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生物燃料

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生物燃料(Biofuel)

目錄

什么是生物燃料

  生物燃料又稱(chēng)生質(zhì)燃料或生態(tài)燃料,泛指由生物質(zhì)組成或萃取而成的固體、液體或氣體。生物質(zhì)可以用三種不同的轉化方法轉化為易于利用、含有能量的物質(zhì),包含:熱轉化,化學(xué)轉化,和生物化學(xué)轉化。

生物燃料的闡述

  此生物質(zhì)轉換可能會(huì )產(chǎn)生固體,液體或氣體的形式,而這種新的生物質(zhì)可用作生物燃料。所謂的生物質(zhì)系指有機活體或者有機活體新陳代謝的產(chǎn)物,例如牛糞。不同于石油、煤炭、核能等傳統燃料,這種新興燃料是可再生燃料。因為油價(jià)上漲和能源安全的需要,生物燃料越來(lái)越受歡迎。然而,根據歐洲環(huán)境署,生物燃料并不一定能減緩全球變暖。

  生物燃料其中一種定義是“至少80%的體積是由十年內生產(chǎn)的有機活體物質(zhì)提煉出的燃料?!?a href="/wiki/%E7%94%9F%E7%89%A9%E6%9F%B4%E6%B2%B9" title="生物柴油">生物柴油是由植物油和動(dòng)物脂肪制成。純的生物柴油可以被作為車(chē)輛燃料,但它通常是作為柴油的添加劑,以降低柴油車(chē)輛排放的微粒,一氧化碳和烴類(lèi)。生物柴油是油或脂肪經(jīng)由酯交換反應生成的,在歐洲是最常見(jiàn)的生物燃料。

  2010年,全球生物燃料產(chǎn)量達到1050億升(280億美制加侖),較2009年增長(cháng)17%。生物燃料提供世界上道路交通燃料的2.7%,其中主要是乙醇和生物柴油。全球燃料乙醇的生產(chǎn)在2010年達到了860億升(230億美制加侖),其中美國和巴西為世界上產(chǎn)量最多的生產(chǎn)者,占全球產(chǎn)量的90%。世界上最大的生物柴油生產(chǎn)者是歐盟,占2010年生物柴油總生產(chǎn)的53%。國際能源署有一個(gè)目標,到2050年用生物燃料滿(mǎn)足超過(guò)全球需求運輸燃料的四分之一,以減少對石油和煤炭的依賴(lài)。

生物燃料的來(lái)源

  專(zhuān)門(mén)培植為生物燃料原料的作物,有主要在美國出產(chǎn)的玉米和黃豆;主要在歐洲的亞麻籽和油菜籽;巴西的甘蔗;東南亞的椰子油。工業(yè)、農業(yè)、林業(yè)、一般家庭制造出可生物分解的產(chǎn)物都可以作為原料,例如:稻草、麥梗、稻糠、木材、糞便、廢水和廚余……等。這些原料經(jīng)由無(wú)氧消化轉換為生化氣體。制成燃料的生物質(zhì),其原料常常是一些未被充分使用的廢棄物,像稻秣與動(dòng)物廢棄物。至于木材與草的品質(zhì)并不直接影響能量產(chǎn)生的多寡。

  現在有許多科學(xué)家開(kāi)始研究使用藻類(lèi)或藍菌做為另一種生物燃料的原料,應用的層面包括生質(zhì)柴油、甲醇、乙醇、甲烷,甚至氫燃料。以大麻做為原料的研究也在增加,但大麻的研究還得面對法律方面的問(wèn)題(為了避免毒品問(wèn)題而對大麻種植的限制)。巨皇草收成快體積大,燃燒時(shí)與煤炭的能量比為5:3所以5噸可以取代3噸煤炭,另外該草不必像生物柴油一樣經(jīng)過(guò)提煉過(guò)程為液態(tài)才能使用,簡(jiǎn)單加工后可以直接燃燒,適用經(jīng)濟較貧困的地區或低成本產(chǎn)業(yè),所以巨皇草已經(jīng)被列為尖端抗暖化措施在進(jìn)行研究。

  在一些工業(yè)化的國家,例如德國,因為一般燃料的課稅比食物的高,所以由每單位食物產(chǎn)生能量的價(jià)錢(qián)較用一般燃料便宜。

生物燃料的演進(jìn)

  早在發(fā)現火以來(lái),人類(lèi)就開(kāi)始將生物燃料作取暖和煮飯用。當電被發(fā)現后,生物燃料原本將被大量用能源生產(chǎn)。然而石化燃料:煤炭、石油、天然氣被大量發(fā)現與其應用技術(shù)的發(fā)展,使得生物燃料在能源、交通運輸等方面的功能被世人所忽略。

