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[国外] 新能源(氢能-生物燃料)研究进展系列专贴

本主题由 sally208 于 2008-5-24 19:28 置顶
汽车以后也应该往这方面发展哦,呵呵呵,不怕没有石油喽。。。

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未来的能源应该都是这种清洁能源,只是目前的氢能源还是蛮有争议的,制备和储存都存在问题!

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在1000米高度以时速100公里飞了约20分钟,这已经算壮举了

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浙大郑津洋领衔研制成功世界最大固定储氢罐

作者:江耘 来源:中新网 发布时间:2008-4-9 8:54:21

浙大郑津洋领衔研制成功世界最大固定储氢罐

连日来,北京街头运行的氢燃料示范车正向国内外友人展示着“绿色奥运、科技奥运”的风采。为这些高科技示范车“充气”的是一个世界最大的储氢罐——五立方米固定式高压储氢罐。这个科技含量高的储氢罐并非由外国人研发出来,而是浙江大学郑津洋教授带领课题组研制成功。

氢能被公认为新世纪重要的二次能源,氢燃料电池和电动汽车正在全世界试验并逐步走向产业化,而安全高效的储氢技术是一项影响氢能汽车推广应用的关键技术,被各国列为研究重点。

郑津洋告诉记者,氢能汽车要真正为老百姓所用,除降低成本和提高可靠性外,还要让充气过程像汽车加油一样简单快速。早几年,为一辆氢燃料电池大巴车加氢一天一夜都不够。提高储氢罐的内部压力能提高加氢速度,但对安全性能有影响,同时,随着压力的提升,储氢罐的容积会受到限制。在郑津洋研发的五立方米固定式高压储氢罐之前,国际上最先进的技术是美国的高压储氢罐,做到了四百一十一升大。

郑津洋带领的研发团队研制的五立方米固定式高压储氢罐,是世界上个头最大的,为一辆大巴车充气目前只要花十五分钟时间,这项技术已经达到国际领先水平,吸引了美国、日本、德国等国家的科学家前来参观。

郑津洋是浙大化工过程机械国家重点学科带头人,在国内最早开展高压容器储氢技术和装备研究。早在四年前,郑津洋便在该领域已经有很高的造诣。二00四年,国家准备在北京建第一座制氢加氢站。当时方案确定采用美国CPI公司的技术。郑津洋一方面向建设单位指出了美国技术存在的技术缺陷,一方面提出了他自己的方案,最终打动了建设单位并改变方案。

据了解,郑津洋及他的课题组已为奥运氢燃料示范汽车做出了积极贡献。除了加氢站外,课题组还研制成功了国际先进的车载轻质高压储氢容器,改写了中国不能制造工作压力大于三十兆帕轻质高压容器的历史,为奥运燃料电池汽车试验运行提供了关键零部件。

郑津洋还告诉记者,在今年北京奥运会正式开幕之前,他的课题组还将为加氢站研发建成两个更高参数的储氢罐,预计压力和体积均会破国际纪录。

目前,郑津洋还在负责制定于此相关的 “固定式高压储氢用钢带错绕式容器”和“车用纤维缠绕高压氢气罐”这两项国家标准。这对打破外国公司对高压储氢技术的垄断、加快氢能实用化、提高中国先进能源装备制造业的技术水平,意义深远。



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美科学家发现让纤维素直接变成汽油的有效方法

作者:任霄鹏 来源:科学网 [url]www.sciencenet.cn[/url] 发布时间:2008-4-10 16:49:5

美科学家发现让纤维素直接变成汽油的有效方法

图片说明:Huber手中拿着一小瓶用新方法生产的绿色汽油物质。

(图片来源:Ben Barnhart)


美国科学家的一项最新研究,在生物质能转化为燃料能源上迈出了重要一步。他们找到一种有效的方法,成功地让柳枝稷、白杨树等植物的木质纤维素(即固态生物质能)转化为“绿色汽油”。该研究成果有助于扫清绿色汽油市场化的关键障碍。相关论文将以封面文章的形式发表在第1卷第5期的《化学与可持续性、能源与材料》(Chemistry & Sustainability, Energy & Materials,简称ChemSusChem)上,这是一本2008年新发行的化学领域学术期刊。

领导该项研究的是美国马萨诸塞大学Amherst分校(University of Massachusetts-Amherst)的化学工程师George Huber,他与研究生Torren Carlson、Tushar Vispute声称,这是首次实现植物纤维素到汽油组分的直接转变。

Huber表示,“未来的生物燃料在化学组成上十分接近于现在的柴油,而化学工程师们所面临的挑战就是在适合现有基础设施的条件下,找到用生物质能高效生产液体燃料的方法。”

新方法的关键就是:在一种名为ZSM5的固体催化剂存在条件下,快速加热纤维素使其分解。催化剂的作用在于加速反应过程,减少原材料的不必要消耗。而后又快速冷却生成的产物,从而制造出一种液体,其中包含多种汽油成分。

研究人员证实,整个反应过程可以在两分钟内完成,而所需要的热能也相对比较适度。仅这一步就能形成四分之一的汽油组成物质,如萘和甲苯。这些液体可以被进一步加工,形成汽油的其他组分,或者干脆作为辛烷汽油的混合物。

