必威 betway必威必威 betway必威燃烧时能产生热能或动力和光能的可燃物质，称作燃料，它主要指含碳的物质或碳氢化合物。
1.按形态分类 分为3种：固体燃料（如煤、炭、木材）、液体燃料（如汽油、煤油、石油）、气体燃料（如天然气、煤气、沼气）。
2.按类型分类 分为3种：化石燃料（如石油、煤、油页岩、甲烷、油砂、天然气）、 生物燃料（如乙醇、生物柴油）、核燃料（如铀235、铀233、铀238、钚239、钍232）
新型燃料主要包括燃气（天然气、液化石油气）、醇醚类燃料（乙醇、二甲醚等）、合成油、生物柴油、氢能等。
农民发明家——刘树平经过13年研制，在广州科研基地发明了“环保柴油”，可以替代柴油、汽油、天然气用作汽车燃料或厨房燃料，成本还会便宜30%。
“蓝晶液”燃料主要以污水为原料，利用生活和工业排放的废水，经过蓖麻、木薯等有机的秸秆作物植物发酵16小时后，将净化的水添加“植物助燃剂”及酵类材料合成提取
反物质概念是英国物理学家保罗?狄拉克最早提出的。他在20世纪30年代预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子，例如反电子，其质量与电子完全相同，而携带的
美国微软全国广播公司（MSNBC）在线版消息称，西储学院附高的罗南?基恩和肯特州立大学高级研究员张伟明（音译），设计出一套全新的计算方法用以验证反物质火箭性能的优异，其结论是：若以反物质为动力推进火箭，则可接近光速。这项最新研究指出，在未来，一种以正、反物质的混合物为推进器燃料的火箭，能够在宇宙中以光速的70%左右飞行。
高分子可燃材料具有优良的性能，其应用的范围也越来越广，特别是在建筑、交通、家具、电子电器等行业领域被大量使用，美化和方便了人们的环境和生活，获得了显著的经济效和社会效益，已逐渐代替传统材料。然而大多数该分子材料都易燃、可燃材料，在燃烧时热释放速率快、火焰传播速度快、发热量高、不易熄灭，还产生大量浓烟和有毒气体。随着高分子材料的广泛应用，其潜在的火灾危险性大大增加，因而如何提高高分子材料的阻燃性能，成为当前消防工作急需解决的一个问题。
关于阻燃高分子材料目前尚无明确分类，通常可按照获取阻燃性能的方式划分，可将其分为本质阻燃高分子材料和非本质阻燃材料两种。一种是材料本身具有阻燃性；另一种是通过加入添加阻燃剂获得阻燃性能。非本质阻燃材料可根据阻燃剂添加方式分为添加型阻燃高分子材料和反应型高分子材料。所谓添加型阻燃高分子材料，即在高聚物加工过程中，将阻燃剂以物理方式分散于基材中而赋予材料的阻燃性；反应型阻燃高分子材料的阻燃剂是在高聚物的合成中加入的，它作为一种单体参与反应，并结合到高聚物的主链或支链上，使高聚物含有阻燃成分[1]。
阻燃剂是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂。在现代化社会中，阻燃剂具有着诸多的类型，旨在能够为了切实满足不同环境下的防火需求，就其所包含的类型来看，主要可以分为以下3种。
第一种，是有机阻燃剂，主要用于针对有机物的燃烧预防，比如包括磷酸酯、卤系和纺织物等等，具有着耐久性的特点。
第二种为无机盐类阻燃剂，包括的产品主要有氯化铵、氢氧化铝等等材料，这种类型的阻燃剂具有着无烟、无毒与无害的优势，因此成为了目前应用领域最为广泛的一种阻燃剂。
第三种为有机和无机混合类型的阻燃剂，这种类型的阻燃剂通常被科学界认为是无机阻燃剂的升级版，拥有着和无机阻燃剂同等的优势，但相对来说具有着较高的成本，因此并未普及应用。而从不同阻燃剂的阻燃元素上看，又可以划分为几种，包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂和硅系阻燃剂等，其各自有着相应的优势和缺点，但依然凭借着不同的特点被广泛应用于不同的防火领域当中[2]。
受到近些年科学技术飞速发展的影响，高分子材料的阻燃技术水平也获得了突破性的发展，包括阻燃剂微胶囊技术、交联与接枝改性等等，无论是何种新技术的应用，其作用原理都大体相一致，区别主要在于对人工合成技术的依赖程度有所不同，最明显的技术优势更是在于对传统材料阻燃之后所产生的有毒有害气体的转化，最具代表性的便是现代阻燃技术领域的纳米技术应用，不仅能够有效降低阻燃过程中各类反应对环境的污染，同时更凭借较高的技术水平全面提高了阻燃技术的安全性。
高分子材料在空气中受热时，会分解生成挥发性可燃物，当可燃物浓度和体系温度足够高时，即可燃烧。所以高分子材料的燃烧可分为热氧降解和燃烧两个过程，涉及传热、高分子材料在凝聚相的热氧降解、分解产物在固相及气相中的扩散、与空气混合形成氧化反应场及气相中的链式燃烧反应等一系列环节。当高分子材料受热的热源热量能够使高分子材料分解，且分解产生的可燃物达到一定浓度，同时体系被加热到点燃温度后，燃烧才能发生。而己被点燃的高分子材料在点燃源稳定后能否继续燃烧则取决于燃烧过程的热量平衡。当供给燃烧产生的热量等于或大于燃烧过程各阶段所需的总热量时，高分子材料燃烧才能继续，否则将中止或熄灭。从高分子材料的燃烧机理可看出，阻燃作用的本质是通过减缓或阻止其中一个或几个要素实现的。其中包括6个方面：提高材料热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性保护膜、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体。目前常采用的阻燃剂行为主要是通过冷却、稀释、形成隔离膜的物理途径和终止自由基的化学途径来实现。燃烧和阻燃都是十分复杂的过程，涉及很多影响和制约因素，将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的，一种阻燃体系往往是几种阻燃机理同时起作用[3]。
在现代工业领域当中，阻燃材料凭借着自身所具有的阻燃优势，已经获得了越来越广泛的发展前景。传统的添加阻燃剂，在热量不断加升的同时，其有毒气体也将被释放出来，产生有毒气体将会严重危害心肺功能，因此，在传统阻燃剂中，也相应增加了磷酸酯等化学物质，以便于通过磷酸酯来提升材质的气体吸附能力，相比较来讲磷氮化合物拥有更加高等的吸附能力，正是由于添加型阻燃剂中存在以上不同的化学物质，因此，阻燃剂安全系数也将被提升。由此也就确定了磷系阻燃剂的地位。伴随着现代技术的发展各类阻燃产品均获得了良好的发展应用空间，各类阻燃产品的优势也开始越来越突出，由于阻燃材质中的阻燃性能受到影响，才最终达到阻燃的实际效果。相对来讲，阻燃技术也通过阻燃剂的化学功能，改变其传统的分子结构，以至于实现阻燃价值。因此，阻燃技术应具备必威 必威betway一定的高分子材料脱水碳化功能，并在此基础上，吸收相关的有毒气体，当值在材料燃烧中，产生有毒气体，威胁相关人员的生命健康。对此应当进一步加大对现有阻燃剂的研发力度，并在科学技术的支撑作用下对现有的阻燃剂进行改善与功能领域的创新，使现有的阻燃剂能够具备传统的阻燃性能优势，还同时具有更多的现代化功能比如耐热、抗辐射等等[4]。
高分子阻燃材料的绿色发展方向已经开始被充分重视，其是社会的现代化发展需要，阻燃剂在各个行业领域当中的应用量有着明显的增加，所有新材料与新产品的更新换代频率都在不断加速。而与此同时，人们的环保意识也在不断提升，因此，阻燃剂的技术发展方向也开始逐渐趋向于绿色化发展。尤其是近些年社会开始重点关注对可持续发展的建设，由此直接决定了阻燃剂的发展需要契合生态的关系。目前，国际当中已有一部分发达国家开始致力于从环保角度出发来限制对污染环境阻燃剂的生产与使用，该文必威 必威betway认为，这样的现状本质上也是对人们生命财产安全负责的另一种形式。不可否认，中国作为生产制造大国，高分子产业的发展具有着显赫的地位，在国际阻燃材料飞速发展的大势所趋之下，消防部门同时出台了新的规定，旨在为阻燃材料的科学化更新提供明确的方向指引。在当前市场竞争激烈的形式下，阻燃技术的开发在外界的推动下有了技术上的提高。尤其是低毒低烟、无卤高效的环保阻燃剂更是起到了不可估量的作用。综上，不管是卤系阻燃剂还是无卤阻燃剂，其必然趋势都是向环保型无卤阻燃剂发展，发展方向都以低毒化、环保化、高效化、多功能化为主[5]。
当前，对于阻燃技术的研究，我国还有待加强，在相关技术研发力度，以及自主研发等环节，相对于国外先机技术仍然存在较大的进步空间。但根据我国当前研发技术来讲，已经较传统技术提升了许多。近些年国家积极进行科研技术支持，在研究经费中，研究技术中，积极给予帮助，使得各项技术研发工作中逐渐扩大，研发力度也逐渐加深，在国家技术支持上，当前各项技术研发应用皆取得了良好的成绩，阻燃技术便是其中一项，在国家的扶持帮助下，阻燃技术应用价值逐渐得到挖掘，阻燃技术研发也渐渐深入到人们的视野之中。
由从传统阻燃技术当前的阻燃技术研发，期间经历中众多变迁，最早阻燃技术是由物理作用的帮助喜爱，实现对氧气的阻隔，最终达到阻燃的效果，当前新型阻燃技术的研发，使得性质阻燃上升至化学反应界面中，通过对材质化学分子的改变，使得可燃性材质逐渐具备阻燃技术，从融合阻燃逐渐转变成为无机阻燃，并在阻燃技术研发的过程中，更加注重了对有害有毒物质的处理，通过添加可吸附分子，将有毒有害物质进行吸附，在实现了阻燃技能的基础上，实现了无污染的目标。这种科技研发的成果符合了绿色发展以及可持续发展理念的要求。当前在阻燃技术研发中，微胶囊技术、纳米技术等其他技术的影响，使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升，阻燃性能也随着阻燃效果不断变化。在阻燃技术应用中，复合型材料的应用也为阻燃技术提供了发展方向。
该文认为，在今后的发展中，随着阻燃技术的提升，阻燃性能的变化，必将使阻燃形态以及其他性能达到提高，并在科研技术的研发过程中，随着可持续发展理念的贯彻，坚信可燃材料阻燃技能将会更加环保。
综上所述，通过对阻燃技术的研究可知，阻燃技术经历了从物理阻燃向化学阻燃技能的转变，在化学阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。随着阻燃技术研发的不断加深，我们坚信，阻燃材料的发展也会与之相适应，产品结构也会相应调整，我们必然会找到解决的办法，开发出符合人们需求的高分子阻燃材料。
[1] 郭永吉.高分子材料阻燃技术的应用及发展探究[J].江西化工，2014（4）：208-209.
