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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

美科学家利用木柴制造液态生物燃料

树木里“榨出”生物油  
国际视点:美科学家利用木柴制造液态生物燃料  


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记者 赵亚平  

众所周知,亿万年前埋在地下的树,经过长年累月的密封高压,能够形成重要的化石燃料———煤炭。
  如今,科学家又打起了正在地球表面繁茂生长的树木的主意:既然大自然可以利用远古的树木为人类提供燃料,人类也应该能够借助现在的树木造出生物柴油———亦称生物质液化燃油。

  其实,从古到今,木柴就是人类不可或缺的重要能源。远可以追溯到早期人类钻木取火,以柴为薪;近可以追忆到第一次工业时代,人类用大块儿木头为燃料,驱动轮船与火车;即便是现在,仍有不少人使用木柴取暖做饭。可以说,无论是过去,还是现在,乃至遥远的未来,木质能源一直会与人类为伴。

  但是,这种一烧了之的简单方式既不经济,也不卫生,更不环保。烧柴不光会把家里弄得烟熏火燎,还会产生大量温室气体。因此,木柴的使用也要讲可持续发展。为了地球、为了人类自己,人们对木质能源的开发与应用也在与时俱进。比如利用废弃木柴的边角下料产生沼气或生产乙醇;用固体木质颗粒产生木质气体燃料,乃至木质液体燃料。

  在木柴资源丰富的地区,将固体木料转化为木质气体或生物质液化燃油,可以作为一种很好的清洁型替代能源,取代天然气、乙醇、丙烷以及石油和煤炭。除了可以提高木柴的燃烧效率、使用效率,还可减少燃烧时产生的温室气体。另外,将固体木质燃料转化为清洁的可燃气体或液体,也可大大简化木柴的运输和贮存方式。

  美国乔治亚州立大学科学家近日宣布,他们已经开发出一种新型工艺,可以利用木质颗粒衍生出一种目前还没被正式命名的新型生物燃料,有关专利正在申请中。它与以往从木质颗粒中衍生出的液体燃料有所不同,能够与生物柴油或汽油混合使用,驱动常规发动机。

  其实,科学家早就能够利用木柴衍生石油,但由于生产能效低、成本高,无法实用化。乔治亚大学研究人员开发出的这种化学新工艺,可以低成本地生产和处理这种新型生物燃料,使之可以直接用于汽油发动机、生物柴油发动机和普通柴油发动机。

  新制造工艺的原理如下:将直径大约1/4英寸、长约6/10英寸的木质颗粒在高温缺氧环境下加热分解,1/3的木质颗粒会变成木炭,其余的变成气体再被浓缩成液体,进行化学处理。最终,大约34%的生物质液化燃油(约为木质颗粒净重的15%—17%)可用来驱动发动机。研究人员目前正在对这种工艺进行改进,以进一步提高木质颗粒的出油率。

  研究小组负责人汤姆•亚当斯说,新工艺方法简便易行,有望降低利用木柴大批量生产生物质液化燃油的成本。他希望这项技术能够使自己的家乡获益,因为乔治亚州拥有2400万英亩森林,新技术可源源不断地采伐树木制造生物质液化燃油,解决该州就业问题,提高州政府税收,还可减少石油的使用量和二氧化碳的排放量。

  不仅如此,新工艺技术带来的环境效益非常明显。这种燃料近乎于“碳中和”,该词是1997年由英国伦敦的未来森林公司提出的新环保思路,已注册为商标。该公司帮助顾客计算出他们一年之中直接或间接制造的二氧化碳量,然后让顾客在全世界100多座森林中任选一处,种下树木吸收二氧化碳,一棵树要价10英镑。如果顾客种的树够多,还能拥有一座以自己名字命名的森林。亚当斯说,对这种生态燃料的“碳中和”评价,意味着使用这种燃料不会显著增加大气层中的温室气体,只要及时补种新树,补足那些被砍掉用于制造这种生物质液化燃油的树木的空缺即可。

  研究人员已经在乔治亚州设立了试验区进行小规模试验,以探测生产这种生物燃油时产生的下脚料———大量的木炭颗粒能否用作肥料。如果这种方式确实经济可行,这种生物燃料将不仅可以实现“碳中和”目标,甚至可以做得更好,达到碳负值———即非但不会增加温室气体效应,还会减少温室气体效应。

