用生物质能源替代石油

用生物质能源替代石油（精选5篇）

篇1：用生物质能源替代石油

中国石油大学（华东）实践队探究生物质能源

暑期期间，中国石油大学（华东）绿源实践队分别前往青岛中森生物质能有限公司及中国科学院青岛生物能源与过程研究所进行暑期社会实践。

此次实践，实践队将围绕生物质能源，通过走访相关企业及研究机构调研青岛地区生物能源企业及技术研发部门的发展现状，探究生物能源产业所面临的困难及解决方案。

积极准备，确定调研主题

在前往实践地正式调研前，实践队进行了充分的前期准备。通过资讯指导老师，查阅相关资料，了解了生物质能源的相关知识，并对上述单位及整个行业现状及问题有了初步认识，在经过集体讨论后针对不同单位确定了调研主题。

走进企业，了解行业市场

实践队首先前往青岛中森生物质能有限公司进行调研。公司市场部郭经理携相关技术人员接待了实践队，郭经理首先对其公司的基本情况做了简要介绍，并从其公司主营业务入手，进而说明了整个生物能源产业发展情况。

通过访谈，我们了解到了该产业巨大的发展前景，同时认识到目前该产业发展仍不成熟，虽然政府方面出台了相关扶持政策，但企业方面仍面临成本较高，技术约束，资金短缺，市场认可度不高等制约行业发展的诸多问题。

走访科研院所，了解研究动向

而后，实践队又来到了青岛生物能源与过程研究所进行调研。该所公共实验室的杨副研究员首先为队员们介绍了园区的基本情况，然后带领队员们参观了公共实验室，并接受了队员们的提问。

通过调研，我们了解到目前国际范围内生物能源领域的研究开展的如火如荼，且发展迅速，尤以欧美地区发展较好，我国在该领域的研究水平可基本与世界水平持平。同时，科研人员不足，科研力量分散，关键技术瓶颈，产学研相结合，政策扶持等问题仍亟待解决，生物能源产业发展任重而道远。

调研期间，杨老师还结合自身科研经历教导同学们大学期间一定要养成科学地看待问题，思考问题和解决问题的思维习惯，使队员们如沐春风，受益匪浅。

此次社会实践，实践队通过对生物能源相关研究机构及企业的参观访问，了解到了该产业的发展动向及面临的主要困难，经过调研总结，集体讨论给出了合理的建议。此次调研也激发了实践队员们对于我国整个能源体系的认识与思考。

（作者：中国石油大学（华东）刘健达联系电话：***）

篇2：生物柴油:节省石油消耗替代能源

项目简介:该项目化学合成生物柴油生产技术参考国外生物柴油标准, 完全符合、达到通用标准。成果可应用于公共交通中的“石化柴油”的替代。近几年来, 尽管炼化企业通过持续的技术改造, 生产柴汽比不断提高, 但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前, 生产柴汽比约为1.8, 而市场的消费柴汽比均在2.0以上, 云南、广西、贵州等省区的消费柴汽比甚至在2.5以上。随着西部开发进程的加快, 随着国民经济重大基础项目的相继启动, 柴汽比的矛盾比以往更为突出。因此, 开发生物柴油不仅与目前石化行业调整油品结构、提高柴汽比的方向相契合, 而且意义深远。

固定化酶法合成生物柴油技术

项目简介:固定化酶法合成生物柴油技术成果, 具有条件温和、醇用量小, 无污染物排放, 对原料油脂无选择性等优点。该成果中选育了适合于生物柴油转化的脂肪酶高产菌株, 使得酶法合成生物柴油中昂贵的催化剂更为廉价, 开发的以膜纤维固定化脂肪酶方法制备生物柴油为国内外首创;开发的旋液甘油在线分离装置, 实现了生物柴油的连续酶法转化, 其中新型连续式膜反应器可连续反应500小时以上。在采用北京市地沟油、煎榨油及菜籽油进行酯化, 进行了生物柴油的中试工作, 生物柴油 (脂肪酸乙酯) 转化率达93%以上, 产品收率达86%, 产品主要质量指标符合国外同类产品指标。

生物柴油工业化生产工艺

项目简介:目前生产的生物柴油与矿物0号柴油性能相当, 具有同样的使用效果, 既可单独使用, 也可以以任意比例与矿物柴油混合使用。汽车不需作任何改动, 均可使用该产品, 应用广泛。同时其它点燃式油炉、柴油空调压缩机等也可使用该产品。并且生物柴油闪点比矿物柴油闪点高, 不容易挥发, 比矿物柴油更安全, 更好管理, 只需用矿物柴油的管理方式来管理即可, 对使用、存放没有特殊的要求, 因而极容易推广使用。

生物柴油新技术

项目简介:该项目拟在实验室小试基础上, 以资源比较丰富, 价格相对较低的棉籽油为原料, 在高转化率前提下, 研制生产高性能生物柴油的最佳反应条件, 通过中试最后实现产业化。

该项目原料易得且价廉, 用油菜籽和甲醇为生产原料, 可从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖;有利于土壤优化, 种植油菜可与其它作物轮种, 改善土壤状况, 调整平衡土壤养分, 挖掘土壤增产潜力;副产品具有经济价值, 生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好;环保效益显著。

生物柴油稳定性添加剂

项目简介:该产品由抗氧化剂、金属催化防止剂与石化柴油的可混性加强剂等组成, 解决了以动植物油为原料生产的生物柴油容易发生水解和氧化, 而且高不饱和度容易产生热聚合和氧化聚合反应的缺陷。产品的氧化安定性符合标准, 冷冻性合格, 与石化柴油的混合透明, 可以不影响原冷滤点。该产品可直接混入生物柴油, 添加量在1‰。

生物柴油降凝剂

项目简介:该产品成本主要取决于原料油, 即油脂。由廉价的油脂来源如棕榈油或餐饮废油生产的生物柴油往往凝固点高, 不能符合现行的柴油标准, 解决这一问题的途径之一是添加降凝剂。添加降凝剂可使生物柴油的凝点降低5～10℃。