[2] 郭晓林，李娟，李莹.挤塑聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃技术现状与发展趋势[J].中国塑料，2014（12）：6-11.
[3] 高建卫.我国建筑保温技术进展及存在问题分析[J].材料导报，2013（S1）：276-280，284.
燃料电池是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应时释出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活物质即燃料和氧化剂。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。
随着材料科学制造工艺技术的发展出现了多种类型的燃料电池，按照不同的方法可以分为不同的种类。按燃料电池的燃料使用类型可以分为直接型燃料电池、间接型燃料电池以及再生型燃料电池。按照燃料电池的燃料状态可以分为液体型燃料电池、气体型燃料电池。按电解质的种类不同可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、再生型燃料电池、锌空燃料电池（ZAFC）、质子陶瓷燃料电池（PCFC）等。.按燃料种类可以分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。按工作温度不同可以分为低温型（温度低于200℃）、中温型（温度为200℃～750 ℃ ）、高温型（温度为750℃～1000 ℃ ）、超高温型（温度高于1000 ℃ ）。
燃料电池就是把化学能直接转化为电能的装置。它与一般电池一样，燃料电池是由阴极、阳极和电解质构成。
在阳极上连续充如氢气的气态燃料，那么阳极为氢燃料发生氧化的场所，而阴极上则连续充氧气，那么阴极为氧化剂还原的场所，其两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，这样就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。从理论上讲，只要连续不断地给电池供应燃料和氧化物，燃料电池就能连续发电。但实际上，由于元件老化和故障等原因，燃料电池有一定的寿命。
燃料电池实际上不是“电池”，而是一个大的发电系统。我们以质子交换膜燃料电池为例来说明。对质子交换膜燃料电池来说，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统等。
燃料供应系统是给燃料电池提供燃料，如氢气、天然气、甲醇等。这个系统可以直接利用氢气罐来提供氢气，这种方法比较简单，如采用如电解水的方法制取氢气则相当复杂。氧化剂系统主要是给燃料电池提供与氢气系统相同压力、一定流量、经过良好滤清的氧气。氧气可以从空气中获取或从氧气罐中获取，采用空气获取时需要用压缩机来提高压力，以增加燃料电池反应的速度。压缩机质量、体积和成本，会影响整个燃料电池的参数。
空气供应系统的各种阀、压力表、流量表等接头均要采取防泄漏措施。发电系统是指燃料电池本身，它将燃料和氧化剂中的化学能直接变成电能，而不需要经过燃烧的过程，它是一个电化学装置。由于在电池的阴极生成水，所以需要不断及时地将这些水带走，否则会造成燃料电池失效，因此水的管理在燃料电池中至关重要。
目前世界各大汽车公司，如戴姆勒克莱斯勒、通用、宝马、丰田等都在积极开发以质子交换膜燃料电池为动力的电动汽车。2000年通用汽车在悉尼奥运会上的OPEL纯氢燃料电池汽车成为马拉松竞技的先导车。我国有关燃料电池的研究始于20世纪中叶。2001年，燃料电池汽车的研制研发被列入到“十五”计划中。2002年大连物化所新源动力公司开发出40KW的轿车燃料电池发动机和75KW的客运汽车燃料电池发动机。并作为展示电动车在2008年北京奥运会上运行。
目前，虽然燃料电池将成为未来的最佳车用能源的这一观点已被认同，但电池寿命、成本、质量体积、氢气安全等问题仍需要我们解决。
以氢为主要燃料的燃料电池，具有能量转换效率高、环境友好、高功率密度等特点，有着很多其它发电设备所不可比拟的优势，随着技术的进步和不断研发，它必将成为内燃机的有效替代装置。
[1]李瑛，王林山[M].燃料电池.北京：冶金工业出版社，2000.5～10
燃料电池的两极材料都是用多孔碳、多孔镍、铂、钯等兼有催化剂特性的惰性金属，两电极的材料相同。所以，燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的一极为负极，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或氧气的一极为正极，氧气在该电极上发生还原反应。
不同类型的燃料电池可有不同种类的电解质，其电解质通常有水剂体系（酸性、中性或碱性）电解质、熔融盐电解质、固体（氧化物或质子交换膜）电解质等。在不同的电解质中，燃料电池的电极反应式的表示方法不同。因此，在书写燃料电池电极反应式时要特别注意电解质的种类。
书写燃料电池电极反应式一般分三步：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上：燃料电池的总反应式-正极反应式=负极反应式。
若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。
若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性、中性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。
因为燃料电池正极反应物都是氧气，正极都是氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式。正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2+4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。
[作者简介] 刘毅，中国能源建设集团广东省电力设计研究院工程师，研究方向：热能与动力，广东 广州，510663
生物质发电主要利用在农林业生产中产生的废弃物作为发电燃料，是一项具有广阔发展前景的可再生能源产业。根据2005年国家颁布实施的《中华人民共和国可再生能源法》，可再生能源被列为能源发展的优先领域，是国家大力推动的能源产业。同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》中，生物质发电也被列为能源领域中重点开发利用的技术，并作为国家能源战略的重要组成部分。随着石油、煤、天然气等资源日益枯竭，生物质发电将越来越受到重视，在未来的应用将越来越广泛。
从目前国内已建成的生物质电厂运行情况来看，多数电厂在燃料的收集、运输和储存过程中均存在难题。特别是50MW的大型机组，燃料组织环节的问题已成为制约电厂生存与发展的关键因素。针对这种情况，本文提出一种新型的燃料组织模式：种植皇竹草作为原料。通过对这种新型燃料组织模式的探讨，笔者希望能为以后的生物质电厂燃料系统的设计提供一种新思路。
