主题：【原创】生物质 物质能源与电动汽车 -- 橡树村
家园 【原创】生物质 物质能源与电动汽车 第一部分链接出处
第二部分链接出处
这篇是不在计划内的，由于有讨论的话题，索性改一下写法，专门发出来，免得藏得太深大家看不到。不过就不编号了。
原讨论在晨老大的地盘，链接出处
具体是回答马踏飞燕:那个估算过于乐观了
回答在橡树村:国内比例要低多了
生物能源前景究竟怎么样？现在的汽车工业，是放弃物质能源，专心发展电动汽车，还是寻找清洁的物质性可再生能源呢？
首先明确，生物能源的总量不够。按照乐观的估计，人类可以开发的生物能源也只能解决人类目前三分之一的能源消耗，保守的估计，大约10%的样子。这个是全世界范围内的。在中国，由于耕地紧张，可能被利用的生物能源比例可能会更低。
所以说生物能源不能完全解决能源问题。但是为什么要做生物能源呢？
目前的问题是化石资源污染严重，好像也不大够用的，但是太阳能的利用仍然无法满足工业要求。在这个前提下，生物能源是一个重要补充。
为什么不能放弃物质性能源，直接用电呢？要知道电是二次能源，不是一次能源，你需要用什么东西来发电，目前除了化石能源，就是可再生能源可以使用。可再生能源也没几个选择，风力不够，生物质不够，水电不够，就太阳能多，但是太阳能的直接利用现在的技术最差，距离大规及还远得很。
所以要放弃物质性资源，普及电动汽车，电从哪里来？现在化石能源提供人类活动80%的能量，用化石能源发电用到电动汽车上？这不是多此一举么？所以只要不能改变化石能源作为主要能源来源的现状，汽车就还不如直接烧油呢。不解决大量可再生能源的来源，普及电动汽车就缺乏基础和动力。在这个条件下，大规模的放弃燃油汽车，是不可能的，实际上也起不到什么好处，白白增加社会成本而已。要知道彻底使用电动汽车，要造成大量的社会资产的浪费，这个成本不是一般的高！
生物能源是可再生资源里面的唯一的物质性资源，在不具备大规模放弃燃油汽车的条件下，人们能做的，就是尽可能的利用可再生能源去替代化石能源，这里面，目前的技术水平，生物能源是最简单最直接的选择，因为生物能源是唯一的物质性资源，而把非物质性资源转化成为物质性资源，还是比较麻烦的。
由于总量不足，生物能源毕竟只能起到一个辅助作用，但是在可以看到的未来，二三十年吧，生物能源是比较现实比较可靠的物质性可再生能源来源，放弃不用绝对是不明智的。当然生物能源的利用不能影响人类的食品安全，这方面的工作，就是开发不占用耕地的第二代生物能源。
最终解决能源问题，仍然依赖于可靠稳定的可再生资源，实际上也就是解决太阳能的直接利用问题。但是这不等于直接利用太阳能就必须放弃物质性资源，所有的汽车都去直接用电。直接利用太阳能，也有把太阳能转化为物质性资源的途径，二三十年前，就有利用太阳能提供能源，固定二氧化碳，合成甲醇或者油品，运输到客户的工艺概念提出。这个工艺，从二氧化碳开始，技术储备已经足够多，我这里就有实力做这个，难处在于如何利用太阳能。当直接利用太阳能成为可能的时候，这种方法提供的物质性资源，仍然会在运输行业中占据很大的比例。太阳能资源的分布也是不均匀的，而物质性资源进行远距离，特别是跨洋输送的便利，比电力这类非物质性资源的输送还是要方便很多的，所以物质型能源不可能被完全替代。
电动汽车是好东西，但是不要指望以后只剩下电动汽车。
本帖一共被 4 帖 引用 (帖内工具实现)家园 集中化石能源发电的效率与单个汽车烧油的效率不可同日而语 石油或电煤发电的效率与汽油机，柴油机燃烧的效率是不可同日而语的。因为集中生产电力而消耗的化石能源的使用效率可以达到80%以上，并且电力生产还有其他很多来源，核电，以及将来的核聚变，都是可持续性发展的能源。
而内燃机的效率，只能达到30~40%，大部分都是浪费掉了。而使用生物能源，同样不能解决二氧化碳的排放问题。并且，今年农产品的价格上涨，还有很大部分原因也是因为大量使用玉米加工乙醇而造成的。这种需求与产出的不平衡很有可能会引起整个社会链的不平衡。
家园 电煤发电有这么高的效率？ 因为集中生产电力而消耗的化石能源的使用效率可以达到80%以上就算是目前概念最先进的IGCC，发电效率理论上也只有52%。超超临界发电效率是45-48%。
另外核电算是清洁能源，但是不算作可持续发展能源。这个东西也会枯竭。
生物能源的部分，我也建议你再多看看相关资料。
家园 80%?这只是理想 只有联合供热的燃气轮机机组,才有过80%这样的理想效率.但世界上还没有哪个大型发电机组是有这样的效率的.