生物柴油具有可再生性, 资源不会枯竭。生物柴油作为优质的柴油代用品, 具有良好的前景。

废弃油脂制备生物柴油

项目简介:该产品具有良好的燃料性能, 十六烷值高, 含氧量高, 在燃烧过程中所需的氧气量较石化柴油少, 燃烧、点火性能优于石化柴油;具有优良的环保性能和再生性能;具有较好的低温发动机启动性能和润滑性能, 具有较高的运动粘度, 在不影响燃油雾化的情况下, 更容易在汽缸内壁形成一层油膜, 从而提高运动机件的润滑性, 降低机件磨损;具有较高的安全性能;原料易得。

该产品广泛使用对实现《京都议定书》的规定, 解决世界范围的环保问题和能源问题能起到关键性的作用。

油脂原料合成生物柴油法

项目简介:该发明提供了利用油脂原料合成生物柴油的方法。以短链脂肪酸酯乙酸甲酯、乙酸乙酯作为酰基受体, 利用生物酶催化生物油脂进行转酯反应, 短链脂肪酸酯:油脂的摩尔比为3:1～20:1, 经4～20小时反应后, 即生产出生物柴油。副产物三乙酸甘油酯进一步与甲醇反应又可得到上述短链脂肪酸酯, 生成的短链脂肪酸酯可循环用于生物柴油的合成。短链脂肪酸酯与油脂反应摩尔比的优先选择范围为4:1～14:1, 置于可自动控温的往复摇床中加热反应温度的优先选择范围为30℃～60℃。

该发明具有反应条件温和、对环境友好、反应过程简单易控等优点;且多次回用的脂肪酶仍可保持高的催化活性。

淀粉酶解培养异养藻制备生物柴油

项目简介:该发明公开了属于生物工程与能源领域的一种用淀粉酶解培养异养藻快速热解制备生物柴油的方法。首先以低质粮食淀粉为原料, 利用酶解淀粉制葡萄糖水溶液配制培养液, 再通过异养转化技术获得异养小球藻, 使异养藻细胞制备成本降低3-4倍;脂肪含量高于自养藻3～4倍, 然后用高脂肪含量的异养藻细胞快速热解, 获得高产量和高质量的生物柴油, 热解油产率提高3～6倍, 油的热值高达40～50MJ/kg, 粘度小, 在常温下有很好的流动性。

该技术为最终用生物和工程技术生产可再生能源并解决环境污染问题提供了基础和科学依据, 并具良好的应用和市场需求。热解油中还含有多种通过常规石油化工合成路线不易合成的物质, 可从中提取高附加值的化工产品或具药用价值的产品等。

生物柴油麻疯树开发性研究

项目简介:该项目是对生物能源植物--麻疯树进行开发性研究。因麻疯树种子种仁含油率高达40%～60%, 其油脂通过化学或生物学转换可得到优于目前0#柴油的生物柴油。因此, 麻疯树作为能源植物研究的模式植物具有非常好前景。

目前该项目获得了5项国家和地方的相关研究项目支持, 正进行麻疯树的资源收集和品质改良研究, 初步筛选出5个有应用前景的麻疯树株系, 克隆若干具自主知识产权的重要功能基因。为研究麻疯树的油脂代谢分子机制和进行油脂分子修饰的基因工程操作奠定了基础。

生物柴油设备制造工艺

项目简介:该课题研究的热喷涂技术在生物柴油设备上的成功应用, 可以在新产品的制造中进行强化和预保护, 使其“延年益寿”, 报废的零部件可以“起死回生”。其中, 玻璃釉涂层技术的巧妙应用, 从根本上克服了传统有机物防腐方法普遍存在的“老化”问题, 使生物柴油设备的使用寿命提高数倍以上;具有极强的抗化学腐蚀作用, 适应除氢氟酸外的所有强酸、强碱性及盐类物质的输送。该技术的应用对降低设备整体成本起到了极为关键的作用。涂层针孔率控制在1%以内, 采用火焰热喷涂成功把热喷涂技术从高端移至民用、涂层与基体结合强度大于40兆帕, 在各种使用环境中不龟裂。耐腐蚀性能极强, 设备使用寿命数倍延长。

清洁生物柴油生产技术

项目简介:该产品原料价格低廉且易得, 可以对柴油的供应提供补充;副产品具有一定的经济价值;环保效益明显。生物柴油燃烧时不产生二氧化硫, 排出的有害气体只有传统柴油的70%, 且可以获得充分降解, 有利于生态环境保护。制取生物柴油与精制甘油工艺联产, 将取得较为理想的经济和社会效益。

生物柴油大规模清洁生产技术

项目简介:该项目主要利用各类动植物油脂 (或废弃油脂) 为原料, 生产符合美国ASTM6751标准的生物柴油, 实现连续化清洁生产, 不产生工艺废水, 同时对副产品甘油进行利用, 得到高纯度甘油产品。其关键技术有:连续化反应器的设计和制造;工艺优化, 无工艺废水技术;副产品甘油综合利用新技术;非传统强酸催化技术。

该项目采用完全自主知识产权技术, 建成一条日生产100吨生物柴油清洁生产线, 原料为植物油、动物油脂、潲水油、酸化油等, 由于该技术可以处理高酸值的废弃油脂, 可以为彻底解决潲水油的食品安全问题提供一条可行的出路, 具有显著社会和经济效益。

高性能生物柴油开发

项目简介:该项目主要利用内蒙古地区现有的生物质资源, 包括秸秆、谷壳、树枝、油草、油灌木、大豆、高油酸菜籽等物质, 采用创新的生物质精炼技术, 通过加工、炼制、化学合成等工序, 制备出生物柴油、生物润滑油和生物高分子材料等高新技术产品, 实现物质和能源完全利用的技术体系及工业生产系统。依托雄厚的经济实力及国家扶持政策。项目将建成年产5万吨生物柴油、6万吨生物润滑油产业化示范基地。