生物质电厂的燃料一般采用在农林业生产中产生的废弃物，如秸秆、锯末等。这些燃料具有密度小、热值低、分布范围广等特点，且具有季节性。一个容量为2×50MW的生物质电厂每年所需燃料量大约为60×104t，燃料收集半径大约为30～60km，根据各地资源分布情况不同而有所差异。
目前最常见的燃料组织模式大致分为以下几个步骤：a）从农户处收集燃料；b）在厂外收储站对收集到的燃料进行切碎、打包等再处理；c）将处理好的燃料运输至场内储料场储存。
而为了降低电厂的初始及管理难度，减少电厂的人员，并兼顾燃料供应安全性，降低风险，大多数电厂的燃料组织都是采用电厂自主组织完成和由当地的农户或经纪人组织完成相结合的方式，只是在各自完成的比例上有所差异。
首先，农林业生产具有很强的季节性，在农林作物未收获的时段，将会产生燃料供应不足的问题。其次，生产过程中产生的废弃物的所有权分属千家万户，在收集过程中电厂要与收集半径内的多个农户个体或经纪人打交道，工作量非常大。再次，电厂作为需方，缺乏对供方的约束力，有时甚至还会出现农户单方面涨价或突然停止提供燃料的情况。最后，农户对燃料的收集主要是以人力为主，效率低下，导致其积极性不高。上述因素都会导致燃料收集困难。
我国农村地区实行土地承包责任制，少有机械化集中生产，人均耕地面积少，导致燃料分布零散，运输工作量大，成本高。无论是电厂挨家挨户去收取，还是由农户各自送货上门，运输成本最终都会反映到燃料成本上。即使设置厂外收储站，也只能使运输成本高的问题有所缓解，而无法得到根本改观。
目前生物质电厂普遍采用炉排炉和循环流化床锅炉。锅炉对燃料含水率的设计值一般在20～30%。但农户均采用自然风干的办法对燃料进行处理，最终含水率一般在30%以上。有时由于风干时间不够长，含水率甚至会远超30%。同时，在燃料收集过程中，由于不可能做到每户每次都详细检测，农户往燃料中掺水掺石块的事情时有发生。
含水率过高会导致燃料在储存时易发酵、自燃，从而产生安全隐患，而且在进入炉膛燃烧时会增加锅炉排烟损失，使锅炉效率下降。往燃料中掺石块则可能会损坏解包机、给料机等上料设备。
生物质燃料具有密度小、体积大的特点，因此储存设施占地大，储量却很少。而出于成本控制方面考虑，储存设施的容积也会受到一定的限制。
但是在燃料的组织过程中，存在诸多经常遇到且难以回避的困难。例如，燃料供应的季节性影响、燃料收购的价格上涨、电厂与农户之间产生纠纷、恶劣的气候因素影响等。当这些因素的影响超过厂内和厂外储存设施的缓冲承受能力时，电厂将不可避免地遭遇“无米下锅”的尴尬情景。
据笔者了解，国内的生物质电厂曾出现过多例因燃料供应紧张，燃料收购价格在短时内大幅上涨的事件，甚至还曾有电厂因为缺少燃料而被迫停机。
为了电厂长期安全稳定运行，避免出现以上问题，国内某生物质电厂工程正在尝试采用一种新型的燃料组织模式。该电厂主要采用在电厂周边50km范围内种植的皇竹草作为燃料，同时也可以收集该半径内的各类农林业废弃物作为燃料。
电厂规模为2×50MW机组，年利用小时按6000h计，年消耗燃料量折合成含水率10%的皇竹草约为48×104t。
皇竹草是我国从南美洲哥伦比亚引进的高产量优质牧草，其植株高大，根系发达，为多年生植物，主要繁殖方式为无性繁殖，适宜种值于各种类型的土壤，并具有很强的耐酸性和抗干旱能力。皇竹草性状介于荻苇与高粱之间，其外形和生长形态类似甘蔗，但中空，节间较脆嫩，属于软质秸秆。
皇竹草最适宜在热带和亚热带气候条件下生长，而且对气温条件的适应性较强，在靠近北方的地区也可以种植，但是温度较低会抑制其生长。在我国南方地区种植皇竹草生长周期短，收获期长，春季栽植后2～3个月即可收割，每年可收割4～6次，栽植一次可连续收割6～7年，每亩每年可产鲜草达25t。
皇竹草鲜草含水量为75%左右，除去水分，主要成分为纤维素、木质素和半纤维素，占固体物料总重量的80%以上。除此之外，还含有蛋白质、脂类、灰分、果胶、低分子的碳水化合物等。对含水率10%的皇竹草进行元素分析，结果表明，在同等含水率基础上，其热值低于树枝、锯末的热值，而与水稻、玉米秸秆等大多数生物质的热值相当。
该电厂所在地区为经济欠发达的山区，有大量山坡地可用来种植皇竹草。项目公司计划利用山坡荒地共约15×104亩，由当地政府引导农户种植，项目公司负责技术支持和技术服务，并回购收获的皇竹草作为电厂的燃料。
依靠种植，这些荒地年产皇竹草鲜草最高可达375×104t，折合含水率10%的干草约为105×104t，作为电厂的主要燃料。同时在周边地区收集当地的农林废弃物，每年约26×104t，可作为补充，满足电厂需要。
该电厂的燃料组织模式策划为：项目公司+政府+燃料公司+经纪人+农户。首先，项目公司和当地政府签订项目合作协议书，政府在政策上给予大力支持，对当地农户的种植予以科学引导。然后，由项目公司组建燃料公司，同时发动并培育一批当地的经纪人，并在每一个种植乡镇为电厂配套建设燃料收储站（约20个）。
农户种植皇竹草可以采用两种模式，一种是自己承包土地种植，将收获的产品卖给燃料公司；另一种则由经纪人承包土地，农户受其雇佣进行种植。
皇竹草收获后，就地进行晾晒，然后由农户自行送至电厂或厂外收储站，或者由燃料公司或经纪人上门收取。收集到燃料后，合格的直接入库储存，需要再处理的则经过切碎、脱水等处理之后再入库储存。
电厂设置20个厂外收储站和1个厂内储料场，共可满足2台机组65天的燃料量。
这种新型的燃料组织模式有自己独特的优点：a）农户或经纪人可以承包大面积的土地进行种植，燃料的分布变得比较集中，收集工作比较容易；b）燃料产地集中，使运输工作量和成本大大降低；c）电厂收购燃料需面对的对象较少，可以建立起规模较大的长期、稳定的合作关系，而且可以在收购时进行抽检，都有助于保证燃料的质量；d）皇竹草的种植有当地政府和项目公司组织和引导，有利于维持燃料市场的稳定、有序。皇竹草的生长受季节的影响要比其它农作物小得多，通过合理调配收割时间，燃料供应可以做到全年无间断。这些都是电厂燃料供应安全性的有力保障。
以上是新型燃料组织模式的优点，但任何事物都具有两面性，这种模式也有一些缺点：a）皇竹草的种植需要大面积的土地，同时农户的利益也需要担保，这些都需要政府部门的积极参与和大力支持，而且项目实施的初始阶段难度较大；b）该模式具有一定的地域性限制，较适合在南方地区进行。因为皇竹草虽然对气温条件的适应性较强，但是越靠近北方其产量越低，该模式的经济性越差；c）该模式尚未经过工程实际检验，拟采用该模式的生物质电厂尚处于可行性研究报告审查通过的阶段，在以后的项目实施阶段是否会遇到新的困难尚未可知。
因为篇幅的关系，本文仅在技术层面对新型燃料组织模式和传统燃料组织模式进行对比分析，未再在经济性方面进行探讨。
本文提出的这种新型的生物质电厂燃料组织模式从技术上来说完全可行，而且可以明显改善甚至解决一些在传统的燃料组织过程中无法回避的难题。但是它也有自己不可忽视的缺点，希望能有后来者继续这个课题，找到能够改善的办法。
[2]徐晓云. 生物质电厂燃料运输、贮存及输送系统的设计研究[J].电力技术， 2010，19（6）.
[3]文科. 大型生物质电厂燃料收储运系统工程应用分析[J].广西电力， 2011，34（6）.
[4]陆涛. 生物质电站收储运系统在农垦环境下的应用[J].可再生能源， 2011，29（5）.