首先就是理想工况只是理想,实际应用就必然要打折--起码你要考虑成本/维护什么的问题了.
其次联合供热就不是到处都需要的---这一块至少占20%.
最后大型机组,起机相当不易,即使电网无负荷,也不能随意停机,只能空转,造成大量浪费.
所以最后,实际生活中的发电机组,效率有40%,就很不错了----你还要再去加上电网的传输损失.
家园 中国目前平均发一度电消耗电煤370克 平均能量利用效率只有32%。
1990年，这个数字是472克，25%，按照国内目前的产业规划，计划在2010年达到360克，33%，2020年达到320克，37%。
直接使用燃油或者天然气的火力发电厂效率比使用煤的效率要高，目前的世界纪录也就是60%。
家园 不空转，不浪费 在电网无负荷的时候，(比如说晚上)，调度中心会减少其他小机组的发电配额，尽量让大机组发电。另外，在政策上也鼓励低谷用电低谷储电以保证负荷曲线尽量平滑，这也是为什么有蓄能水电站的原因，利用低谷用电低峰去人为的产生负荷存储能量到高峰时输出，即“削峰填谷”。所以，电网从来就没有“无负荷空转”的情况，除非发生故障，机组解列。
至于线损，据我所知，在低压用户一级(损耗最高的一级)，综合损耗算下来只有5%左右。而高压电网传输一级的损耗则更是低于这个数。
家园 23在这里 家园 【原创】生物质 二十二 制氢 生物质厌氧发酵还可以制氢。
其实甲烷发酵的过程，第一步，就是得到有机酸和氢气，这就是制氢了。只不过甲烷发酵的过程，有机酸和氢气要继续发酵，最终得到甲烷和二氧化碳，而以氢为目的的发酵，把后一个过程去掉就是了。
能够生产氢气的菌种很多，用于制氢的，主要有两类，一类是氢化酶，这类酶把氢离子（质子）转化成为氢气，另一类是氮化酶，把质子，电子与三磷酸腺苷ATP转化成二磷酸腺苷ADP和磷酸，同时释放氢气。
葡萄糖分解生成氢气，需要使用氢化酶。按照这样的反应途径，葡萄糖完全分解，产生的是二氧化碳和氢气，理论上每一个葡萄糖分子可以产生12个氢分子。实际上反应不是这样进行的，葡萄糖需要分解成为有机酸，二氧化碳和氢气。由于代谢得到有机酸，所以氢气发酵不能单独进行废物处理，一般要与甲烷发酵结合。
与甲烷发酵相比，氢气发酵的有机物负荷高，稀释率也高，反应罐所需要的体积仅有甲烷发酵反应罐体积的十分之一，而氢气发酵后得到的处理液，低级有机酸占到了有机物含量的90%以上，这样可以提高甲烷的发酵速度，从而可以降低甲烷发酵罐的体积。所以氢气发酵可以用于甲烷发酵的前处理过程。从理论上来讲，采用氢气发酵，甲烷发酵的两段式发酵，能量效率可以提高10%。不过这个工艺还在开发阶段，使用的菌种仍然在筛选中，具体的工艺条件也还远远没有达到最优，所以目前还没有工业化。
生物质制氢还有另外一个途径，是利用光和作用制氢。这个过程实际上把目前利用不充分的生物能与太阳能结合起来，如果真的有了突破，还是比较有前景的。