  亚当斯解释说,当你种下一棵树时,就是在帮助地球从大气中去除二氧化碳;假如你在使用能源时,将随之产生的部分二氧化碳以惰性方式返还给土壤,那你实际上就是在减少大气中的二氧化碳含量。研究小组对他们的技术极其乐观,因为颗粒状木炭对大部分土壤非常有益,能够大大改善土壤的生态状况,使土壤保墒保水,保持肥沃。

  尽管这种新型生物质液态燃油目前性能表现良好,但研究人员还需要继续进行更多试验,以评估它对发动机的动力性、经济性和排放特性的长期影响,并研究其燃烧特性、最佳运输和储存方式等等,以尽快加速这种新型生物质液态燃油广泛应用的步伐。

Source: 科技日报

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  • wanxb 在2007-5-22 12:28 评分: 金币 +5 原因: 非常重要的研究领域,事关可持续发展大计
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美开发出制氢新技术

记者 王艳红  
   新华社纽约5月22日电 氢气可被用作清洁能源,但它的制取、存储和对它的运输都很困难。美国科学家开发出一种用多糖制取氢的新技术,有望一举解决这几大问题。
  以这项技术为基础,未来的氢动力汽车将携带易于存储的碳水化合物,如淀粉。碳水化合物和水在特殊的酶作用下分解产生氢气,然后通过燃料电池产生电力,驱动汽车前进。

  据美国科学促进会EurekAlert网站报道,这一成果是美国弗吉尼亚理工大学、橡树岭国家实验室和佐治亚大学的科学家共同取得的,论文发表在《公共科学图书馆》杂志上。

  淀粉、纤维素等碳水化合物含有大量的氢,但它们非常稳定,只有在酶的作用下才会分解。在相关实验中,科学家利用合成生物学的方法,使用由13种酶组成的混合物,将碳水化合物和水转变成二氧化碳和氢气。

  实验显示,这一反应在大约30摄氏度和1个大气压的条件下即可发生。将二氧化碳抽掉后,氢气进入燃料电池产生电力。在反应中,氢是主要产物,效率比自然界里厌氧菌分解生物物质产生氢的效率高3倍,每磅(约0.45公斤)氢的成本可能低于1美元。

  目前人类主要用天然气制取氢,气态的氢不易被运输和存储,这些因素阻碍了氢动力汽车的发展。利用这项新技术,汽车不需要携带氢气罐,而只需携带淀粉等碳水化合物,在行驶过程中就可以制取氢气。

  研究人员说,燃料箱容量为12加仑(1加仑约为4.55升)的汽车可携带约27千克淀粉,相当于4千克氢,可供汽车行驶300英里(1英里约为1.6公里)。每千克淀粉产生的能量与1.12千克汽油相当。


Source: 科技日报

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  • lfang 在2007-5-24 13:16 评分: 金币 +3 原因: 中国科技报刊的习惯,很少标明具体的文献来源,连个作者都没有,哪怕来个原始链接呀。 可怜的科技日报,可能编辑太忙了吧。
  • wanxb 在2007-5-24 08:58 评分: 金币 +2 原因: 感谢分享
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生物燃料未必比化石燃料环保

据新华社日内瓦5月22日电 瑞士运输、交通和能源部等部门22日发布的一项研究报告称,使用生物燃料虽然比化石燃料产生的温室气体少,但是从燃料的生产加工全过程来看,生物燃料不一定比化石燃料环保。
  虽然生物燃料使用的是可再生原料,但是其大范围种植和加工可能给环境造成更大危害,如为提高产量给农田过量施肥、种植单一作物会破坏生物多样性等。另外,发展生物燃料产业还会与粮食生产、森林保护等其他用地方式产生矛盾。生物燃料对环境的危害主要发生在原料生产过程中。报告认为,用生活垃圾和农作物废渣作为生物燃料的原料是比较理想的选择,因为这种原料的生产和加工不会给环境造成严重危害。

Source: 科技日报

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  • wanxb 在2007-5-24 09:00 评分: 金币 +2 原因: 凡事有利有弊 生物燃料还发展不成熟,也许在发展中能够解决这些问题吧
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中国科技报刊的习惯,很少标明具体的文献来源,连个作者都没有,哪怕来个原始链接呀。
可怜的科技日报,可能编辑太忙了吧。

欢迎光临http://shop35936217.taobao.com/
Science 化学、材料部分http://www.chem8.org/bbs/viewthread.php?tid=3559&highlight=

回复 #2 lfang 的帖子

呵呵,看来我比科技日报的编辑要闲一些。详细新闻见下:

Novel sugar-to-hydrogen technology promises transportation fuel independence
Blacksburg, Va., May 23, 2007 -- The hydrogen economy is not a futuristic concept. The U.S. Department of Energy's 2006 Advance Energy Initiative calls for competitive ethanol from plant sources by 2012 and a good selection of hydrogen-powered fuel cell vehicles by 2020.