能源是人类赖以生存和发展的重要基础，随着世界不可再生能源的枯竭，加快开发利用以生物燃料为代表的可再生绿色环保生物质能源，已成为人类社会可持续发展的战略选择和发展方向。
生物质能作为第四大能源，在可再生能源中占重要地位。开发生物质能源即可以补充常规能源的短缺，也具有重大的环境效益。
燃料乙醇和生物柴油是目前世界上应用最为广泛的两种生物燃料。继美国和巴西之后，中国已经成为全球第三大燃料乙醇生产国。但是，粮食安全问题限制着我国燃料乙醇产量的增加。
乙醇燃料技术是利用生物技术（包括酶技术）把生物质转化为乙醇液体燃料的过程。目前，乙醇生产过程中主要以淀（主要是玉米）和糖蜜原料为主，但其因为伴随粮食主要是玉米的价格连年上涨存在生产成本走高，生产企业面临持续亏损的问题。“十一五”期间，我国的燃料乙醇生产，利用玉米新粮在生产原料里的比冽已经上升到了80-90%左右，若进一步发展会造成“与人争粮”、“与粮争地”的问题。
为了能够提高我国在新的资源竞争领域内的优势，尽快实现非粮燃料乙醇产业化已势在必行。结合我国资源匮乏的国情，在国内发展非粮燃料乙醇更加具有现实意义。因此，我国政府和企业迫切需要开发和建设玉米秸秆、木薯和甘蔗渣等非粮乙醇燃料产业。“十一五”末期，乙醇汽油已经占我国汽油消费量的70%，形成以“非粮”原料为主、以技术进步为动力、经济效益为中心、缓解能源供应紧张压力和保护环境为目的的生物液体燃料产业链是当务之急。
据国家权威部门统计预测，到2020年，我国将生产生物乙醇（含下游产品）2300万吨、而我国实际晴况定位的重点产品按重要性依次为：燃料乙醇、成型燃料、工业沼气、生物塑料和生物柴油。
据测算国家统计部门测算，“十一五”期间，我国农作物播种面积约1亿公顷，每年仅农作物秸秆有7亿吨，其中2亿吨被作为农村燃料消耗。若将其余5亿吨用来生产乙醇，可产7000万吨乙醇。再加上木材、制糖、造纸工业下脚料和城市废纤维垃圾，总计可得乙醇8500万吨，比全国汽油消耗总量还要多，生物质可再生能源开发利用空间巨大。
以秸秆为原料生产乙醇的成本低于用粮食发酵，原料来源广泛.秸秆发酵生产乙醇可有效解决原有的以粮食为原料的乙醇生产中遇到的价格和资源瓶颈问题。
辽宁是个农业大省，秸秆类农作物种植面积广泛，较多。作为可再生资源用来生产生物质燃料乙醇的秸秆量大质优，非常适宜推广，燃料乙醇作为汽车燃料生产行业适用地区广泛，产业链长，无任何污染，有利于保护环境，有益于农民增收致富，调整能源消费结构，增加非化石能源比重。促进可循环经济的持续发展。
2011年辽宁省粮食作物播种面积为4754.7万亩。其中，玉米3163.2万亩，水稻964.7万亩，保守估计玉米平均亩产1000斤，水稻平均亩产800斤，全省当年所收获的秸秆产量达3000万吨以上。
辽宁省作为农业大省之一，长期以来作为主要农村生活能源的农作物秸秆已成为占用一定的农田面积，常年堆积的废弃物，而被就地焚烧，尤其是在省内的主要粮食产区，焚烧秸秆成为普遍现象。不仅浪费了大量的资源，而且严重污染了大气环境，制约了农村经济可持续发展。因此在我省发展农作物秸秆原料生产乙醇就显得尤为重要。
直观来看，发展秸秆原料生产乙醇产业的有着显著的经济意义和社会意义。首先，秸秆原料资源是一种可再生资源，能够获得持续的供给安全保证。其次，以秸秆生产燃料乙醇可减少食物和饲料生产对土地的需求的长期矛盾，彻底解决“与人争粮”、“与粮争地”的问题。再次，以生产秸秆原料乙醇等生物制燃料时所造成的二氧化碳气体排放较少，对环境影响更小，是国际发展的先进趋势，并逐渐成为全球碳交易的内容。同时，秸秆为原料生产乙醇也是当前辽宁调整产业结构，发展新兴产业的一个方向；为营造新兴经济产业链，发展地方产业丰厚度提供的机遇。并且，秸秆类农产品的深度加工和应用也为省内当地农村人口提供就业机会。
目前，我国以粮食为原料生产燃料乙醇的成本约为6000元左右/吨，国内试验性生产的秸秆制燃料乙醇约为7000元以上/吨，相比之下秸秆制燃料乙醇由于工艺、科研攻关的能力限制，距离产业化仍有较大差距。
依据国外公开报道，2007年加拿大Logen公司利用酶加工麦秆，从一顿原料可生产约300升乙醇。该公司的工业化生物乙醇燃料加工装置，乙醇生产成本约合430美元/吨。
以此对比分析，若秸秆按每千克0.12元征收，乙醇燃料的秸秆原料价格可按照150-200元/吨估算。如采用加拿大Iogen公司的技术，每吨秸秆可生产300升乙醇，推算的每吨乙醇产品的原料成本为600-800元。与我国目前的粮食乙醇燃料生产工艺相比，每吨产品的原料成本要低2500元以上。2011年，国内90#汽油的平均零售价格为8000元/吨左右，而以Iogen公司在加拿大的每吨燃料乙醇生产成本折合成人民币为3650元左右；如果在中国生产，各方面的成本将会更低。加上国家对秸秆制燃料乙醇的优惠政策，该项目经济效益将十分可观。
综上所述，秸秆制燃料乙醇生产技术在国际上完全成熟，正处于产业转化阶段。随着关键技术不断突破与完善，秸秆制燃料乙醇生产成本有显著的下降空间为未来的发展提供了重要的实践平台和技术支撑，并将进一步推动秸秆制燃料乙醇产业化发展。
目前，我国的“十二五”规划把能源产业结构转型和升级列入的重要地位，积极发展替代可再生能源，将有利于我国实现循环经济可持续化发展战略的目标。
目前，全球奔驰在路上的车辆每日消耗着约1000万吨石油，占了全球石油日产量的一多半。如何用可再生能源驱动这些石油“吞噬兽”，已经成为新千年的重大任务之一。无论是混合动力、氢动力，天然气还是生物燃料，都成为了人们期望的目标。
制约着生物燃料发展的一个重要因素是土地资源 5使有限的土地既要为人类提供足够的粮食，又要生产出足够的燃料，这显得很困难。德国2005年共生产了170万吨可用于柴油机的油菜籽油，生产这些油菜籽油使用了德国全部可耕种土地的1/10。即使在最好的年景下，这些土地才可以生产出200万吨生物柴油，这对每年消耗1.3亿吨石油的德国而言，确实是杯水车薪。
巴西的燃料构成中酒精燃料已经达到40％，但这种看上去是一种幸事的景象对于当地的环境而言却是一种灾难：数百万公顷的热带雨林已经被开垦出来，用于种植生产酒精燃料的原料――甘蔗。
而且，汽车使用酒精做燃料，需要配置更大的油箱，因为酒精所包含的能量仅为汽油的2/3。这意味着如果要取代同样能量值的传统燃料，则需要更多的土地来生产制作酒精的原料。
据德国农业部负责生物燃料的可再生资源机构计算，1公顷德国耕地收获的谷物可以生产出2500L乙醇，而1L乙醇燃料所包含的能量约合0.66L传统汽油燃料，则1公顷土地生产的乙醇燃料只能替代1650L传统燃料。
如何研发出一种新技术能够同时实现粮食与燃料两大目标成为目前生物燃料领域的研究重点。德国西部的卡塞尔大学农作物科学研究院教授康拉德舍费尔表示，生长于地球表面的植被所包含的能量超过目前人类能源需求的8％～10％。将这些不断再生的能量高效地转化为人类需要的燃料，无疑是解决人类能源问题的一个突破口。
未来，替代燃料将在降低CO2排放上将发挥重要作用，这一观点得到了世界各大汽车厂商的支持。不过是发展第一代替代燃料，还是主攻第二代替代燃料，各大厂商却各执一词。对于此，奥迪坚定地站在第二代替代燃料一边。
可以看到，第一代替代燃料――例如生物乙醇和生物柴油――在很多国家应用广泛，这些生物燃料来自小麦、玉米和油菜等农作物。它们的确提高了CO2的平衡，因为在燃烧过程中释放出来的CO2与这些植物在生长过程中所吸收的CO2是相同的。然而，它们与粮食作物种植形成了直接的竞争关系，这一点在如今世界粮食危机的大趋势下显然有些不太人道。而且在其生产过程中，产量也较低，因此，它们在降低CO2排放上的优势大打折扣。
第二代替代燃料则可以很好地解决这一问题。它们将不再需要使用农作物，而是使用它们的废弃材料，并能减少约90％的CO2排放量。它们的特点还包括：可以进行准确配比，以满足发动机的具体需求，因而使燃烧过程非常高效，产生非常低的排放。一个特别引人注目的例子是取自生物质能的“阳光柴油(SunDiesel)”，它可以很好地替代取自矿物油的柴油。目前，以“阳光柴油”为燃料的奥迪A3 1.9 TDI每公里就至少降低20g的CO2排放。
奥迪主要推荐使用的“阳光柴油(SunDiesel)”，其实就是植物经过高温处理形成的一种生物合成燃料。这种燃料藉由所谓的费托合成(FischerTropsch)制成。德国早在上世纪20年代中期，便开发出了该合成技术，该过程通过一氧化碳和氢气的混合产生液体碳氢化合物。合成燃料的巨大优势在于其不含硫和芳烃，这意味着内燃机能大幅减排，尤其减少微粒和硫化物的排放，从某些角度看，减排的潜力可达80％。
“阳光柴油(SunDiesel)”要比用石油生产的各种发动机燃料清洁得多，它完全无毒，并且没有气味。此外，据专家们估计，每年从每公顷植物中可以生产4000公升阳光柴油，这相当于菜籽油产量的3倍，乙醇产量的1.5倍。甚至还可以从更多的生物材料中获取更多的阳光柴油。例如，木材碎屑这种源料就是一流的能源供应者。尤其是如果阳光柴油不作为汽车的燃料，而是被用于发电和供热，就会比普通的柴油更具有竞争力。