能利用光合作用生产氢气的微生物，大致分成绿藻，蓝藻和光合成细菌三类。藻类可以进行氧气生成型的光合成，通过光合作用直接把水转变成为氢气，同时进行二氧化碳的固定，这个和生物质没多大关系，这里不讲。光合成细菌需要在厌氧，光照射条件下进行非氧气生成的光合成，把葡萄糖等有机物分解成为二氧化碳和氢气。把有机物降解得到二氧化碳的过程是个氧化过程，而氧化过程就需要有还原过程来平衡，这样，水就被还原成为氢气。
光合成细菌生产氢气的过程，利用了太阳能作为能源，生物质是底物。这个反应在理论上可以完全进行，实际上，在使用不同的有机物的实验中，氢气的收率也的确很高，接近理论值。由于光合成细菌生产氢气需要生物质作为底物，那么，当把有机废水作为这个底物的时候，废水处理和能源生产就可以同时进行了，听起来很不错？
能用于底物的，包括葡萄糖等单糖，多糖，还有可溶性淀粉，玉米，甘蔗，以及各种各样的有机酸。这些广泛存在于有机废水和农畜产品废弃物中，是进行光合成生产氢气的好原料。特别是成分稳定的食品厂废水，利用起来是很方便的。
听起来不错，做起来很难，目前这个过程还只是研究阶段，研究实例很少。光合成细菌需要近红外光，这会导致体系温度上升，但是菌株本身耐热性能一般不好，这样就需要对体系进行冷却，就消耗了一些能量，所以还需要寻找耐热的菌株。到目前，好像还没有能够在45摄氏度以上保持氢生产能力的菌株的报道。
一些光合成细菌还可以利用硫磺化合物。由于硫化氢是下水，粪尿处理恶臭的首要元凶，也存在于甲烷发酵的气体里面，所以如果能够利用这个反应除掉硫磺，同时生产氢气，应该也是很有意义的事情。
光合成制氢的速度并不好，但是分解效率非常高，所以现在有人研究把厌氧型氢气发酵与光合成制氢结合，把两种菌混合培养，进行氢气的有效生产。这个过程里面，首先是厌氧型细菌把有机物分解为有机酸和氢气，然后光合成细菌再把有机酸份进一步转化成为氢气，如果能够开发成功，可以大幅度拓宽用于氢气生产的有机物范围。
氢气用途很多，用于磷酸型燃料电池是对氢气纯度要求不高，高于60%就好。用于石化，化工，要求的纯度比较高，一般要在95%以上，要是用于冶金，半导体，纯度要求就更高了，需要五个九甚至更高。而生物质得到的氢气含有一些水和二氧化碳，所以用于燃料电池就不再需要气体分离，可能更加实用。
从光能转化为氢能的效率，理论上可以超过20%，在理想的实验条件下，可以达到5-10%，不过在太阳光的条件下，目前的水平平均大约是1-2%，还需要进一步提高才能够有实用价值。不过看起来，这个途径真的很有前景呢。
家园 【原创】生物质 二十一 分解木质素 木质素是植物细胞壁的重要成分，所以存在的量非常大，在地球上，仅次于纤维素的累积量，在碳素来源中居第二位。木质素的作用是加固植物细胞壁，连接各类细胞，所以，在微生物发酵生产甲烷，醇的过程中，木质素就成了发酵过程的障碍。不过木质素也可以通过微生物进行分解，其作用的微生物，叫做白色腐朽菌。一些种类的白色腐朽菌，甚至具备只分解木质素，不分解纤维素的能力。在造纸行业，这个过程被视为生产环境友好纸和纸浆的发展方向。这个过程还可以用于分解一些环境污染物，或者可以用来提高反刍类家畜牧草饲料的消化性能，可以用作木材乙醇化的前处理，也可以用于木质成型材料制造等等。