Researchers at Virginia Tech, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), and the University of Georgia propose using polysaccharides, or sugary carbohydrates, from biomass to directly produce low-cost hydrogen for the new hydrogen economy.

According to the DOE, advances are needed in four areas to make hydrogen fuel an economical reality for transportation – production, storage, distribution, and fuel cells. Most industrial hydrogen currently comes from natural gas, which has become expensive. Storing and moving the gas, whatever its source, is costly and cumbersome, and even dangerous. And there is little infrastructure for refueling a vehicle.

"We need a simple way to store and carry hydrogen energy and a simple process to produce hydrogen, said Y.-H. Percival Zhang, assistant professor of biological systems engineering at Virginia Tech.

Using synthetic biology approaches, Zhang and colleagues Barbara R. Evans and Jonathan R. Mielenz of ORNL and Robert C. Hopkins and Michael W.W. Adams of the University of Georgia are using a combination of 13 enzymes never found together in nature to completely convert polysaccharides (C6H10O5) and water into hydrogen when and where that form of energy is needed. This "synthetic enzymatic pathway"research appears in the May 23 issue of PLoS ONE, the online, open-access journal from the Public Library of Science (www.plosone.org).

Polysaccharides like starch and cellulose are used by plants for energy storage and building blocks and are very stable until exposed to enzymes. Just add enzymes to a mixture of starch and water and "the enzymes use the energy in the starch to break up water into only carbon dioxide and hydrogen,"Zhang said.

A membrane bleeds off the carbon dioxide and the hydrogen is used by the fuel cell to create electricity. Water, a product of that fuel cell process, will be recycled for the starch-water reactor. Laboratory tests confirm that it all takes place at low temperature -- about 86 degrees F -- and atmospheric pressure.

The vision is for the ingredients to be mixed in the fuel tank of your car, for instance. A car with an approximately 12-gallon tank could hold 27 kilograms (kg) of starch, which is the equivalent of 4 kg of hydrogen. The range would be more than 300 miles, Zhang estimates. One kg of starch will produce the same energy output as 1.12 kg (0.38 gallons) of gasoline.

Since hydrogen is gaseous, hydrogen storage is the largest obstacle to large-scale use of hydrogen fuel. The Department of Energy's long-term goal for hydrogen storage was 12 mass percent, or 0.12 kg of hydrogen per one kg of container or storage material, but such technology is not available, said Zhang. Using polysaccharides as the hydrogen storage carrier, the research team achieved hydrogen storage capacity as high as 14.8 mass percent, they report in the PLOS article.

The idea began as a theory. The research was based on Zhang's previous work pertaining to cellulosic ethanol production and the ORNL and University of Georgia researchers' work with enzymatic hydrogen production. UGA Distinguished Professor Adams is co-author of the first enzymatic hydrogen paper in Nature Biotechnology in 1996. The researchers were certain they could put the processes together in one pot. They tested the theory using Oak Ridge's hydrogen detectors and documented that hydrogen is produced as they predicted.

Mielenz, who heads the Bioconversion Group in ORNL's Biosciences Division, attributed the successful research to a unique collaborative working relationship between scientists, lab divisions, and universities.

"Pairing our biomass conversion capabilities with facilities for studying renewable hydrogen production in the lab's Chemical Sciences Division was a key to this project,"Mielenz said. "This also shows the value of partnerships with universities such as Virginia Tech and the University of Georgia."

It is a new process that aims to release hydrogen from water and carbohydrate by using multiple enzymes as a catalyst, Zhang said. "In nature, most hydrogen is produced from anaerobic fermentation. But hydrogen, along with acetic acid, is a co-product and the hydrogen yield is pretty low -- only four molecules per molecule of glucose. In our process, hydrogen is the main product and hydrogen yields are three-times higher, and the likely production costs are low – about $1 per pound of hydrogen. "

Over the years, many substances have been proposed as "hydrogen carriers,"such as methanol, ethanol, hydrocarbons, or ammonia – all of which require special storage and distribution. Also, the thermochemical reforming systems require high temperatures and are complicated and bulky. Starch, on the other hand, can be distributed by grocery stores, Zhang points out.

"So it is environmentally friendly, energy efficient, requires no special infrastructure, and is extremely safe. We have killed three birds with one stone,"he said. "We have hydrogen production with a mild reaction and low cost. We have hydrogen storage and transport in the form of starch or syrups. And no special infrastructure is needed."

