可再生能源小知识

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽，用之不竭的特点，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。

● 太阳能

太阳能是来自地球外部天体的能源。人类所需能量的绝大部分，都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能，在植物体内储存下来。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。

● 风能

风能地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后，气温变化不同以及空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。

● 水能

水能是清洁能源、绿色能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源，是常规能源，一次能源。人们目前最易开发和利用的比较成熟的水能，也是河流能源。水能主要用于水力发电。其优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形、气候等多方面的因素所影响。

● 生物质能

生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。对于石油行业来讲，目前最为关切的是生物柴油。它是生物质能的一种，是指以油料作物、野生油料植物和水生植物油脂，以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油，通过酯交换工艺制成的可代替柴油的再生性燃料。另外，燃料乙醇也越来越受到关注。

● 地热能

地热能是赋存于地球内部岩石和流体中的热能。它是驱动地球内部一切热过程的动力源，其热能以传导形式向外输送。地球内部温度高达7000℃，这些巨大的热能，透过地下水的流动和熔岩涌动至离地面1～5千米的地壳，热力得以被转送至接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热。这些加热了的水，最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。

● 海洋能

海洋能指依附在海水中的可再生能源。海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量。这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式，存在于海洋之中。地球表面积约为5.1亿平方千米，其中陆地表面积为1.49亿平方千米，占29%；海洋面积达3.61亿平方千米，占71%。以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840米，而海洋的平均深度却为380米。整个海水的容积多达13.7亿立方千米。一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量。它将太阳能以及派生的风能等，以热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失。

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。

长此以来，煤、石油和天然气一直都在燃料王国称霸称王，人们可以试想，煤、石油和天然气的“祖先”既然都是远古时代的植物和石头，那么人们能不能种植一些能源作物，像收割庄稼一样来“收获”石油呢？这将是21世纪全世界普遍关注的一个新的能源问题。

种植专门用作能源的作物是在当今社会受到人们密切注意的一项工作，其主要驱动力之一是由于能源危机。在能源危机中，大多数工业化国家的农业部门也逐渐意识到了自己的作用。如果这些国家对农业没有支持和保护，那么就会导致越来多的土地被荒废，因此把部分农业用地转为生产能源和工业品是很有可能实现的。然而，要想使农业用地生产能源和工业品这项工作取得成功，不仅要符合环境保护的要求，经济上还必须合理。现代化农业越来越依靠外部投入，特别是能源、肥料和农药等高能商品的外部投入。

理想的生物燃料作物应具有高效的光合能力。从当前的情况看，芒属作物可算得上是一种理想的生物燃料作物。“芒”，原产于中国华北和日本，这种植物具有很多优点：生长迅速快，它一季就能长3米高，所以还有人称它为“象草”；生长适应性强，这种作物从亚热带到温带的广阔地区普遍都能生长，它能够在强日照和高温的条件下生长茂盛，对肥水的利用率很高，并且在其生长期内，可以凭其根状茎上的强大根系有效地吸取养料，可不用施化肥和喷洒农药；燃烧效率高，“芒”在收割时比较干燥，其植株体内只有20%～30%的水分，它在生长过程中从大气中吸收多少二氧化碳，燃烧时就会释放多少二氧化碳，不会增加大气中二氧化碳的含量；成本低，芒属作物所生产的能源相当于油菜籽制作生物柴油的两倍，其成本还不到种植油菜的1/3；产量高，据试验，芒属作物作为燃料作物时，每公顷的产量高达44吨，如果每公顷年均“收获”12吨石油，那么它就比其它现有任何能源植物都高，而且还可连续收获多年。

生物能源属于再生能源，是取之不尽，用之不竭的。科学家研究表明，每1公顷的油菜可生产1200升植物油和1060升的氧气（相当于40个人1年所需的氧气量），植物油不仅可供人们食用，同时只要经过简单的化学反应之后，还可以变成生物柴油，而氧气还可以净化空气。

研究结果表明，生物柴油中不含有硫化物，因此它在燃烧后不是形成酸雨的因素，另外它还可以借由生物分解，避免对土壤和地下水造成污染。目前，世界各国也纷纷开发新能源，希望能在维持工业发展的同时，也可以减少温室气体的排放量。

大力推广种植能源作物，不仅是国际上的环保问题大势所趋，而且也是发展农业经济与改善土壤的要求所致。现代农业中，由于对作物的高度生产和单一作物的种植以及过度机械化，导致了土壤的严重流失，同时不恰当的耕种方式和种植对上壤有害的作物，还会造成对环境的不良影响。所以种植能源作物，不仅可以有效防止土壤的流失，还可以帮助土壤建立新土壤层，对土壤起到保护作用。

到目前为止，科学家们已发现了40多种“石油”植物。专家们正在进行品种的选择和质量的优化，并打算尽早对其实行商业化生产。现在，欧洲一些国家已经在大规模的种植芒属植物，英国还准备用150万英亩的土地来种植这种生物燃料作物，德国也兴建了一座发电能力为12万千瓦的发电厂，其所用燃料就是芒属植物、白杨、柳树的混合物和秸秆。英国科学家和相关政府部门决定，将在该国投资2000万英镑用于开发洁净环保的能源新技术，其中绿色植物能源就是研究计划的一部分。科学家们认为，现在的普通植物对于阳光的利用效率还不到4%，如果通过研究能使其提高到5%的话，那么只需要世界农田面积的25%，就可以提供相当于目前人类使用的全部化学燃料的能源。

科学家们还预言，在未来的20～30年内，之前从事耕种的部分农民将转而生产能源作物，并建立使用“生物燃料”为燃料的发电站。

将来，绿色植物将为人们提供越来越多样化的化学制品和能源。从能源作物提炼出来的生物柴油还可以取代石油，并减少人类对石油的过度依赖。因而对能源作物的开发与种植，不仅能使能源可再生和综合利用，减少环境的污染，还可以为农业经济的复苏创造有利条件。因此，能源作物将成为人类开发利用再生能源的又一新途径。