造纸的时候，需要将木材等植物机械破碎，得到浆液，在水中浸泡悬浮后，吸上来用于造纸。由于木材的木质素结合很顽强，这样细胞壁的纤维素也被木质素覆盖，但是得到高质量的纸张，就需要把木质素除掉，这个分离非常耗能。如果先是用白色腐朽菌处理木材，分解木质素，再把细胞机械剥离，或者使用化学分离，使用少得多的能量就可以制造优良的纸浆。在制造白色的纸的时候，需要使用药品彻底去除木质素，比如使用氯气，这个方法有危害，也对环境有很大的污染。而使用白腐朽菌处理，也可以达到漂白作用，这个过程是生物漂白，是比较有前途的产业，已经有了半商业化工厂的例子。这个过程设备相对简单，投资较少，应该是有推广价值的节能技术。
木质成形材料，指的是不是用任何化学品，只依靠白色腐朽菌处理和高压-热压复合方法，把木材加工成为塑料一样的成形材料。这个过程与不使用菌处理的过程相比，成形的温度压力都低，得到的成形材料强度也更好，也属于节能技术。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【原创】生物质 二十 醇类发酵 生物质厌氧发酵不是只会得到甲烷。厌氧条件下，葡萄糖和果糖等汤类物质，在酵母等微生物的作用下，会分解生成乙醇和二氧化碳，这个过程就是乙醇发酵。
乙醇发酵就是酒精发酵，应该是人类发现并开始利用的最古老的发酵过程，酿酒过程就是人类进行不断优化的乙醇发酵过程，应该至少有几千年的历史了吧？
理论上，100克糖可以得到51克乙醇，质量减少了一半，但是保留了91%的能量。不过发酵的实际过程要复杂多了，乙醇是产物，同时还生成异丙醇，正丁醇，丙三醇等等，不同的微生物，不同的反应条件，这些产物的比例不同。以生产乙醇为目的的，就是乙醇发酵，如果以生产丙醇，丁醇为目的，就是丙醇，丁醇发酵了。实际上，由于现在生物技术的发展，目前已经有了发酵得率比酿酒酵母高的细菌，也有了专门生产丙醇，丁醇的微生物。
传统的乙醇发酵只能使用葡萄糖，果糖等六碳糖，也就是只能使用蔗糖，淀粉作为原料，而同样在化学概念上也属于糖类的纤维素就被浪费掉了。目前生物技术已经在开发新的微生物，可以发酵构成纤维素的五碳糖，这样，就可以利用大量的纤维素资源，也就不再和人抢粮食了。这种工艺得到的乙醇，被称为非粮乙醇，是目前世界各国利用生物能源的一个重要方向，不过距离工业化还有不小的距离。
目前乙醇发酵规模最大的在巴西。巴西的乙醇工业与制糖业界和紧密，利用蔗糖汁进行发酵，得到的乙醇价格低廉。这些蔗糖汁在其他国家往往还需要再进行重结晶提取糖分，这样就增加了杂质含量，降低了糖的等级。巴西这种制糖业与乙醇工业结合的方法，使得巴西可以提供廉价高品质的蔗糖，同时提供廉价的乙醇，一举两得，有不少蔗糖种植大国都很眼热。
中国的工业乙醇原料主要是甘薯，工业乙醇的品质要求不高，所以工艺比较粗糙。作为燃料使用，需要在传统的工业乙醇装置后面加上提纯装置，提高乙醇的纯度。这几年生物乙醇国内很火，搞精馏的不少人都发了财。