支持该项研究的NSF催化与生物催化项目主任John Regalbuto表示,“绿色汽油由于可以用在现有的发动机上,而且不会招致相应的经济损失,因此相比生物乙醇而言,它是另一种有吸引力的替代能源。从理论上而言,绿色汽油比生物乙醇的生产需要的能量要少得多,相应的碳足迹(carbon footprint,产品生命周期中总的温室气体排放量)和生产成本也要更低。”Regalbuto补充道,“以柳枝稷、白杨树作为能源作物和纤维素来源,也解决了最近一些科学家提出的作物乙醇和大豆柴油的全周期温室气体问题(参见更多阅读)。”

实际上,不止高校和学术科研机构在努力,全世界大大小小的能源公司都在积极设计各种方法,利用生物质能生产燃料。Regalbuto认为,Huber此次的方法处于新型绿色汽油范式研究的最前沿。这不仅因为该转化过程能以简洁的方式在短时间内处理大量的生物质原料,同时它基本上不需要任何外部能量。Regalbuto说,“事实上,该过程释放的额外能量还可以用来发电,因此如果善加处理,甚至不会有任何碳足迹。”

Huber等人目前正致力于弄清该过程的化学机制,并为这一单步技术设计出新的催化剂和反应器,从而加速绿色汽油的商业化过程。(科学网 任霄鹏/编译)

(《化学与可持续性、能源与材料》(ChemSusChem),10.1002/cssc.200800018,Torren R. Carlson, Tushar P. Vispute, George W. Huber)


更多阅读(英文)

《化学与可持续性、能源与材料》论文摘要

NSF网站报道全文

George Huber个人主页

Huber最新合成路径报告:Breaking the Chemical and Engineering Barriers to Lignocellulosic Biofuels: Next Generation Hydrocarbon Biorefineries

《科学》:生物燃料会增加温室气体排放



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科学家研制出新型细菌 吃进蔗糖吐出汽油ZT

作者:彭玉磊 来源:广州日报

随着生物技术的发展,生物学家可以“创造”出某些特定的、以前从未自然存在过的生物体,如今,更是有科学家已经通过基因改造方法设计并造出一种独特的大肠杆菌,能够将蔗糖转化为石油燃料。

日前,位于美国加州的埃米瑞斯生物科技有限公司宣称,他们已经通过基因改造技术成功培育出一种能够将糖变为类汽油的细菌,现在科学家们正准备开始有关批量生产的实验。公司的创办人之一、生物学家杰克·纽曼表示,这种经过基因改造的大肠杆菌可以将糖转化成汽油或是柴油,供机动车或是飞行器使用,几乎和我们现在使用的燃料没有任何区别。

从显微镜下看,被改造过的大肠杆菌“生产”汽油的过程就像是人们从空中俯瞰一处大油田:细长管道将一小圈一小圈液态汽油逐渐抽出、集中到一起。有所不同的是,这个油田是由大肠杆菌组成的,这些细长形的细菌正在“制造”出一小滴一小滴的汽油。

在微生物中寻找环保汽油

据介绍,人类一直在探索各种从生物中提取新能源的方法,试图用玉米、甘蔗等生产乙醇代替汽油,减少二氧化碳的排放。这听上去很容易,但也面临不少问题,也不适合大范围地推广使用。因为乙醇会对输油管道产生腐蚀性,若要换成乙醇汽油,全球的汽车发动机都需要改装,整个汽车行业要为此“伤筋动骨”。

此外,根据美国明尼苏达州经济学家杰森·希尔的估算,就算将美国种植的所有玉米都用来生产乙醇,也只能取代美国人一年使用的1460加仑汽油总量的12%。

于是,最近几年来,全球有越来越多的科学家开始从微生物世界寻找环保的汽油生产方式。改造细菌使用蔗糖生产汽油,就是现在出现的一种环保之法,因为种植甘蔗时植物会吸收一定的温室气体,相对抵消了人们使用这种汽油所产生的二氧化碳,比现在从石油提炼的汽油要环保得多。杰克·纽曼对记者说,这就是我们“帮助拯救地球”的方式。

埃米瑞斯公司尝试生产汽油的方式与之前大多数人的思考方向截然不同,关键在于他们使用了人造生物学技术,将来自不同生物组织的基因移植到某种特定细菌上面,一旦这样的改造成功,那么细菌就可以将植物葡萄糖转变为烃类燃料——例如平时使用的汽油。这些科学家认为,从目前来说,烃类燃料(例如汽油)不像醇类(例如乙醇)那么容易挥发,生产所需的能量少但蕴含能量高,运输也相对容易。

神奇细菌两年后可规模生产

科学家们使用一种电穿孔器用电流在细菌的细胞壁上打出一个一个的小孔,这些小孔存在的时间相当短暂,但是已经足够让科学家将其他生物组织的基因从这些孔里移植入细菌。接受过不同改造的不同细菌可以生产各种各样的酶,有些酶就可以促使蔗糖发生化学变化、变成可用作燃料的烃化物。