从CO2平衡的角度来看，由生物制成的所谓“阳光柴油(SunDiesel)”也格外具有吸引力，该燃料由植物做原料研制而成，在燃烧时释放的CO2少于之前植物通过光合作用从大气中吸收的CO2。当前，一台使用传统石油制成柴油的奥迪A4 TDI每公里排放149g的CO2，而由“阳光柴油(SunDiesel)”驱动发动机时，每公里仅排放22g的CO2，当该生产技术扩展到一定产业规模时，这一数字可能还会进一步下降。
与传统的石油制成柴油燃料相比，“阳光柴油(SunDiesel)”还具有以下的优点：
4、几乎百分之百的CO2中性(所谓的“CO2中性”，就是做到不给地球增加CO2负担)。
当然，一些专家学者认为，植物材料更适合用来生产电力和热力，比用来驱动汽车更有效率。瑞士联邦理工学院的资源专家托马斯努斯鲍尔直言，以树木为原材料的生物燃料不适合应用于道路运输中。努斯鲍尔表示，木材在供应热量方面可以像矿物燃料一样有效率，但是当其用于发动机燃料时仅能释放其能量的3/4。
对此，行业内的巨擘――科林公司的生物燃料管理负责人迈克尔道埃特迈尔表示，他不怀疑努斯鲍尔计算的准确性。但道埃特迈尔认为努斯鲍尔忽略了问题的关键。道埃特迈尔反驳说，在热力和电力生产方面，目前已经有许多矿物能源的替代物，如地热、太阳能。风力和水力，但是“对于运输领域，目前尚没有可行的矿物能源替代者”。“阳光柴油(SunDiesel)”尽管不能实现完全能量效率，但能够保证运输系统继续运转。
“阳光柴油(SunDiesel)”诞生在德国东部萨克森州弗赖贝格市，其发明人博
多・沃尔夫曾经是一名煤矿工人，激发沃尔夫这名颇具想像力的德国工程师进行“阳光柴油(SunDiesel)”研发的是一个简单的事实：石油、天然气和煤炭――它们都是太阳能的“结晶”。
事实上，所有工业时代使用的矿物燃料都是远古时期植物和动物埋入地下的产物。在巨大的压力和高温的作用下，这些有机物转化为今天使用的固体、液体和气体能源。
沃尔夫所发明的转换工艺，可以使这个转化过程在很短的时间内完成。沃尔夫为这种名为“碳-5方法(CARBO-V)”生产工艺申请了专利。“碳-5方法(CARBO-V)”在几个小时内实现自然界需数千年才能制造出的结果：木材、稻草和任何形式的除去水分的有机物，在一个由燃烧装置和催化剂组成的系统中，转化为合成气体。这些气体经应用于煤炭和天然气液化领域的费托合成(FischerTropsch)反应装置处理可以转化为柴油燃料。
沃尔夫在弗赖贝格注册了一家名为“科林”(CHOREN)的公司，进行“阳光柴油(SunDiesel)”的生产试验。“科林”的前三个字母分别代表着构建有机生命和传统燃料的元素――碳(C)，氢(H)和氧(O)，名字中的后三个字母是“可再生”一词的缩写。
到目前为止，科林公司仅建了一座试验生产厂。公司的远景目标是在德国东部卢布明市建设一座年产20万吨柴油的生产厂。
虽然“阳光柴油(SunDiesel)”目前尚未进行商业化生产，但其发展远景已激起了欧洲汽车工业的巨大期望。戴姆勒汽车公司，克莱斯勒汽车公司以及奥迪的母公司――大众汽车公司于2003年成为科林公司的“阳光柴油(SunDiesel)”项目的合作伙伴，壳牌也在2005年开始对该公司。而在目前，大众甲壳虫、高尔夫和奥迪的A3，A4和A5都开发了应用“阳光柴油(SunDiesel)”的相应车型。
日前，科林公司向大众展示了他们新开发出的从生物质中提取柴油等燃料的整套实际生产设备。他们期望通过这一展示，让更多的厂家了解“阳光柴油(SunDiesel)”这一非常具有前景的燃料产品。
走进该公司，首先映入眼帘的是一个约20余米高的半开放式厂房，其中整齐排列着大大小小的钢铁容器，弯弯曲曲的管道串连其中。厂房外是一个露天堆场，放着许多诸如木屑等的“废料”。而在厂区之外，则停放着几辆各种型号的大众、奥迪与奔驰系列轿车，其车身上均醒目的喷印着“阳光柴油(SunDiesel)”的字样，这些车辆的汽缸中点燃的，正是运用该公司新型工艺从生物质中生产出的“阳光柴油(SunDiesel)”。
该公司的设备主管舒尔茨先生介绍说，这是一套年产15万吨柴油的生产设备。它利用诸如木屑、秸秆以及生活垃圾等生物质为原料，再经过一套分解、提取、合成等复杂工艺后，可从每10t的生物质中提取2～3t不等数量的柴油。生产出来的柴油质量完全可达到使用传统工艺生产的柴油标准，可用于各种交通工具驱动需要以及工业生产使用。
舒尔茨说，利用他们的设备生产出的柴油成本约为每公升75欧分(约合7元多人民币)，与目前在加以重税之后在德国市场上销售的柴油价格相当，因此若要挤占市场还有许多困难。但在人类建立可持续发展的能源系统，促进社会经济的发展和生态环境改善的要求下，他们的这一项目依然被普遍看好。
该公司的负责人沃尔夫博士详细介绍说，太阳照射地球，一部分能量以简单的直接利用方式被人类获取，而另外一部分则贮存在生物质中。这些能量除去被消费的部分外，剩余产物大致为碳、二氧化碳和氢气等。而正是利用这3种基本产物作为原料+利用他们研发出的“碳-5方法(CARBO-V)”生产工艺，就可以提取出柴油等燃料来。
奥迪的母公司――大众汽车公司总裁皮舍茨里德评价说，尽管目前以氢气、燃料电池等为驱动能源的汽车研发方兴未艾，但普遍存在着成本过高的缺点，以生物质能为新型汽车能源潜力巨大。
在德国西部城市沃尔夫斯堡有一座“奇特”的建筑，这就是大众汽车公司的“汽车城”。徜徉在这座宏大的建筑内，人们可以感受到汽车的历史与辉煌。但建筑内最为特别的或许是一个由透明塑料做成的“植物温室”――这间温室展现了汽油时代结束时汽车社会的前景。人们操作温室内的机械手臂种下豆瓣菜，8个星期后，大众以及奥迪的科学家可以用这些装点色拉莱的豆瓣菜生产出一滴柴油。据公司的研究人员表示，这滴柴油可以使拖拉机前进2m。这或许对拖拉机这样的农业机械不算什么，但对处于高速发展中的现代社会而言，这代表着解决燃料问题的“一线希望”。
千百年来，人类的需求不断膨胀，但刚性需求始终没有发生根本性的变化，温饱问题仍是世界上大多数人的生计追求。食物与能源一直困扰着穷国与富国，成为未来全球10大问题中的难解之题。在新能源产业兴起的浪潮中，能源专家们想到了“生物质能”这一古老能源，赋予其“替代”的特殊使命，希冀依靠生物质能来解决未来的能源危机与环境危机。我国在这一领域闻风而动，风风火火地建了一些乙醇加工厂、生物质直燃发电厂等，但相关的燃料、技术、财务等诸多问题接踵而至，使生物质能产业受挫，陷入困境，令人忧虑。
生物质能是通过植物的光合作用固定于地球上的太阳能。其特点一是具有自我生成性。不论是木本植物还是牟本植物，只要有适度的雨水和充裕的阳光，每年都生生不息。据测算，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍。二是自我循环，不用即逝。人类未加以利用的生物质，要遵循自然规律完成其碳循环，绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放回自然界中。三是生物质能是人类利用最早、最多、最直接的能源，它支撑着人类由远古走到现在，至今世界上还有15亿多的人口以生物质作为生活能源。回望过去，田园牧歌式的生物质能时代难免引人发怀古之情：作为太阳系蓝色星球上的万物之灵，人类以其智慧与勤劳在地球上源源不断地获取食物和能源维系了世世代代的生存与发展――通过作物种植和畜禽养殖，延长、拓宽、丰富了食物链，并占据了地球食物链的高端，现在我们每年从地球上获取的食物多达55亿吨。在煤炭、石油等化石能源发现和开发利用之前的漫长岁月里，祖先们持续有效地利用地表的“生物质能源”，如柴薪、木炭、植物油、动物脂等物质，以烧水煮饭、燃灯照明、御寒取暖，使光明温暖，薪火相传。当时的远足、浇灌、负荷、载重，不外乎是肩挑人背、车载船运，借靠的是人力、畜力、风力、水力。叶绿植物、人畜粪便等都作为宝贵的肥料而重归田原，加入下一轮的生物质循环，从而为后人保留了绿水青山、碧海蓝天的自然环境。
人类进入工业时代，能源消费模式发生了巨大的变革，由依靠木炭转为依靠煤炭、石油与天然气等化石能源，火车、汽车、飞机等现代交通工具得以盛兴，这使得地球变小，生活变快，让人们的视野变宽，欲望变强。通过煤炭、原油、天然气的直燃发电，电能应用于生产生活的方方面面，我们每个人都在分享着化石能源和电能带来的便捷、舒适与安逸。与此同时，能耗巨大的环境代价产生的忧患意识也在全球弥散开来，现直接引用一段相关文献，以供我们思考，“人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算，世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻200周年之际，世界石油资源大概所剩无几。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧层破坏，全球气候变暖，酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说，如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位，在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机，是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。”