美国的乙醇燃料使用的原料主要是玉米，美国是玉米出口大国，很多国家的粮食和饲料都依赖美国玉米的出口。最近两年美国提倡使用玉米进行生物乙醇生产，降低了出口量，导致世界玉米价格上升，直接加重了贫穷国家的灾难，使得人们开始反思这条路线的问题，同时所谓第二代生物能源，主要包括非粮乙醇和利用生物质气化得到的合成气合成燃料油，开始引起人们重视。非粮乙醇生产的能量效率大约在50%。
第一代生物能源于第二代生物能源之间，还有一个一代半的生物能源，是通过丙醇丁醇发酵得到的，这个过程叫做丙醇丁醇发酵。
丙醇丁醇发酵虽然听说过的人不多，但是这也是个很古老的工艺，也早就工业化了。
1912年，英国就建立了淀粉发酵制备丁醇的生产线。在一次世界大战期间，由于丙醇是无烟火药的原料，需求量激增，欧洲很多国家都建立了大量的丙醇-丁醇发酵生产线。一战后丁醇又找到了出路，用于涂料溶剂。二战后，丁醇又成为提高军用飞机使用的汽油辛烷值的添加剂被广泛使用。因此，在很长时间内，丙醇丁醇生产都有很重要的军事意义。不过在1960年代后，丁醇的战略地位下降，干这样的就越来越少了，也就是南非由于特殊原因不得不接着干。1990年代南非种族隔离结束，世界上最后一条丙醇丁醇发酵生产线关闭。现在，在使用生物柴油的时候，发现混入丁醇可以改善发动机的点火性能，防止黑烟产生，所以丁醇又引起重视。而最早开始工业化丙醇丁醇发酵的英国，索性把生物丁醇列为了生物能源的发展方向之一，视为一代半的生物能源。2008年应该有一个生物丁醇试验厂完工。
丙醇丁醇发酵使用的是偏性厌氧型的一种产孢子细菌，在培养液中生产丙醇，丁醇，同时有少量的乙醇是代谢副产物。所谓的偏性厌氧型细菌，是要求在完全没有氧气的情况下才能够繁殖的细菌，相对应的，叫通性厌氧型细菌，可以在有微量氧气存在的情况下繁殖。具体的过程要涉及到严格灭菌，无菌培养等技术，这些技术的开发奠定了现代发酵工业的基础，所以说丙醇丁醇发酵实际上是现代发酵产业的鼻祖。如果没有这些技术进行铺垫，青霉素的工业化生产会遇到很大的问题，由此可见丙醇丁醇发酵的地位。
传统的丙醇丁醇发酵工艺不能满足目前的生产要求，要把这个古老的技术重新使用，需要解决的问题也很多，比如需要利用生物废弃物，而不是马铃薯，玉米，蜜糖作为原料，比如需要对工艺进行进一步改进提高效率，比如如果降低丁醇提纯的能量损失等等。
使用葡萄糖为原料，丙醇丁醇发酵过程的总能量回收率大约在70%。
其他关于这两种发酵的介绍在
家园 最近有人人工合成细菌 就是想让他吸收二氧化碳，放出甲烷。
不过这种细菌最好封闭存放
否则跑出来，将来地球大气层都是甲烷了。
家园 这样的过程一般都是厌氧的 环境里面的氧气含量到一定程度，细菌就活不了了。
所以只要不是弄出来有氧情况下把二氧化碳变成甲烷的细菌，就没多大关系。
家园 生物乙醇是不是只能当汽油替代品用？ 也就是说，只能用于点燃式的内燃机，而不是压燃式的内燃机？
家园 是 乙醇的辛烷值太高，不能压燃。
压燃式的替代品包括生物柴油和二甲醚。
不过目前来看生物乙醇最光辉的前景，应该还是用于乙醇燃料电池。
家园 据说猪肉涨价也跟此有关 最近两年美国提倡使用玉米进行生物乙醇生产，降低了出口量，导致世界玉米价格上升，直接加重了贫穷国家的灾难，使得人们开始反思这条路线的问题，