  液態(tài)生物燃料的應用始于早期的汽車(chē)工業(yè)。內燃機的發(fā)明者,德國的尼古拉斯·奧托(Nikolaus Otto),計劃用乙醇做為這項發(fā)明的燃料。柴油引擎的發(fā)明者,德國的魯道夫·狄塞爾(Rudolph Diesel),打算拿花生油做為它的燃料。由亨利·福特發(fā)明的T型福特,完全使用乙醇為燃料。但是,在賓州與德州的油田被發(fā)現后,石油變得很便宜也極易取得,于是汽車(chē)便開(kāi)始改用石油或柴油。

生物燃料的難題

  為了種地而燒荒拓墾,可能排放許多的二氧化碳,需要數十年甚至數個(gè)世紀的生物燃料才能補償。為了制造及運輸生物燃料也會(huì )產(chǎn)生污染、二氧化碳排放及使用水資源、化學(xué)肥料。在地生產(chǎn)使用生物燃料可以減少這些問(wèn)題,但是就算在地生產(chǎn),有些生物燃料在環(huán)保上可能還是不值得,例如有研究顯示、一些已經(jīng)量產(chǎn)的生質(zhì)酒精其實(shí)是高污染燃料。在經(jīng)濟上也可能不值得,例如玉米酒精比化石燃料制造出更多的碳及污染排放。

  為了生產(chǎn)生物燃料,許多土地被改為農地,尤其是開(kāi)發(fā)新的農地也會(huì )破壞生態(tài)。由于生物燃料的需求增加,在有些第三世界國家的農民,可能把原本用來(lái)生產(chǎn)糧食作物的土地,拿來(lái)種植能源作物,減少糧食作物的生產(chǎn)。生物燃料的大量使用也造成糧食價(jià)格上漲,并威脅貧窮人口的生存。

  用痳瘋樹(shù)(又名桐油樹(shù))可用于生產(chǎn)生物燃料,這些作物可生長(cháng)在不適于糧食作物生長(cháng)的荒地、幾乎不需施肥,其種子亦不可食用,對糧食生產(chǎn)影響更小。但就算能源作物本身不可食、也可以在不食之地種植,但是還是有減少糧食生產(chǎn)的可能。采用廢棄食用油來(lái)生產(chǎn)生質(zhì)柴油不會(huì )占用食物來(lái)源,被認為是目前真正值得推廣的生物燃料,但是廢油中含有許多無(wú)用物質(zhì),會(huì )增加生產(chǎn)問(wèn)題。纖維素乙醇是采用人體無(wú)法消化的部位,因此比較不會(huì )降低糧食生產(chǎn),也可以減少新農地的需求,但是由于植物的細胞壁(纖維素主要存在的位置)構造相當復雜,且含有許多不同物質(zhì),因此以現在的技術(shù)來(lái)說(shuō),生產(chǎn)成本較高;此外,農業(yè)廢棄物同時(shí)也是一種良好而且重要的有機肥料,因此纖維素乙醇的大量使用也是有環(huán)保上的疑慮。

生物燃料未來(lái)的發(fā)展

  未來(lái)藻類(lèi)(例如海藻)來(lái)生產(chǎn)生質(zhì)柴油會(huì )是發(fā)展方向之一,藻類(lèi)生質(zhì)燃料生產(chǎn)效率高,不需使用耕地也能減輕生質(zhì)能源可能對農產(chǎn)品價(jià)格的影響。不過(guò),技術(shù)上還需一些突破,藻類(lèi)生質(zhì)燃料成本較高,部分藻類(lèi)是基因改造品種,預防這類(lèi)藻類(lèi)混入生態(tài)系統也是個(gè)課題。

  纖維酒精也有不需額外耕地也不會(huì )跟現有糧食競爭的優(yōu)點(diǎn)。核能研究所為配合臺灣能源政策,2006年起積極發(fā)展第二代生質(zhì)燃料之一-纖維酒精之生產(chǎn)技術(shù),以全球及亞洲地區產(chǎn)量最為豐富的農業(yè)廢棄物稻稈為研究起點(diǎn),2007年建立國內第一座實(shí)驗型纖維酒精程序研發(fā)設施,2009年建置日處理1噸纖維原料之噸級測試廠(chǎng),并設有電力、蒸汽及水處理等完整公用設施。此測試廠(chǎng)除作為國內、外開(kāi)發(fā)纖維酒精制程、生物酵素與發(fā)酵菌株之平臺外,其所發(fā)展之纖維酒精量產(chǎn)技術(shù)亦可為國內商轉廠(chǎng)設計、能源效益及生產(chǎn)成本評估之基礎。未來(lái)測試廠(chǎng)將由纖維酒精發(fā)展為生物精煉技術(shù)平臺,成為臺灣研究生質(zhì)精煉之重鎮,并朝向石化產(chǎn)業(yè)高值化之發(fā)展邁進(jìn)。

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