"The next R&D step will be to increase reaction rates and reduce enzyme costs," Zhang said. "We envision that in the future we will drive vehicles powered by carbohydrate, or energy stored in solid carbohydrate form, with hydrogen production from carbohydrate and water, and electricity production via hydrogen-fuel cells.

"What is more important, the energy conversion efficiency from the sugar-hydrogen-fuel cell system is extremely high – greater than three times higher than a sugar-ethanol-internal combustion engine,"Zhang said. "It means that if about 30 percent of transportation fuel can be replaced by ethanol from biomass as the DOE proposed, the same amount of biomass will be sufficient to provide 100 percent of vehicle transportation fuel through this technology."

In addition, the use of carbohydrates from biomass as transportation fuels will produce zero net carbon dioxide emissions and bring benefits to national energy security and the economy, Zhang said.

link:http://www.eurekalert.org/bysubject/chemistry.php

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  • lfang 在2007-5-24 22:31 评分: 金币 +5 原因: 感谢分享
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氢燃料电池研发获重大突破

氢燃料电池研发获重大突破  
新储氢技术能让汽车一口气跑300英里  

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  本报讯(记者  李学华)  英国科学家发明出一种锂化合物,可使机载燃料电池存储足够的氢,从而能驱动汽车连续行驶300英里。这一新技术对于未来燃料汽车市场有着重要意义,因为现有的氢储存技术还不能做到这一点。

  燃料电池是利用氢和氧的电化学反应来产生清洁能源,它不会产生二氧化碳。但是,由于受到氢储存技术的限制,目前燃料电池驱动的汽车样机和示范模型最高行驶距离仅能达到200英里。在标准的温度和压力下,如要存储足够的氢达到300英里的行驶距离,就需要一个体积相当于双层巴士大小的机载燃料电池;而其他方法如将氢气压缩储存在钢瓶里或将液化的氢气存储在罐里等,均因重量和体积问题无法实用。

  于是,英国UK-SHEC项目组的研究人员另辟蹊径,尝试将氢以更高的密度储存,而将电池重量控制在可接受范围内。他们采用“化学吸附”方法,将气体分子吸入固体化合物的晶格间,在需要时再被释放出来。研究小组对上千种化合物进行了试验,以找到一种轻便和廉价的材料,这种材料要能在典型燃料电池操作温度下,使氢的吸附或解吸快速、安全地进行。现在,研究人员已制出一系列氢化锂化合物,能很好地满足上述要求。

  该项目协调人、英国牛津大学的彼得·爱德华滋教授说,“这是燃料电池行业和交通运输部门期待已久的突破,这项关键性的突破将使燃料汽车在未来10年内大量生产和应用成为可能。”

  燃料电池也是一项促进“氢能源经济”的关键技术。它对交通运输业的环保具有特别重要的应用潜力,可使目前以石油为燃料的大量交通工具减少二氧化碳排放。目前,一辆汽油燃料汽车平均每年约排放3吨二氧化碳。



Source:科技日报

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have many other pratical problem, such as having to equip with water, and how to seperate the gallium and aluminum oxide, and then reuse, but it also present a new method  to develop hydrogen energy

科学家找到用水果制造高能燃料方法

新浪科技2007年6月22日讯 据国外媒体报道,美国科学家表示,苹果和桔子水果中所含的糖可以转化成一种新型的低碳汽车燃料。

这些科学家在《自然》杂志中写道,这种用果糖制造的燃料比乙醇所含的能量更足。在另一项英国有关生物燃料的研究中,科学家发现包括塑料口袋在内的废品都可加工成生物柴油燃料。生物燃料(由农作物制造而成)评论家表示,用这种方法产生燃料将抬高粮食的价格。欧盟和美国的政界人士都在积极推崇生物燃料,将它看作是减少二氧化碳排放和支持石油进口国的好方法。

评论人士则表示,不管是用棕榈油制造的柴油,还是利用玉米制造的乙醇,都极大地鼓励农民改种燃料产品,这也相应地抬升了粮食的价格。现在,威斯康辛大学麦迪逊分校的科学家表示,被称作果糖的单糖可以转化成比乙醇更有优势的燃料。这种燃料被称作二甲基呋喃,它所含的能量比乙醇多40%,而且更不容易挥发,稳定性也更好。科学家表示,人们可以直接从水果和农作物中获得果糖,或者用葡萄糖制造果糖。但是目前还需要进行更多研究,以查明这种新燃料对环境的影响。