小油桐果仁油生产生物柴油工艺及产业化

项目简介:该项目利用贵州可再生资源--小油桐、蓖麻仔、菜籽油油脚等油料林木果实和油料农作物, 在已建成的年产500吨实验装置和已取得的“高酸质废弃动植物油生产生物柴油工艺”的发明专利, 现已进入公布阶段, 基础上建成年产1万吨的中试规模, 为实现产业化奠定技术基础。

酶促餐饮业废油脂转酯生产生物柴油

项目简介:该项目在工艺技术上的突破主要表现在以下几个方面:筛选到较廉价、能高效催化餐饮业废油脂转酯反应的酶制剂;大大提高了酶的催化效率和操作稳定性;以高游离脂肪酸含量的餐饮业废油脂为原料时, 在反应体系中加入一些缓冲物质, 解除了废油脂中高含量的游离脂肪酸对酶的抑制;通过选择适宜的酰基受体, 既解除了底物抑制等问题, 又提高了副产物的附加值;设计了适宜的酶反应器。该项目废油脂的转化率接近100%, 酶在反应器中循环使用30天, 未发现明显失活。

古杉生物柴油开发

项目简介:该项目是采用醇解、酯化一步法从废料中回收脂肪酸的技术来生产的。主要技术特点有:原料经连续真空脱水, 使含水率降至千分之二以下;该项目采用醇解、酯化一步法生产技术, 将碱性催化剂条件下酯交换, 和酸性催化剂条件下的酯化交换, 同时甲酯化;一体的结构, 有利于随时除去反应过程中所生成的水, 使反应彻底, 转化效率高, 并且可回收提纯未参加反应的过量甲醇, 大大降低了成本;整个生产过程分为预处理阶段和酯化阶段;原料收集方便, 回收量足够实现年产10万吨的生物柴油;催化剂采用无机酸和有机酸的复配, 复合的催化剂系统, 不但可使脂肪酸转化成甲酯, 也可使中性油醇解成甲酯, 使产品得率高。

生物柴油合成技术

项目简介:该项目开展了酶法催化脂肪酸酯化反应生产生物柴油的研究、生物柴油产物分离提取工艺的研究;建立了目前国内外最大的、年产200吨的生物柴油中试生产装置, 该反应器具有操作压力小, 固定化酶利用率高等优点, 对于植物油及废油等原料生产生物柴油转化率均可达到95%以上, 精制收率达到85%。粗产品经过分离精制后各项指标完全符合德国生物柴油生产标准, 达到0号柴油标准。

该工艺制造生物柴油的生产成本远远低于化学法, 利用废油脂生产生物柴油的成本约为2700元/吨。

制备生物柴油工业化技术

项目简介:该技术可使用各种不同酸价的油脂为原料, 在常压下反应, 反应转化率可达96%, 油脂利用率达100%;该技术工艺流程简单, 设备投资省, 生产成本低。

该技术是国家科技部十五科技攻关计划项目“利用废动植物油生产生物柴油关键技术在工业化生产中的应用示范”, 先后在福建、浙江等地的诸多大公司建立万吨级的生物柴油生产基地, 创造了巨大的经济效益和社会效益。

单体酸为主料合成生物柴油法

项目简介:与普通柴油相比, 生物柴油更有利于环保, 使柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10, 颗粒物为20%, CO2和CO排放量仅为10%。该发明采用耐高温大孔苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂为催化剂, 其最高使用温度可达180℃, 且具有腐蚀性低、无毒等优点, 大大降低了对生产设备的使用要求, 同时免除了以浓硫酸为催化剂时所需的洗涤、干燥等后续处理过程;采用反应精馏的生产工艺能充分利用反应过程过量甲醇气体及水蒸汽所夹带的热量, 大大减少了废甲醇提纯时的能耗。该产品的十六烷值大于47, 闪点大于110℃, 对铜的腐蚀效能1级, 运动黏度, 40℃, 2.0～5.0mm2/s, 酸值小于1mgKOH/g, 冷滤点小于10℃。

固体酸催化剂制备生物柴油技术

项目简介:该成果以废弃油下脚料为原料, 采用自行研制的固体酸复合催化剂制备生物柴油, 实现了“一步酯化工艺”。产品容易分离, 减去了水洗工艺, 使生物柴油的生产工艺流程大为缩短, 其固体酸复合催化剂具有和硫酸催化剂相同的催化效果, 而又避免了使用硫酸催化剂的工艺中所产生的难以处理的有机废水的问题, 实现了清洁化生产。

该技术经查新表明国内尚未见报导, 用该固体酸催化剂制备的生物柴油各项性能指标均能达到参照国外生物柴油标准制定的企标Q/WXY002-2006规定的指标要求, 经用户使用结果表明其排烟量少, 成本比使用柴油低, 有很好经济和社会效益。

篇3：替代石油的新能源

美国经济学家罗塞尔·罗伯茨的答案是，永远用不完。因为当石油越来越少，价格上升过高时，人们就不会用石油，转而开发和使用廉价的替代品燃料。只要石油价格上升到足够高，一定会有替代品出现，剩下的石油由于开发成本太高，无人开发，石油自然不会用完。

人类可以找到替换石油的能源有很多，如生物燃料、核能、风能、太阳能、水能、潮汐能、氢能等等。那么，哪些是石油的理想替代品?

生物燃料：未成气候已遭阻击

生物燃料是指通过生物资源，如玉米、甘蔗和大豆等生产的燃料，如乙醇(酒精)和生物柴油，可以替代石油能源，是再生能源开发利用的重要方向。生物乙醇是从植物中获取的糖经过发酵得到的，多以淀粉类植物为原料，在美国，普遍以玉米作为原料：在巴西，则是以甘蔗作为原料，木薯作为生物乙醇原料的情形也比较普遍。生物柴油是植物油与醇类(通常是甲醇)进行酯化反应得到的，如油菜籽、向日葵、红花、芥菜、棉籽、棕榈籽、椰子及大豆，还可以牛肉、猪肉或家禽的脂肪，甚至以饭店回收的油脂为原料。

