和 液体之间,所以能够并导致提取与反应同时 进行。超临界法能够获得快速的化学反应和很高的转化率。Kusdiana和Saka发现用 超临界甲醇的方法可以使油菜籽油在4min 内转化成生物柴油,转化率大于95%。但反 应需要高温高压,对设备的要求非常严格,在大规模生产前还需要大量的研究工作。
生物乙醇生产
生物乙醇的生产是以自然界广泛存在的纤维素、淀粉等大分子物质为原料,利用 物理化学途径和生物途径将其转化为乙醇的一种工艺,生产过程包括原料收集和处理、糖酵解和乙醇发酵、乙醇回收等三个主要部分。发酵法生产燃料酒精的原料来源很多,主要分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素类物质原料,其中以糖质原料发酵酒精的 技术最为成熟,成本最低。木质纤维原料要先经过预处理再酶解发酵,其中氨法爆破(ammonia fiber explosion)技术, 被认为是最有前景的预处理方法。随着耐高温、耐高糖、耐高酒精的酵母的选育和底物流加工艺,发酵分离耦合技术的完善,工业 发酵酒精的成本还将越来越低。
除了核能、潮汐能、地热能之外,人类活动的基本能源主要来自太阳光。像生物能和煤炭石油天然气,主要透过植物的光合作用吸收太阳能储存起来。其它像风力,水力,海洋潮流等等,也都是由于太阳光加热地球上的空气和水的结果。
木材
柴是最早使用的典型的生物质能源,烧柴在煮食和提供热力很重要,它可让人们在寒冷的环境下仍可生存。
役用动物
传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外,亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。
水能
磨坊就是采用水能的好例子。而水力发电更是现代的重要能源,尤其是中国、加拿大等满是河流的国家。
风能
人类已经使用了风力几百年了。如风车,帆船等。
太阳能
自古人类懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。
地热能
人类很早以前就开始利用地热能,例如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。
海洋能
海洋能即是利用海洋运动过程来生产的能源,海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋温差能和海水盐差能等,一些沿海国家的海岸线,就很适合用来作潮汐发电。
生物能
生物质能是指能够当做燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。许多的植物都被用来生产生物质能,包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和沼气(甲烷)牛粪等。
开放分类: 能源
可再生能源泛指多种取之不竭的能源,严谨来说,是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能。
大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源,而是百年甚至千年的。
随着能源危机的出现,人们开始发现可再生能源的重要性。
·太阳能
·地热能
·水能
·风能
·生物质能
·潮汐能
所有人类活动的基本能源都来自太阳,透过植物的光合作用而被吸收。
木材
柴是最早使用的能源,透过燃烧成为加热的能源。烧柴在煮食和提供热力很重要,它让人们在寒冷的环境下仍可生存。
动物牵动
传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外,亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。
生物质燃料
此种燃料原为可再生能源,如能产出与消耗平衡则不会增加二氧化碳。但如消耗过量而毁林与耗竭可返还土壤的有机物,就会破坏产耗平衡。用生物质在沼气池中产生沼气供炊事照明用,残渣还是良好的有机肥。用生物质制造乙醇甲醇可用作汽车燃料。
水力
磨坊就是采用水力的好例子。而水力发电更是现代的重要能源,尤其是中国这样满是河流的国家。此外,中国有很长的海岸线,也很适合用来作潮汐发电。
风力
人类已经使用了风力几百年了。
太阳能
太阳直接提供了能源给人类已经很久了,但使用机械来将太阳能转成其他能量形式还是近代的事。
潮汐能
潮汐发电利用潮水涨落,世界已有电站容量16GW。
从地球蕴藏的能源数量来看,自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言,太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量,大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过,由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力,科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源,可以利用的仅占微乎其微的比例,因而,继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化,逼迫使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展,依仗能源的可持续供给,这就必须研究开发新能源和可再生能源。
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时(3.78×1024J),相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计,可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽,用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能,降低开发和转化的成本,是新能源开发中面临的重要问题。
风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量,用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的风能开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦,列世界第三位,有广阔的开发前景。风能是一种自然能源,由于风的方向及大小都变幻不定,因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。
对于核电站,人们有许多误解,其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变,核燃料是铀、钚等元素,核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质,例如钍,本身并非核燃料,但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。