化石能源对环境的影响就是负面的吗?这取决于人类活动的频繁程度。有了煤炭，使森林得以保护，多少个卖炭翁不再“伐薪烧炭南山中”；有了石油与钢铁，就有了新型建材，桥梁与房屋修建大量消耗的木材被新型建材替代，使森林的损失得以减缓，“蜀山兀、阿房出”的毁林悲剧不再重演。目前地球上的荒漠化，正是人类过去对生物质能过度依赖与消耗造成的!由此看，解决能源与环境问题，人类必须对其生产、生活行为加以反思与节制，否则任何能源都无法解除未来危机。
专家认为，地球上的生物质是十分丰富的。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，产生各种清洁能源，以替代煤炭、石油和天然气等化石燃料，保护国家有限的能源资源，减轻能源消费给环境带来的污染。生物质能源将成为未来可持续能源的重要部分，预计到2020年，全球总能源将有40％来自生物质能源。在技术路线方面，通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的替代能源，如固化和炭化，可以生产固体燃料，气化可以生产汽体燃料，液化和植物油提取技术可以获得液体燃料，还可以将桔杆和枝权材等直接燃烧产生蒸汽进行发电。总之生物质种植、收集、储运、转化等各个环节，可以形成一个庞大的生物质能源产业群体。
千百年来,人类的需求不断膨胀,但刚性需求始终没有发生根本性的变化,温饱问题仍是世界上大多数人的生计追求。食物与能源一直困扰着穷国与富国,成为未来全球10大问题中的难解之题。
在新能源产业兴起的浪潮中,能源专家们想到了“生物质能”这一古老能源,赋予其“替代”的特殊使命,希冀依靠生物质能来解决未来的能源危机与环境危机。中国在这一领域闻风而动,风风火火地建了一些乙醇加工厂、生物质直燃发电厂等,但相关的燃料、技术、财务等诸多问题接踵而至,使生物质能产业受挫,陷入困境,令人忧虑。
生物质能是通过植物的光合作用固定于地球上的太阳能。其特点一是具有自我生成性。不论是木本植物还是草本植物,只要有适度的雨水和充裕的阳光,每年都生生不息。据测算,植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍。二是自我循环,不用即逝。人类未加以利用的生物质,要遵循自然规律完成其碳循环,绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放回自然界中。三是生物质能是人类利用最早、最多、最直接的能源,它支撑着人类由远古走到现在,至今世界上还有15亿多的人口以生物质作为生活能源。
回望过去,田园牧歌式的生物质能时代难免引人发怀古之情:作为太阳系蓝色星球上的万物之灵,人类以其智慧与勤劳在地球上源源不断地获取食物和能源维系了世世代代的生存与发展——通过作物种植和畜禽养殖,延长、拓宽、丰富了食物链,并占据了地球食物链的高端,现在我们每年从地球上获取的食物多达55亿吨。
在煤炭、石油等化石能源发现和开发利用之前的漫长岁月里,祖先们持续有效地利用地表的“生物质能源”,如柴薪、木炭、植物油、动物脂等物质,以烧水煮饭、燃灯照明、御寒取暖,使光明温暖,薪火相传。
当时的远足、浇灌、负荷、载重,不外乎是肩挑人背、车载船运,借靠的是人力、畜力、风力、水力。叶绿植物、人畜粪便等都作为宝贵的肥料而重归田原,加入下一轮的生物质循环,从而为后人保留了绿水青山、碧海蓝天的自然环境。
人类进入工业时代,能源消费模式发生了巨大的变革,由依靠木炭转为依靠煤炭、石油与天然气等化石能源,火车、汽车、飞机等现代交通工具得以盛兴,这使得地球变小,生活变快,让人们的视野变宽,欲望变强。通过煤炭、原油、天然气的直燃发电,电能应用于生产生活的方方面面,我们每个人都在分享着化石能源和电能带来的便捷、舒适与安逸。
与此同时,能耗巨大的环境代价产生的忧患意识也在全球弥散开来,现直接引用一段相关文献,以供我们思考,“人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力,经济越发展,能源消耗越多,尤其是化石燃料消费的增加,就有两个突出问题摆在我们面前:一是造成环境污染日益严重,二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算,世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年,也就是世界上第一口油井开钻200周年之际,世界石油资源大概所剩无几。
另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,是造成臭氧层破坏,全球气候变暖,酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说,如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位,在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机,是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。”
化石能源对环境的影响就是负面的吗?这取决于人类活动的频繁程度。有了煤炭,使森林得以保护,多少个卖炭翁不再“伐薪烧炭南山中”;有了石油与钢铁,就有了新型建材,桥梁与房屋修建大量消耗的木材被新型建材替代,使森林的损失得以减缓,“蜀山兀、阿房出”的毁林悲剧不再重演。目前地球上的荒漠化,正是人类过去对生物质能过度依赖与消耗造成的!由此看,解决能源与环境问题,人类必须对其生产、生活行为加以反思与节制,否则任何能源都无法解除未来危机。
专家认为,地球上的生物质是十分丰富的。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,产生各种清洁能源,以替代煤炭、石油和天然气等化石燃料,保护国家有限的能源资源,减轻能源消费给环境带来的污染。生物质能源将成为未来可持续能源的重要部分,预计到2020年,全球总能源将有40%来自生物质能源。
在技术路线方面,通过一系列转换技术,可以生产出不同品种的替代能源,如固化和炭化,可以生产固体燃料,气化可以生产汽体燃料,液化和植物油提取技术可以获得液体燃料,还可以将桔杆和枝杈材等直接燃烧产生蒸汽进行发电。总之生物质种植、收集、储运、转化等各个环节,可以形成一个庞大的生物质能源产业群体。
中国生物质能源目前尚未形成产业规模,只有分散的沼气生产、乙醇加工厂和生物质直燃发电厂。沼气生产分布在农村的种养殖户中,推广的并不理想,离工业规模化使用距离遥远。以消化陈化粮为目的兴建的乙醇厂,也因原料短缺、与人争粮,缺乏经济性而歇业。
生物质直燃电厂,则因设备无专门化生产、燃料质次价高量不够而无法达到设计产能,全部陷入亏损状态,有的已经资不抵债。笔者调研了一家以棉杆为燃料的两台1.2万千瓦的生物质直燃发电厂,总2亿元,资本金0.5亿元。到去年底累积亏损已达0.42亿元。其主要原因既是燃料质次价高量不足,全年开机时间不到六个月。原设计燃料收集半径为30公里,10万吨,实际上收集半径已超过70公里,燃料采购量却达不到设计水平的65%。
燃料来自千家万户,运费高、水份多、杂质多,造成多次停机。在国外,生物质直燃发电是建立在现代化大农场基础上的燃料集约,而不是分散地加以收购,这才会保证原料的质、价、量稳定。中国要求每个县都上一个生物质直燃电厂,实际上造成了燃料收集半径的交叉,电厂之间的燃料收购竞争惨烈,在高成本的负面拉动下,生物质电厂无一获利。
以小农生产方式获取的分散燃料与集中的工业化发电之间,要解决的主要是燃料的集结成本问题。有人建议采用分散加工的方式,将桔杆毛料变为固体燃料,以达到规模化使用,但固体燃料高昂的加工、储运成本,在现有的电价约束之下,却使电厂难以达到财务平衡。
生物质能前景广阔,现况艰难。解决之道的着力点一是忌浮躁。不能轻易炒作与忽悠生物质能发展,理论上的生物质能转化为未来主要依靠的替代能源之一生物质能尚要突破制度、比价体系、技术进步、商业模式创新等诸多约束。二是着眼长远。现有的生物质能企业应着力构建自己的供应链系统,采购散料只是一种特别脆 弱的渠道,应建立生物质速生燃料基地,拓宽燃料供应视野。三是慎。
汽车作为现代重化工业技术体系的代表产品,不仅是不可再生石油资源的主要消耗者,而且也是造成城市空气污染的主要祸首。汽车所排放的尾气中含有大量NOX(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、PM(颗粒物)和HC(碳氢化合物)等有害物质,对城市大气环境造成了严重的污染和破坏。解决汽车的环境污染和石油的短缺问题需要寻找可替代石油燃料的洁净能源或改变传统的内燃机技术。然而,由于方法众多,每一种方法都存在各自的优缺点,众说纷纭,争执不下。究竟哪一种新能源适合我国汽车未来能源的发展方向呢?