英国研究人员表示,现在他们不仅可以用棕榈油制造生物柴油,还可以利用木头、种子和塑料袋等一系列材料制造该燃料。这个过程被称作生物液化(biomass to liquid),专家表示,不出6年,英国30%的柴油需求将由这个来源提供。

英国国家非粮食作物中心的杰里米·唐明森表示,这种生物燃料的下一代不仅能为动力车提供能源,它还将有其它更多用途。“我们希望它对社会的影响比现在简单的‘降低10倍的碳排放量’产生的影响更广。” “试想,如果现在我们的化工场利用的化学品也是来源于这种原料,我们乘坐的飞往纽约的飞机也将利用这种燃料飞行。这种情况不是没有可能。”

但是目前面临的最大障碍是加工成本太高。据估计,建设一座新生产设备的成本是现在的生物燃料精炼厂的10倍。

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  • mjuchem 在2007-6-27 17:31 评分: 金币 +1 原因: 感谢分享 再接再厉

研究发现 为燃料电池提供氢动力的新方法

据教育部科技发展中心2007年7月4日报道:葡萄牙科学家开发了一种无需昂贵的设备就可以为小型的燃料电池提供大量氢动力的新方法。

    为了维持燃料电池的长期寿命,需要供给其大量的氢气,但是至今为止,各种产氢方法都价格不菲,而且比较困难。

    葡萄牙Aveiro大学的一位研究人员Zhen-Yan Deng研究发现:在室温和常压下,改性的金属铝粉末可以与水反应生成氢气。他表示:该项研究提供了一个为燃料电池提供动力的经济有效的方法,这将会使得燃料电池在各个领域的应用更加广泛。

    此前已经有许多研究关注为小型设备提供大量氢动力,但是都着眼于其他化学物质。然而,与其他混合物相比,铝原料价格更低廉,而且不需要其他的化学物质辅助就可以与水反应产生氢气。。

    该项研究结果发表在《美国陶瓷协会》杂志上。

    原文链接:http://www.sciencedaily.com/upi/ ... rtugal-hydrogen.xml

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  • sally208 在2007-7-5 08:48 评分: 金币 +1 原因: 多谢参与
每人伸出一根手指,共同撑起chem8.

中国:生物燃料热不会危害粮食安全

科学与发展网2007年7月6日报道  中国能源研究专家表示,尽管中国制定了从作物中生产粮食的计划,该国不会经受粮食短缺之苦或者农业产品价格的波动。

    中国国家发展与改革委员会能源研究所研究员、前任所长周凤起说:“中国政府对于粮食安全给予最高重视。” 发改委是中国最高的经济决策机构。

    周凤起的表态是针对本周(7月4日)经合组织和联合国粮农组织发布的一份报告。这份报告名为《世界农业展望2007—2016》,它宣称对生物燃料不断增加的需求正在引发农业市场巨变,这可能让许多农作物的价格上涨。

    对于粮食净进口的一些发展中国家、以及对于农民们需要购买饲料的发展中国家,这份报告预计的情况尤其堪忧。

    周凤起指出,与美国等生物燃料生产国相比,中国的生物燃料生产及其对原材料的需求仍然很小。

    去年,中国消耗了270万吨玉米生产了85万吨燃料乙醇,这些玉米大约为其产量的2%。同期,美国利用5500万吨玉米生产乙醇。

    但是经合组织-联合国粮农组织的这份报告估计,中国的燃料乙醇产量到2016年将上升到38亿升,比现在增加20亿升。尽管如此,该报告预计的数字却低于中国的燃料乙醇生产计划。中国计划到2010年生产200万吨燃料乙醇,到2020年生产1000万吨,这相当于130亿升燃料乙醇。

    但是中国已经在竭力捍卫其粮食供应。上个月,中国国务院表示,非粮作物,诸如高粱、甘薯和木薯,而不是玉米,将被用来生产乙醇。玉米是一种主粮作物。

    中国国务院也宣布,将不会用耕地来种植生产乙醇的作物,生物燃料生产也不会大规模消耗谷物或者破坏环境。

    经合组织-联合国粮农组织的报告指出,尽管诸如小麦产区的干旱和低库存等暂时性原因可以用来解释最近的农产品价格上涨,但是全球农业市场正在经历着结构性的变化,这会让多种农作物价格在未来10年居高不下。

    报告作者估计,到2016年为止,美国将会把其产自玉米的燃料乙醇产量倍增,巴西将会把产量从210亿升增加到440亿升。

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  • sally208 在2007-7-10 08:47 评分: 金币 +2 原因: 精品转贴
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