挑选、移植、测试基因是需要反复尝试和操作的,如果使用恰当的基因改造出合适的细菌,那么这些细菌就可以将各种各样的化合物——从医药品到食品添加剂——转变为燃料。杰克·纽曼介绍说,如果希望生产汽油的效率提高,就必须创造出一种细菌,既能够高效地将蔗糖转化为汽油,同时又不会生产出多余的副产品,也不会制造出可能杀死细菌细胞本身的有毒物质。此外,这些细菌还必须格外的“强壮”。因为在大量细菌同时“生产”汽油的时候,会使自身处于高压高温的情况下。

目前,科学家就已经通过基因搭配,让细菌“吃进去的是糖,吐出来的是汽油”。此后,科学家再培育出足够数量的细菌,就可以组成一个微型燃料工厂了。

纽曼表示,他们正在努力将这种细菌改进得更小些,而且效率更高些。这种经过改造的大肠杆菌预计在2010年左右可投入规模化生产。

这一行竞争激烈

目前,已经有不少企业和科学家开始涉足“用人造微生物生产燃料”这一产业,竞争逐渐变得激烈起来。世界经济论坛评出的“2008年科技先驱”就将用细菌“开动”小汽车列入了其中。

石油巨头英国石油公司正在与杜邦公司合作生产一种叫做丁醇的酒精,其生产过程同样是使用了经过基因改造的微生物。

美国著名生物学家J·克雷格·文特1998年曾宣称完成了人类基因组的大部分测序工作,2005年,他创建公司专门研究可以将植物转化为生物燃料的人造生物体,并表示,他要从“基因大王变成石油大王”。

此外,还有一家名为LS9的公司也声称能够通过细菌大量培育一种芳香烃类的物质,而这种物质可以被直接用作燃料添加到汽车中提供能量。

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有点意思,不过成本估计是个问题

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会不会大量产生大量废水?

甜品也能做燃料 美利用多糖高效生产氢能

作者:洪春梅 来源:科技日报 发布时间:2008-4-16 13:58:52

甜品也能做燃料 美利用多糖高效生产氢能

据美国《每日科学》网站4月10日报道,科学家已经找到生产氢气的最便捷反应体系,这一研究成果有望使氢气这一清洁能源真正实用化。

据悉,这一反应体系是在美国化学会第235次会议上发布的,并被称为当前世界上生产氢能源的最有效方法。据研究小组带头人,美国弗吉尼亚理工大学生物化学工程师珀西瓦尔·张教授介绍说,该反应将植物多糖、水和多种高效酶混合在一起进行反应,最终生成了氢气和二氧化碳。这项新的反应体系解决了“氢经济”的三个主要技术壁垒:如何降低成本,如何储存以及如何有效进行传输。研究者称,这是一项革命性的进展,开启了氢研究的新方向。他们相信,随着这项技术的发展,多糖完全有可能为交通工具提供动力来源。

就现状来看,尽管氢能源是一种能够替代化石能源的可持续清洁能源,但氢产品目前比较昂贵且低效。很多传统的商业生产方法都依赖天然气等化石能源,产能微生物也只能产生较少的氢气,上述原因都导致了氢能源目前还无法广泛应用。因此,全世界的研究者都在急于寻找能够高效生产氢气的方法。

张教授和他的同事声称,他们已经找到了从植物中生产氢气的最有效体系。研究人员收集了13种不同的酶,把它们与水和淀粉共同放在一个特别设计的反应器中,将温度设定为约30℃左右进行反应,反应后的发酵液最终会生成二氧化碳和氢气,没有其他的污染物。

这种方法被称为“体外合成生物学”,能够生产出高出厌氧发酵理论产量3倍的氢气。张教授解释说,目前的问题是氢气的产生速度相对于商业使用来说太慢,反应速度也不理想。不过这项突破的进步让他们看到了今后努力的方向,研究人员现在主要致力于采取不同的方法使该反应系统能够更快更高效,他们正在尝试寻找能在高温下工作的酶,从而加速产氢反应的速度。

该小组同时也在尝试利用纤维素产氢,他们相信,尽管纤维素比淀粉更难被分解,但它们的化学结构很相似,如果替换混合酶中的几种酶同样可以将纤维素进行分解,最终产生氢气。

张教授乐观地展望该项技术的前景称:“有一天人们将会去杂货店买做甜品的固体淀粉或者纤维素装进汽车的汽油桶里做燃料,与那些使用化石能源的汽车不同的是,它不会产生任何气味,并且由于产生的氢气立刻就会被消耗掉,不会有任何储存的安全隐患。这样产生和使用动力源的方式将比现在的汽车更廉价、更清洁,也更高效。”

同时,新的技术也可以用来建立氢气加气站甚至家庭加气站,虽然就目前情况看,消费者还不能利用这种技术,但张教授认为,研究人员需要用8年—10年来提高该系统的产氢效率,以符合应用要求。但小型产氢技术有可能在短期内实用化,用于制造多糖贮氢燃料电池,为音乐播放器、手提电脑和手机提供能量,他认为,小型产氢技术有可能在3年—5年内实现。



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