近年来,许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低,在国家各种优惠政策的鼓励下,全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮,尤其是近年来,由于全国性缺电严重,民企投资小水电如雨后春笋,悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的,2003年开始,特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年,根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划,中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。
氢是一种二次能源,一种理想的新的含能体能源,在人类生存的地球上,虽然氢是最丰富的元素,但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水,其次就是各种矿物燃料(煤、石油、天然气)及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料,还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢,如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等;化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善,氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。
地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库,仅地下10千米厚的一层,储热量就达1.05×1026焦耳,相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力,新技术业已成熟,并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面,未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的,不受天气状况的影响,既可作为基本负荷能使用,也可根据需要提供使用。
海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源,主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富,分布广,清洁无污染,但能量密度低,地域性强,因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电,其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年,法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气,推动风力发动机组发电的装置,把1千瓦的电力送到岸上,开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。
此外,还有生物质能,是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量,目前发展中的开发利用技术主要是,通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等,通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等,通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。
菲律宾和马来西亚生长着一种银合欢树,被誉为“石油树”,这种树分泌的液汁含有很高的石油成分。美国加州境内广泛生长着一种野草,它也含有类似“石油”的成分,黄鼠等啮齿目动物都害怕它的气味,因此当地人称为“鼠忧草”。
面积为1平方公里的鼠忧草可以提炼出100吨石油。此外,巴西的苦配巴树和澳大利亚的高冠树也都是很好的“石油”树。第一种是以我国海南的油楠树为代表的“石油植物”,它们是一种富含类似石油成分的能源植物,这类植物除油楠树以外还有许多种,比如续随子、绿玉树、西蒙得木和巴西橡胶树等。
第二种是以木薯、马铃薯、甜菜以及甘蔗、高粱、玉米等农作物为代表的植物,它们富含碳水化合物,用其作为原料最终得到的产品是乙醇。第三种是以木姜子的种子、苍耳子、白沙篙、黑沙篙为代表的植物,它们富含大量油脂;河水表面常见的水葫芦也有很大的产油量。第四种是以加拿大杨树、意大利杨树还有美国梧桐树为代表的植物。
它们是多用于薪炭的能源植物。薪炭林是一种见效快的再生能源,木材可作为燃料。此外,细菌和藻类经过加工和提取,也能作为供能来源。据估计,地球上富含“石油”的植物大约有1000种以上,它们大部分不与粮食和经济作物争夺土地资源,有很大的发展前景。
2、林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等。
3、农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
4、污水废水。生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成,如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物。
5、固体废物。城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
6、畜禽粪便。畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
7、沼气。沼气是由生物质能转换的一种可燃气体。沼气是一种混合物,主要成分是甲烷(CH4)。沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下发酵,类繁多的沼气发酵微生物分解转化,从而产生沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧。通常可以供农家用来烧饭、照明。
再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。
它们在自然界可以循环再生。是取之不尽,用之不竭的能源,不需要人力参与便会自动再生,是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。
在19世纪中叶煤炭发展之前,所有使用的能源都是可再生能源。除了核能、潮汐能、地热能之外,人类活动的基本能源主要来自太阳光。
像生物能和煤炭、石油、天然气等化石能源,主要通过植物的光合作用吸收太阳能储存起来。其它像风力,水力,海洋潮流等等,也都是由于太阳光加热地球上的空气和水的结果。
水电
一是在做好布局的基础上,落实电力市场水电消纳和输电方案,包括四川、云南水电外送,以及“十三五”投产的重点水电。
二是落实水电与促进地方经济社会发展和扶贫协调机制,研究建立西藏水电的开发协调机制,促进藏东南水电基地的开发。
三是研究制定龙头水库综合效益共享机制与政策,进行抽水蓄能电站作用、效益机制研究,水电电价市场化改革及电价机制研究,探索和制定常规水电和抽水蓄能电站电价机制,促进水电持续健康发展。
四是做好流域综合监测规划,建立监测、监管体系,编制流域梯级水电站联合调度运行规程,优化水电站运行,提高利用效率。
到“十三五”时期,水电投资不足、开发技术难度较大等问题都会基本得以解决,而难点转向消纳、外送、移民、环保等方面。因此要把水电开发好,除了技术研究和积累之外,还应该加强水电开发机制体制等一系列问题研究,促进水电有序有效开发利用。