巴西是世界上唯一不使用纯汽油的国家。早在20世纪70年代的石油危机后，巴西就规定在汽油中搀加酒精，比例高达25％。2003年，巴西福特汽车分公司推出了首辆汽油、酒精双燃料汽车，该种车在油箱内设计了“灵活燃料探测程序”，既可单独使用汽油或酒精，也可使用任意比例的汽油和酒精混合燃料。对注入油箱的燃料进行辨别，并将信息传送到汽车发动系统，随后自动点火发动和驱动。

2005年，巴西乙醇价格平均为汽油的53％，使消费者大大节省了开支。巴西2006年双燃料车在新车市场的占有率达到70％。2005年巴西甘蔗能源在全国所产2.186亿吨石油当量能源中占了13.9％。目前，生物能源已成为巴西第三大能源。估计到2010年，正在建设中的100多个甘蔗乙醇蒸馏厂将有一半投产，届时生物能源将超过水能和电能跃升为巴西的第二大能源。

2003年欧盟委员会通过的两项生物燃料指令推动了欧盟发展乙醇燃料和生物柴油生产。2004年欧盟生产了5.26亿升乙醇和22亿升生物柴油。指令要求到2010年车用燃料部分使用可再生燃料要达到5.75％。含有生物乙醇或生物柴油的燃料，可免征燃油税。

美国也不甘人后。2005年年初，布什总统在国情咨文中要求在10年内将美国的石油消耗减少20％。其中一个途径就是用生物燃料等可再生能源，替代汽车所耗15％的石油消费量，同时通过提高燃油使用效率来减少另外5％的石油消耗。20％的节油量，相当于美国目前从中东地区进口石油量的75％。美国希望到2017年前，把乙醇和其他可再生车用燃料的产量提高近5倍，达到每年1324.75亿升，相当于美国2005年乙醇燃料产量的近9倍。

而且，2007年生物柴油的问世也让人们看到了生物燃料替代石油的曙光。巴西石油公司开发出一种在柴油中加入10％植物油的新型混合燃料H—Bio。这种新燃料是在原油提炼过程中往柴油中添加植物油，确保成品燃料中的硫磺含量大幅度降低。因此，H-Bio不仅价格比常规柴油便宜，而且较少污染。

但是，生物燃料的大部分要素还是石油，所以这并非是一种完全的替代，只是一种权宜之计。而生物燃料的另一些缺点是与人争夺粮食和增加温室效应，这也让生物燃料欲罢不能。

世界银行已经明确指出，要把一部休闲旅游车的油箱加满，所需要消耗的谷物，足以供应一个人吃一整年。美国世界观察研究所创办者和前任所长、地球政策研究所现任所长莱斯特·R·布朗的看法相似。用酒精加满一个多功能运动车25加仑油箱所需要的粮食足够一个人吃一年；反过来说，假设这部车每两个星期要加一次油，一年下来所耗费的粮食可以养活26个人。显然，生物燃料不仅无法担当起能源革命的重任，反而可能造成更大的危机。

在此情况下，尽管巴西和美国仍对生物燃料雄心勃勃，但欧盟已经在退缩。

氢燃料：一匹能源黑马?

氢燃料电池可以作为汽车的动力能源。中国上海已经产出了氢燃料汽车，它和一般汽车不同的是，它没有传统的汽油发动机，取代的是分布着密密麻麻电线的氢燃料电池发动机。同时它也没有油箱，替代油箱的是3个氢气罐，它的唯一排放物就是没有污染的水，而且是可以喝的水。

上海开发的氢燃料汽车的功率是50千瓦左右，但速度能够达到每小时150千米，由于加装了锂离子电池和控制系统，其性能已经和汽油车基本相同。

氢燃料的优点在于，它比汽油还安全。对氢罐进行过拖拉实验、坠落实验、枪击实验、爆破实验、火焰实验等，结果表明，氢罐是安全的。而且氢气和汽油燃料泄露并燃烧的对比实验表明，如果漏油，传统汽油车被烧掉，但氢燃料车顶多是尾部有点烧焦，整个车是安全的。

从成本看，氢燃料车的价格不会超过13万元(7万元的轿车加上5万元的发动机)。氢燃料电池汽车行驶100千米只需要20元左右的氢气，相比普通车辆的汽油成本节省60％。因此，如果使用氢燃料电池汽车，是既节能又环保，更经济。

不过，氢燃料车也存在社会成本问题，比如加氢站的成本。现有的国外进口设备(主要是储氢罐、压缩机和加气机)组建的加氢站成本高达1200多万元人民币，但国产化后估计成本将降30％或40％。但即使这样，一个加氢站也得要720万元人民币。而且，要将加氢站的数量和密度增加到和现在汽油加油站一样的程度，会是一个鸡生蛋，蛋生鸡的问题。除非路上有足够量的氢燃料车在跑，否则加氢站无法营运；但除非有足够的加氢站，一般车主不会考虑购买氢燃料车。

最后是标准问题。现在用氢做动力的汽车还上不了路，不是技术不过关，而是因为缺乏相关的标准和政策。例如，上海第一个加氢站建成半年后还没有通过验收，按照目前的规定，加氢站距离100米内不得有重要建筑。而相关专家认为，加氢站和周边重要建筑的距离缩短为50米就可以。

专家认为，在风能、太阳能、核能、煤变油、生物燃料以及其他各种替代能源中，最有希望应该是氢，它才可能成为新的“源头”。美国国家科学院研究报告显示，未来50年内，氢能有望基本上取代汽油。但是，氢取代汽油需要人们观念的转变、相关的管理措施，同时还要给机械、汽车等行业以更新换代的充裕时间。

太阳能：取之不尽但技术高难

太阳能是地球人类取之不尽用之不竭的能源，但是，如何把太阳能转化为人类可利用的电能、热能还存在许多技术上的难题。

仅以便携式供能，例如汽车供能为例，太阳能汽车至今也难以突破高难度技术瓶颈。将太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。早在20世纪50年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能，使汽车开动起来。太阳能汽车的心脏部位就是电力系统，它由蓄电池和电能组成。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用。一般情况下，车子在运动时，被转换的太阳光能被直接送到发动机控制系统，但有时提供的能量要大于发动机需求的电力。多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳能不能提供足够的能量来驱动发动机时，蓄电池内的被储存的备用能量就会自动补充。