我们认为,内燃机技术以及汽车产业在产业技术体系中占有核心地位,从整个产业技术体系的发展战略角度出发,分析现有的汽车各种替代能源的优缺点,分阶段实施汽车新能源的发展战略,对于我国实现产业技术的跨越发展具有十分重要的现实意义。
目前,可代替传统汽油和柴油的汽车代用能源有许多种,可将其归纳为三类:第一类是不可再生能源,包括液化石油气、天然气、煤基液体燃料、甲醇;第二类是可再生能源,包括乙醇、生物柴油、太阳能;第三类是性质不确定能源,其性质的归属取决于生产该能源的原料,包括燃料电池、电能和氢能。
(1)液化石油气(LPG)。LPG分为石油炼制过程中的副产品和油田伴生气两种。
LPG的缺点:能量密度低;车用LPG的质量要求较高,需要提纯处理;存在一定的爆燃危险性,安全性较差;仍然以石油资源为依托,属于不可再生资源。
(2)天然气(NG)。汽车使用的天然气按储存方式主要分:压缩天然气(CNG )、液化天然气(LNG)和吸附天然气(ANG)三种。
①压缩天然气(CNG)。CNG是将常态下的天然气以20MPa以上压力压缩在高压罐内供汽车使用。
CNG的优点:污染排放低。天然气汽车尾气中NOX及CO2排放量很低,且无PM固体微粒排放;工艺简单。供汽车使用的CNG是用压缩机将天然气压缩储存,燃烧时通过减压装置减压释放,工艺比较简单;天然气储量相对丰富。我国目前天然气资源量约为54万亿立方米,探明的天然气地质储量为3.9万亿立方米,资源探明率为7.2%。并且,天然气的勘探潜力很大,储量较石油丰富。
CNG的缺点:存储体积较大,能量密度低;汽车充气时间较长,一次行驶里程短;储气钢瓶因压力大,有一定的危险性;车用充气源受天然气管网限制;属不可再生资源。
②液化天然气(LNG)。LNG是将天然气在-161℃的低温下液化,并进行净化处理而成。
LNG的优点:更洁净环保。LNG燃尽后无灰渣和焦油,主要排放物是二氧化碳和水蒸气,NO2、CO2等有害物质的含量极少;能量密度大。LNG液化后的体积仅是原气态体积的1/625,能量密度高于CNG三倍多;安全性能好。LNG无需高压,不易自燃自爆,安全性能好;车用充气源不受天然气管网限制;具有循环利用能源效应。LNG在汽化至常态过程中将释放出大量的冷能,可回收用于汽车空调或汽车冷藏。
LNG的缺点:生产与运输成本较高。LNG是在低温下液化、缩小体后装入特殊运输设备运送到目的地,并再次气化后方可使用。因此,LNG在中短途运输方面成本过高。属不可再生资源。
③吸附天然气(ANG)。吸附储气的原理是在储气容器中以特殊方法装填超级活性炭作为吸附剂。利用吸附剂表面分子与气体之间的作用力吸附气体分子。
ANG的优点:储存压力低。ANG的压力一般只有4~6MPa,有利于安全;不必使用笨重的钢瓶,减少储气设备重量。
(3)煤基液体燃料。煤基液体燃料是将煤炭通过直接或间接方法液化成液体燃料油,俗称“煤变油”。
煤基液体燃料的缺点:煤变成液态燃料单位成本高;煤转化成液态燃料的生产过程中要消耗大量的能源;煤变油技术仅是将一种不可再生能源转化为另一种形式,不符合能源发展方向;煤变成液体燃料只是将煤炭转变为汽油、柴油,依然不能降低环境污染。
(4)甲醇。甲醇是一种含氧化合物,溶解性强,可与汽油、柴油溶解混合为新型燃料。甲醇可从煤、天然气和油页岩中制取。
甲醇的优点:甲醇作为燃料具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点;作为车用燃料,甲醇的CO、HC和NOx排放较汽油和柴油低,几乎无碳烟排放;溶解性好,可与汽油、柴油混合使用。
甲醇的缺点:对环境即有正面影响也有负面影响。甲醇汽油可以减少尾气中CO、CH、NOx排放,但尾气中总醛排放增加;甲醇具有毒性。人摄入5～10毫升就会发生急性中毒,30毫升即可致死;甲醇对金属有腐蚀作用,对橡胶皮革有溶胀作用;制取甲醇要消耗不可再生资源。
(1)乙醇。乙醇是玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等经发酵、蒸馏、脱水后再在其中加入变性剂而成。车用乙醇汽油是将燃料乙醇和组分汽油按一定比例混配而成。
乙醇的优点:减少污染。使用乙醇汽油的汽车尾气中CO降低30%,NOX减少10%,苯系物质、氮氧化物、酮类等污染物浓度明显降低;属可再生能源。
乙醇的缺点:乙醇需要与汽油混合使用,不能成为汽油的完全替代品;燃烧乙醇会产生悬浮颗粒,不是完全的绿色燃料;消耗大量土地资源。
(2)生物柴油。生物柴油是采用动物或植物油脂与甲醇(或乙醇)经酯交换反应而得到的脂肪酸甲(乙)酯,是一种可以替代石油柴油的可再生清洁燃料。
生物柴油的优点:环保特性优良。根据美国科学家的研究结果,使用生物柴油可降低90%的空气毒性,二氧化碳排放要比柴油减少60%;车辆成本低。使用生物柴油的汽车与普通柴油车相同,车辆无须任何修改;安全性好。生物柴油的闪火点较高,毒性较低;是一种环境友好的可再生燃料。
生物柴油的缺点:燃烧效果差。生物柴油的粘度约为#2石化柴油的12倍,影响喷射时程,导致喷射效果不佳。由于生物柴油的低挥发性,造成燃烧不完全,影响汽车燃烧效率;制取生物柴油的成本较高;消耗大量耕地资源。
(3)太阳能。太阳能资源丰富,随处可得,无需运输,对环境无任何污染,是未来汽车能源的发展方向。
目前,制约太阳能汽车发展的主要障碍:一是汽车的动力常受时间、地点、季节、气候影响;二是太阳能的采集与转换效率难以满足汽车高速行驶所需要的足够动力;三是太阳能电池板造价昂贵。
(1)燃料电池。燃料电池是直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的一种装置。燃料电池常用的燃料有氢、天然气、甲醇等,常用的氧化剂有氧气、空气。
燃料电池的优点:洁净、污染低。纯氢和氧结合的燃料电池,可实现零放排。以甲醇、天然气为燃料的燃料电池汽车造成的大气污染仅为内燃机汽车的5%;燃料电池能量转换效率较高;噪音低。燃料电池属于静态能量转换装置,除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件,噪音小;燃料多样化。燃料电池所使用的燃料可以是氢、甲醇、天然气,也可以是丙烷、汽油、柴油、煤以及可再生能源;利用生物制氢、水制氢的燃料电池可实现能源再生化。
燃料电池的缺点:成本高。质子交换膜电池中的膜材料和催化剂均十分昂贵;燃料的质量不过关。质子交换膜燃料电池必须使用没污染的氢燃料,而目前纯净氢的制取技术还存在困难。
(2)电能。以电能为动力的汽车分为三种:纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCV)和混合动力电动汽车(HEV)。纯电动汽车是指以车载蓄电池为电源,用电动机驱动的车(本文中的电动汽车指的是纯电动汽车)。
电能是一种洁净能源,电动汽车完全可以实现零排放、无污染,但是,目前的电能还不属于可再生能源,主要是因为电能还有相当一部分是通过煤炭、石油等化石类能源转换而来。
电动汽车的优点:洁净无污染。目前,只有电动汽车完全符合零排放,而且电动汽车噪音很低;电能是取之不尽、用之不竭的能源。如果用再生能源(太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐)发电,电能可永续使用;电能的利用技术成熟。人类利用电能已有很长一段历史,遍布全国的电网可为电动汽车的充电带来极大的方便;电动汽车结构简单,维修方便。