但是，现在的太阳能光电转换率一般只能达到20％。而美国已研制成光电转换率达35％的高性能太阳能电池，澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池，其光电转换率也达24.2％。即使这样，也难以满足汽车高速行驶所需要的足够动力。其次7～8平方米的太阳能电池板也导致车身过大转动不够灵活，内部空间过于狭小，驾驶不够方便，而且也不够美观。太阳能汽车造价也太高，由于太阳能电池板本身造价昂贵，一辆太阳能电池车的制造成本低则7～8万美元，高则达到上百万美元，难以普及。

澳大利亚2003太阳能汽车比赛上，由荷兰制造的“NunaⅡ”太阳能汽车取得了冠军，它以30小时54分钟的时间跑完了3010千米的路程，创造了太阳能汽车最高时速170千米的新世界记录。2006年江苏新能源博览会上，中国国内首辆太阳能轿车亮相。这辆车可以直接切换电能，行驶速度最高可达每小时88千米。如果加上电能，这辆车晚上能跑220千米，白天可跑290千米。预计，这种太阳能汽车在两年内上市，价格在25万元左右。

但是以太阳能作为完全驱动力的汽车，仍然还处于概念车的阶段，无法实现量产，太阳能汽车真正走进大众生活，还有很多难题需要解决。

当然，太阳能并非只是用来驱动汽车，可以说，它是唯一可以广泛应用的能量，可以为人们提供取暖、炊饮、供热等能源，而且也将会是未来的工业能源。近10年来中国太阳能转换方面最突出的成绩是实现了太阳集热器和热水器技术的产业化。迄今中国已有500多家大中型企业生产平板集热器和真空管热水器，中国的太阳热水器品种主要有真空管型热水器(含热管真空管型)、平板型热水器和闷晒型热水器三大类，市场总保有量达2600万平方米，并以20％年增长率发展。太阳热转换装置的产业化使太阳能技术有可能在建筑节能的领域(热水，采暖，空调)发挥作用。

中国13亿人口，70％生活在农村，太阳能利用尤其适合中国农村。中国有较丰富的太阳能资源，而太阳热转换技术在中国已有20余年的发展历史，在低温热转换技术方面有重要突破。至今在农村已发展了600万亩太阳能温室种植蔬菜，在西北有30万台太阳灶为农户提供炊事能源，已建成750万平方米的被动太阳房，安装了1500万平方米的太阳热水器。太阳能热转换技术在缓解农村能源短缺，保护农村生态环境和提高农民生活质量方面已取得显著成效。同时，这些太阳能转换技术未来对于城市的供暖和炊饮也有潜在的利用价值。

但是，要想广泛利用取之不尽用之不竭的太阳能，人类在技术上还有待突破。

其他可替换能源：路途漫长

人类还有其他可利用的替换石油的能源，如风能、潮汐能等，但是现有的技术、开发资金都非常有限，难以与生物能源、氢能和太阳能相媲美。

美国地球政策研究所所长莱斯特·R·布朗比较看好风能。以美国为例，1991年美国能源部在一份报告中表示，如果能有效地利用德克萨斯州、堪萨斯州和北达科他州的风力资源，那么三个州的风力资源发电量就能满足全美的用电需求。

1991年后，美国研究人员发现，90米高的风力发电设备比过去30米高的风力发电设备能够在低速情况下获得更多且更稳定的电力。新设备产生的电力完全有可能是过去计划总量的3倍。能源部2005年的另一份报告显示，美国还具有丰富的离岸风力资源，因此，今后美国的风力发电不仅有望满足全国供电需求，而且能满足美国全部能源需求。

当然，这只是一种理论上的推测，也许风能比太阳能的利用离人们还遥远得多。

此外，可替换石油的能源中还有另一种被人们忽略了的能源，即可燃冰。据估算，世界上可燃冰总资源量相当于全球已知煤、石油、天然气的2倍，可满足人类千年的能源需求。中国从1999年起对可燃冰进行前瞻性研究，目前已在中国海域内发现大量可燃冰储量，仅在南海北部的可燃冰储量估计相当于中国陆上石油总量的50％左右，在未来10年，中国将投入8亿元进行勘探研究，预计2010～2015年进行试开采，但实现商业开发还有待技术上的突破。

篇4：替代能源生物柴油工艺研究

生物柴油由动物和植物等油脂制得,属可降解再生能源。作为一种有潜力取代传统矿物柴油而使用的环保燃油,生物柴油不但可以有效降低环境污染,还能缓解我国能源危机,更能促进农副产品的综合开发与利用。前人经过大量的研究和长期的使用,发现生物柴油有着某些矿物柴油多不可比拟的优良性能[2]。

国际上,各国都开始转向生产、利用和发展生物柴油能源,并视作一种石油能源替代品加以研究。西方发达国家根据本国能源安全性和环境保护情况,已经对其进行非常深入广泛的研究,并有一大批工业规模的生产装置已经建立,生物柴油的产量和使用范围正不断扩大。欧盟通过替代燃料的立法,对生物柴油的生产者与消费者给予支持和优惠,大大刺激了和促进生物柴油的生产和使用。美国于1992年制定了能源政策法案[3]中明确指出,2010年非石油燃料需占发动机燃料总量的30%,而非石油燃料主要指的就是生物柴油。其他国家在面临石化柴油紧缺的现实情况下,也正积极发展生物柴油相关科研项目。

在国内,政府从2000年开始重视生物柴油的研发工作[4]。尽管我国生物柴油的研究与开发起步较晚,但发展较为迅速,且部分成果已达国际先进水平。2003年4月,生物柴油被国家科技部等政府机构列为“国家重点新产品”。相关高校和科研院所也进行了实验室研究和小型化工业实验,并取得了重大成果[5]。

1 生物柴油的原料来源

在现今工艺进行生物柴油生产的过程中,原料成本占总成本的70%以上[6],已成为决定生物柴油价格的主要因素及企业利润的制约点。因此,廉价原料的采用及转化率的提高进而降低成本很大程度上决定了生物柴油能否实用化。现今生物柴油工艺的原料主要有如下几种:

1.1 动物油脂

动物油脂主要包括牛油、猪油、羊油和鱼油等;欧美和日本已开始转向运用动物油脂生产生物柴油[7],但总体用量不多。

1.2 植物油脂

植物油脂主要包括油菜、大豆、棉花、蓖麻等油料作物,以及油棕、黄连木等油料林木果实。目前各国使用情况各异:欧洲主要用菜籽做原料,美国采用转基因大豆,东南亚国家则主要以棕榈油为主。

未来生物柴油生产原料的开发方向[8]是人类不可食用、工业价值差且高产的植物油,特别是野生植物油;还包括一些不能食用的副产油料。

1.3 微生物油脂

微生物油脂又称单细胞油脂,指的是在一定的条件下,霉菌、酵母、细菌及藻类等微生物利用碳水化合物、碳氢化合物及普通油脂作为碳源,于菌体内产生大量油脂和某些具备商品价值的脂质。目前对酵母、霉菌和藻类的研究比较热。

微生物细胞增殖快、生产周期短、所需原料丰富、价格便宜及不受季节和气候影响,能实现大规模连续生产,进而降低生产成本而倍受关注。伴随着微生物基因工程改造技术的不断提升与发酵成本的下降,将加快微生物油脂规模化生产进程,微生物油脂具有巨大的应用潜力。

1.4 废弃油脂

废弃油脂主要包括地沟油、餐饮废油和煎炸废油等,是我国生物柴油原料主要来源之一。日本也采用餐饮废油来生产生物柴油。

大量采用废油脂生产生物柴油,不仅能够压缩生物柴油原料的成本,同时减少废油脂现存量,更能降低对化石资源的依赖以及环境污染。但不可回避的问题是:废弃食用油脂的回收困难及废弃食用油脂成分极为复杂,由此生产出的生物柴油品质将不能很好地得到保证。

我国以种植业为主,畜牧和养殖业比例小,动物油脂作为主要原料发展生物柴油变得不太可能。然而,即使我国已经成为全球最大的花生、棉籽、油菜籽生产国以及大豆生产第四大国,但油料尚不足以满足国民食用的需求,以农产品为原料大规模生产生物柴油显得不切实际。因此,我国生物柴油原料的供应,短期可采用废食用油和野生植物资源,长期仍然需要大力发展农林资源。

2 生物柴油的生产方法

柴油分子是由约15个碳链组成的烃类化合物。研究发现生物油分子一般含14～18个碳原子,与柴油分子中碳数相近。因此生物柴油是一种用菜籽油、大豆油、棉花籽油、动物油等可再生油脂加工制取的新型燃料。目前制备生物质柴油的方法[8]有直接混合法、微乳液法、热裂解法、酯交换法、生物酶法。

2.1 直接混合法

前人研究表明,将脱乳的大豆油与2号柴油按一定比例混合后直接喷射涡轮发动机上,可制得不出现凝胶和变混现象的混合液,这种混合物燃料的黏度较低,可以用作农用机械的替代燃料[9] 。目前各国通常采用混合比为5%～30%,其性能达到石油柴油的性能。

2.2 微乳液法

微乳液法是利用一些动植物油与低级醇等制成微乳液体系。已有一些学者用不同原料制得不同的微乳液, NEUMA等采用表面活性剂(其主要成分是豆油皂质、十二烷基黄酸钠及脂肪酸乙醇胺)、助表面活性剂(主要成分是乙基、丙基、异戊基醇) 、水、炼制柴油和大豆油为原料,制得的微乳液体系[10] 可替代柴油。

2.3 热裂解法

将动植物油在缺氧加热或部分氧存在时燃烧,控制热解条件,可制得生物柴油,其所得性能与普通柴油性能相接近[11]。

2.4 酯交换法

酯交换法是目前生产生物柴油的主要方法,主要是生物油脂与短链脂肪醇发生酯交换反应,生成较小相对分子质量的脂肪酸酯。酯交换法的反应方程式为:

通过酯交换反应,天然油脂的分子量降低至原来的1/3,粘度降低至原来的1/8～1/10。由于酯交换法在工业中应用最广,下面讨论基于酯交换法的生物柴油生产工艺。

3 生物柴油的生产工艺

根据有无催化剂及催化剂类型,酯交换法可以分为化学催化法、酶催化法和超临界法。相应的工艺研究如下:

3.1 化学催化法工艺

化学催化法就是无机酸或碱的催化作用下进行酯交换反应,其主要工艺流程如图2所示。使用酸催化时必须面对诸如温度高、反应慢、耗能大、收率低和易腐蚀等缺陷,所以碱性催化剂被采用较多。交换反应常用甲醇,这是因为甲醇价格便宜,极性强、碳链短,能快速与脂肪酸甘油酯发生反应,且碱性催化剂更易溶于甲醇[12] 。

化学催化工艺制得生物柴油具有转化率高,反应时间短且低成本的特点,所制得的生物柴油黏度低,使用方便;现已被大规模采用。不足之处在于后续工序需要有甲醇回收装置以收集过量的甲醇,能耗增大,产品分离难且反应副产物和废液处理较难。

3.2 酶催化法工艺

酶催化法是以脂肪酶为催化剂,醇与动植物油脂发生酯交换反应生成脂肪酸酯的过程。酶催化法具有原料适用性广、反应条件温和、醇用量小、产品易于收集和无污染等优点,成为当前的研究热点。其工艺流程如图3。

目前常用的酶催化法有固定化脂肪酶法、液体脂肪酶法、全细胞法[13],它们各具优点。但酶催化法也存在一定的缺陷,如生产成本高,反应效率低,这大大阻碍的酶法工艺在工业生产上的应用。

3.3 超临界法工艺

超临界法是处于超临界状态下的甲醇与动植物的油脂发生酯交换反应生成脂肪酸甲酯的工艺。研究发现[14]在超临界处理过程,甲醇可以在无催化剂情况下与菜籽油发生酯交换反应。在反应压力为20 MPa、温度为300 ℃、甲醇与菜籽油物质的量比为42:1和反应时间控制在15 min的条件下,脂肪酸甲酯收率靠近100%。考虑到降低反应温度, Han Hengwen等[15]以CO2 为共溶剂,在反应压力14.3 MPa、温度280 ℃、甲醇与大豆油摩尔量比为24:1、CO2 与甲醇物质的量比为0.1和反应1 min条件下,脂肪酸甲酯收率可达98%。