电动汽车的不足:电池性能还无法满足电动汽车产业化的要求。目前,电动汽车的蓄电池主要有:铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池比能量低,质量和体积太大,一次充电行驶里程较短,且寿命短,污染严重;镍镉蓄电池中的重金属镉对环境有污染;镍氢蓄电池有高温使用电荷量急剧下降的缺点;锂离子的问题是安全性和稳定性,此外,大功率锂电池存在技术难度;价格昂贵。蓄电池的价格是目前制约电动汽车产业化的障碍;电池充电时间长,蓄电能力有限;动力性差;电能还没有解决完全可再生和无污染问题。电能的生产还大量依赖煤炭、石油等不可再生资源,此外,汽车废弃蓄电池还有污染问题。
(3)氢能。氢是自然界存在最普遍的元素,在自然界中多以化合物形态出现,主要贮存于水,特别是海水中富含大量的氢,石油、天然气、煤炭、动植物体也含氢。氢的发热值是所有燃料中最高的,而且燃点高,燃烧速度快,是十分优质的二次能源。以氢气为能源驱动汽车,主要有三种方法:汽车携带贮氢罐,以氢气在发动机中直接燃烧产生动力;汽车电池放电电解出氢作燃料;以氢作燃料电池的燃料,用电力驱动汽车。
氢能的优点:氢是洁净能源。氢燃烧非常清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生其他对环境有害的污染物质;氢是高效燃料。每公斤氢燃烧产生的能量为33.6kW・h,是汽油的2.8倍;不需要对现有的技术装备作重大的改造。现在的内燃机稍加改装即可使用氢。
氢能的缺点:廉价的制氢方法是氢能利用的一大障碍。目前,氢的制取需要大量能量,而且制氢效率很低;氢的安全性能差。氢气是一种无色无臭的气体,而且着火界限宽、着火能低、燃烧速度快,容易引发火灾及爆炸。此外,氢特别容易泄漏,加油站、管道和纯化工厂很难完全消除泄漏隐患。
汽车产业在整个工业体系中占有核心地位,汽车新能源的发展战略不仅关系到汽车产业的可持续发展,而且对于整个工业的发展方向具有举足轻重的作用,因此,我们还需要从产业技术体系角度考虑汽车新能源的发展战略。
产业技术体系是指在工业生产部门各个产业领域所使用的各种产业技术,因其生产过程中的必然联系而构成的统一的有机整体。产业技术体系中的产业技术因其在生产部门生产过程中的影响范围和程度不同而分为源技术、主干技术、旁支技术三个层次。其中,源技术是最核心的、最具影响力的技术,它决定整个工业部门产业技术体系的性质和本质特征,决定了工业部门内部其他产业部门核心技术的产生、变革和地位。而主干技术是在源技术之下,直接与源技术配套的工业部门内部各产业技术,它们只是对一个或几个工业部门有重大作用。而旁支技术则是为主干技术服务的、处于次要地位的各产业技术。
人类历史上的历次产业技术革命都因产业技术体系中的源技术发生重大变革,推动产业技术体系中各层次的产业技术逐步改变,最终导致整个产业技术体系发生变革。第一次工业技术革命正是因蒸汽机的出现,导致人类生产的重心从农业转向工业;第二次工业技术革命由于内燃机和电力技术的发明,使人类生产走上了重化工业道路,也导致今天的资源危机和环境恶化;以微电子、新材料、新能源、生物工程、航天技术、海洋技术等为代表的第三次工业技术革命,并没有改变第二次工业技术革命所奠定的重化工业技术体系性质,却使消耗不可再生资源、污染环境的重化工业技术体系加速发展。今天,人类经济社会面临的生存危机,在本质上是产业技术体系性质造成的,是迄今为止历次产业技术革命都在产业技术开发与应用上忽视了人与自然的关系,从而导致产业技术体系各层次的产业技术都消耗不可再生资源、排放污染环境的废弃物造成的。
当前的产业技术体系还属于重化工业技术体系。重化工业技术体系中的源技术――电力技术和内燃机具有消耗不可再生资源、破坏环境的性质,带动了汽车、钢铁、能源、化工、机械加工等主干技术以及旁支技术也具有同样的性质。因此,要实现人与自然和谐相处,必须从根本上针对重化工业技术体系的源技术――电力技术和内燃机进行革命。
传统的内燃机是直接建立在石油、天然气等不可再生能源结构上的工业动力,是现代大工业各种产品生产的母机。汽车发动机是内燃机最突出的代表。汽车不仅是不可再生资源主要消耗者,也是城市环境恶化的主要元凶,此外,汽车产业更是在整个产业技术体系中关联最多的产业。因此,汽车洁净能源的开发应朝着改变传统的内燃机技术,使其由消耗不可再生资源、污染环境向使用可再生资源、对环境无害的方向发展,以推动整个产业技术体系向生态化变革,从而实现可持续发展的目标。因此,未来汽车的新能源应具备如下条件:
第一,新能源必须是可再生资源。不可再生资源终究会枯竭,用较丰富资源替代紧张资源只能作为短期权宜之计。
第二,新能源必须是洁净的。新能源不应对环境产生任何污染,应完全实现零排放。
第三,新能源有利于变革传统的内燃机技术。变革传统的消耗不可再生资源的内燃机技术不仅对于汽车产业发展有利,也会推动整个产业技术体系向可持续发展的方向努力。
综上所述,我们认为电能是汽车未来最佳的能源。但是,用电动机取代目前广为使用的传统内燃机不是一蹴而就的事情,因此,汽车新能源的发展战略还需要分阶段实施。
选择电能作为汽车未来能源的理由是:第一,电能是完全洁净的能源,电动汽车完全可以实现零排放;第二,电能完全有可能转变为可再生能源。尽管目前电能还不是可再生能源,但是随着太阳能发电、风能发电、生物质能发电、潮汐发电等的普及,电能会迅速转变成可再生能源;第三,有利于产业技术体系变革。传统内燃机被电动机取代,将导致化工、石油、煤炭等行业逐步萎缩,而太阳能发电、风力发电、生物质能发电以及潮汐发电等产业将得到大力发展。层层推进,可推动整体产业技术体系发生变革,有望改变重化工业技术体系消耗不可再生资源、污染环境的本质。
将燃料电池汽车作为中期发展目标的理由是:第一,燃料电池汽车技术已相当成熟,极有可能先于电动汽车进入市场。近几年,世界各大汽车公司都纷纷推出以氢或甲醇为燃料的燃料电池汽车;第二,燃料电池汽车有利于环境保护和节省能源。氢燃料电池可实现零排放,即使使用其他燃料(如甲醇)的燃料电池汽车也是常规汽车排放的30%。另外,燃料电池能效高有利于节省能源;第三,燃料电池完全可能实现由不可再生能源向可再生能源的转化。水解氢燃料电池可以实现资源的循环使用,因为氢与氧的燃烧产物就是水,水可以循环使用,取之不尽,用之不竭。另外,可利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源制氢,实现能源可再生化。目前,制约燃料电池成为可再生能源的是水解氢的制取技术,但是,甲醇等燃料电池技术的使用与推广,可为氢燃料电池的发展奠定良好的基础。第四,燃料电池汽车发动机是传统内燃机的变革,可为电动机最终取代传统内燃机提供经验。
尽管,目前的甲醇燃料电池、通过煤或天然气制取氢的燃料电池与我们所倡导的能源的可再生化发展方向违背。但是,只要太阳能、风能、潮汐能发电技术、水解氢技术一旦成熟,燃料电池实现可再生能源的目标就十分容易。因此,我们将燃料电池作为中期发展目标。
液化天然气(LNG)属不可再生资源,不符合能源的发展方向,也与我们的倡导的终极目标相悖。我们将其作为短期发展目标的理由是:第一,液化天然气有助于解决汽车尾气的严重污染问题。液化天然气与汽油、柴油相比,更洁净环保;第二,液化天然气有助于解决目前的石油紧张问题。我国的天然气储量较石油丰富,而且天然气的探明储量在不断增加。此外,使用液化天然气不受天然气管网限制,可充分利用世界天然气资源,这对于我国的能源安全有利;第三,液化天然气使用技术与现存的内燃机技术衔接较好。
但是,天然气资源是不可再生资源,长期过量开发与使用将会导致与石油资源一样的命运。因此,发展液化天然气汽车只可作为短期发展战略。
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