相比于传统的酸、碱催化法和酶催化法等技术,超临界酯交换反应不需要催化剂,反应速率快和产物分离简单,具有明显优势;但仍然存在反应温度、压力条件不够温和,对设备较高要求及操作费用高等缺点。

4 结 论

对比生物柴油各种生产工艺,化学催化法由于工艺成熟、费用较低及产品质量稳定,且工艺条件可控性较好而被企业广泛采用。酶催化法虽然具备很多优点,但很多项目也仅仅停留在研究阶段,工业化生产仍有较大技术难度。超临界法的优势主要体现在不需催化剂,但实际生产时存在着工艺不完善等技术性难题。此外,生物柴油生产工艺所存在的共同难点是成本高,而高成本主要由原料导致,建议首先解决原料数量、质量和渠道问题。研究表明我国适合短期采用废食用油和野生植物资源,后逐渐过渡到农林资源的开发。其次考虑解决生产技术难点,如开发新型催化剂以适应不同原料的生产要求,工艺设备的优化等。

篇5：氢能替代石油能源的商业应用分析

关键词:氢能；化石能源；能源替代；能源成本

中图分类号：F407．2 文献标识码：A

Commercial Application Analysis of Fossil Fuels Substitution by Hydrogen

REN Nan-qi JI Jie MA Tao2

(1. School of Municipal and Environment Engineering, Harbin Institute of Technology，Harbin 150090,

China;2. School of Management, Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China)

Abstract: It is a necessary trend for the substitution of fossil fuels by renewable energy such as hydrogen. Commercial application of hydrogen is an important factor during this process. By economical analysis, it is found that the costs of hydrogen and oil decide the commercial application of hydrogen. The course of commercial application of hydrogen falls into three stages. The initial period of each stage is evaluated by analyzing the effect of technology progress to hydrogen cost, commercial application price of hydrogen.

Key words:hydrogen; fossil fuels; energy replacement; energy costs

一、引言

氢能作为一种清洁的可再生能源，具有来源丰富、燃烧值大、安全性好等优点，被称作“未来的绿色能源”^{[ 1]}。而煤炭、石油、天然气等化石能源的不可再生性，不可避免的将在将来某个时刻会枯竭。因而，从能源的可持续发展要求来看，氢能以及其他的可再生能源替代化石能源等不可再生能源是能源系统发展的一种必然。氢能的商业化应用是氢能替代化石的第一步，氢能源成本与石油成本之间的相对关系氢能源市场化应用的主要决定因素，因此我们就从相对成本入手研究氢能源替代化石能源的商业化应用过程。

二、氢能替代化石能源商业应用的经济分析^{[ 2]}

煤炭、石油、天然气等化石能源，由于储量有限，不可再生，因此这些能源的使用是有一定年限的，它们的储量会随着使用年限的增加而减少，直至零。化石能源的资源储量随时间变化的理论曲线如图1。如果以氢能来替代化石能源，化石能源在经过消耗速度降低后最终会维持在一个水平上，而不会立即耗尽。氢能替代化石能源后，化石能源资源量随时间变化曲线如图2。

一般意义上来讲，氢能能否替代化石能源是由这两种能源的成本决定的。由于化石能源具有稀缺性，从供需分析，随着其储量的减少，化石能源的成本会上升，而随着氢能源的生产、使用、运输等成本的下降，在将来某个时刻t，氢能的成本将等于化石能源的成本，在氢能成本与化石能源成本相等时，氢能将开始进入市场，进入商业化应用阶段。并且由于化石能源的使用会对环境造成危害，在化石能源稀缺性和对环境负作用的双重影响下，氢能源逐步替代化石能源成为可能。氢能源与化石能源成本变化曲线如图3。

三、氢能对石油能源替代商业应用的过程分析

（一）氢能替代石油商业应用过程分析

目前在各种制氢技术和工艺中，首先利用天然气制取氢气工艺的成本最低，其次是利用煤炭气化法和生物质气化制氢法、水电解法，最后是利用可再生资源发电电解制氢法、核能发电制氢和利用生物质发酵制氢的方法^{[ 3]}。根据目前氢能的生产技术水平以及生产成本，并考虑氢能系统的可持续发展，可以将氢能商业化应用替代石油过程分为三个阶段（如图4）：

1．A-B阶段：以天然气制氢法生产的氢气替代石油。因为氢能替代的初期阶段，氢能的需求量不大，运用单一成熟的制氢方法即可满足需求。并且由于天然气制氢的成本目前在各种制氢技术中是最低的，随着石油成本的上升，由天然气制氢法制取的氢气的成本将与石油成本相当，所以利用天然气制氢法制得的氢会最早进入市场，开始商业化应用。

2．B-C阶段：随着技术水平的不断提高，水电解制氢（电网电）、煤炭制氢法、核能制氢法的成本降低，由这些技术所获得的氢能将逐渐可以商业化应用。并且，氢气的需求量在这一阶段会增加，因而这一阶段采用天然气制氢法和这几种制氢方法制氢替代石油；水电解制氢（电网电）方法、设备简单，制氢速率快，是小规模、分散型的制氢方法，同集中的、大规模的制氢方法联合、灵活使用，可以很快地补充加氢站氢气的不足。水电解制氢方法（电网电）是一种无污染、可再生的制氢方法。水电解制氢（电网电）的商业化应用标志着清洁的、无污染的、可再生的制氢方法开始进入在氢能替代石油的进程。

3．C-D阶段：在以可再生资源为能源的制氢技术进步、成本下降之后，利用可再生能源制氢技术将商业化，开始进入市场替代石油资源，直至石油被氢能完全取代。而在这一阶段，利用可再生能源制氢的方法也逐渐的替代利用天然气、核能、煤炭等制氢方法。用可再生资源完全替代不可再生资源，不仅可以满足经济发展对于能源的需求增长的要求，还真正达到了能源利用的可持续发展。

（二）氢能替代石油商业应用的成分变化分析

1. 石油价格数据。石油价格数据选用大庆油田每年1月第一个星期的原油价格统计数据（1990-2007年），如表1所示。

2. 氢能价格数据。氢能价格数据取文献［3］中调查的氢能价格数据。用甲烷制氢法、水电解制氢法（电网电）、光伏发电电解水制氢法作为区分氢能商业化应用替代石油的不同阶段开始的代表性方法，其成本与石油成本相等时的时间设定为这种制氢技术的入市时间。由于甲烷制氢法非常的成熟，可作为氢能替代石油初期制氢技术，此处不考虑由于技术进步、原料价格波动等引起的氢气价格变动，取常值11．22$/GJ。水电解制氢法作为氢气需求增加后的补充制氢方法，取最高价格24．5$/GJ（2000年），并假设因技术进步引起氢气价格每年下降2%。以光伏法发电电解水制氢作为可再生制氢法的代表，成本的最高价格41．8$/GJ（2000年），并假设因技术进步引起氢气价格每年下降2%。

（三）氢能替代石油资源商业应用的开始时间分析

由于每加仑汽油和每千克氢气所产生的热值相当，所以将每加仑的汽油价格和每千克氢气价格比较，用价格代替成本来分析氢能替代石油过程。由1990年到2007年的石油价格利用二次多项式拟合得其趋势线，曲线方程为y = 0．0078x2 - 31．086x + 31020，R2=0．8447。将趋势线向前推20个单位得到石油价格从2008年到2030年的趋势图。投资大师罗杰斯（Jim Rogers）预测^{[ 4]}，石油价格在2009年或2013年迟早会突破100美元，甚至达到150美元，可以看出运用二次多项式拟合得到的石油近期符合罗杰斯的预测，可以将二次多项式拟合的结果作为石油成本变化趋势与氢气成本变化相比较。将石油价格与氢气价格变化曲线绘图得图5。

（四）氢能替代石油资源商业应用的开始时间分析结果

1. 仅考虑由于石油资源的稀缺性、垄断性造成石油价格上涨的情况下，而不考虑技术进步对于甲烷制氢成本的影响，在2008年时，甲烷制氢的成本（价格）将等于石油的成本（价格），氢气可以开始作为石油能源的替代品，进入能源市场。

2. 在利用电解水（电网电）在成本每年下降2%的情况下，在2013年，其成本将等于石油成本。此时石油的预测价格约为121美元/桶，电解水制氢（电网电）氢气的商业化价格约为2．8$/kg。电解水制氢由于产氢效率低，其成本较高。但是电解水制氢产氢速率快，清洁、不产生二次污染，所以如果这种制氢方法有新的技术突破，并且电的价格降低后，电解水制氢（电网电）在制氢工业中的应用将更加的广泛。

3. 利用太阳能光伏法发电制氢，在其成本每年下降2%的情况下，在2018年时，其成本将等于石油成本。作为利用可再生资源制氢的方法中，目前制氢成本最高的是光伏法发电制氢，如技术进步所引起的成本下降能达到每年2%，那么在2020年左右，可再生能源制氢就可以作为能源的供给进入氢能源市场，替代石油。此时笔者所预测的石油价格约为170美元/桶，太阳能光伏法发电制氢的氢气商业化价格约为4$/kg。

综上可以得到氢能源替代化石能源的三个阶段将分别开始与2008年、2013年和2018年左右。

（五） 氢能完全替代石油资源商业应用的讨论

1. 据估计，在2015年时氢燃料汽车将会市场化^{[ 5]}，因为此时氢燃料汽车的成本与现在相比较有所下降，而此时氢能的价格将低于石油的成本，所以能够进一步促进氢燃料汽车的发展。

2. 当原油价格达到某一水平，原油在消费结构中的份额降到零，此时的原油价格称为石油回止价格。石油回止价格还与替代原油的能源技术有关。替代能源的技术水平和石油的价格决定着替代能源完全替代石油的进程和时间。由于无法预测氢能源经济所涉及的技术发展、进步的时间进程，并且目前国际上对于石油的回止价格也没有一个定论，因而在仅考虑氢能替代石油能源的情况下，目前对于石油何时可以完全由氢能替代退出市场的时间还不能做出结论。

3. 氢气的成本仅考虑了其生产成本，而没有考虑氢气的运输、储藏、使用成本，当考虑氢能使用的成本后，氢气的成本曲线将会上升，其替代石油资源的商业应用时间也会推迟。因而，如果要早日实现氢能替代化石能源，不仅要改进氢气的生产技术，还要提高氢能的使用技术，更重要的是逐渐建立完善的氢能市场，保证市场对于氢气的需求。

4. 氢能源能否替代化石能源的进程不仅与它们的成本有关，还与能源政策以及人们的社会环境意识有关。当能源政策以及社会环境意识对于氢能源替代化石能源有利时，氢能源的边际成本会降低，可以促进氢能源更早的进入市场，替代化石能源。因此氢能源要替代化石能源，不仅要发展氢能技术，还需要政策的扶持以及对人们进行环境保护意识教育，让人们接受氢能源，推广氢能源的使用。

参考文献：

［1］ 刘江华. 氢能源——未来的绿色能源［J］．现代化工 , 2006（10）.

［2］ 马驰. 能源替代性经济分析［J］．商业研究, 2004（22）.

［3］ C.E.G. Padró, V. Putsche. Survey of the Economics of Hydrogen Technologies［M］．NREL, 1999:2-9.

［4］ 投资大师罗杰斯再出惊人语：今年油价必破100［EB/OL］．http://news.xinhuanet.com/fortune/2007-01/19/content_5624218.htm.

［5］ Patterson, P., et al. Joint DOE/NRCAN Study of North American Transportation Energy Futures: Discussion of the Study, Presentation of Phase 2 Results (May 2003)［R］．presented to U.S. Department of Energy, Washington, D.C., 2003, April 17.