有哪些未開發(fā)能源可代替石油（全世界）

【專家解說】：據(jù)報道，美國有能力種植大量的二代生物燃料給料，制成的燃料能夠滿足目前美國一半的燃油需求，并且不會影響糧食供應。目前各國都在全力發(fā)展新技術煉油以減少對石油的依賴。用纖維質植物制成的生物燃料成為在技術上已有突破，有可能短期內成為石油的最佳替代品。 第一代VS第二代生物燃料 所有的植物都可以制成生物燃料?！暗谝淮锶剂稀辈捎眉Z食作物為原料，制造技術已經(jīng)相對成熟，生產也已經(jīng)形成了一定商業(yè)規(guī)模。但它卻并不能解燃油危機，其中的理由不言自明。 “第二代”生物燃料由含纖維質的材料制成，人們口頭上稱其為“Grassoline”。第二代生物燃油解決了糧食制油所遇到的問題。Grassoline原材料來源十分廣泛。截止目前，不說科學家已經(jīng)找到了成百上千種，也至少已經(jīng)找到了幾十種合適的材料，如鋸木、建筑殘余、玉米稈、麥稈、牧草等。這些生物材料成本低廉、產量大并且對食品生產毫無威脅。美國農業(yè)部和能源部的一份研究表明， 在不影響糧食供應、糧食出口以及動物飼料生產的情況下，美國每年能生產至少13億噸干纖維質生物給料。如此大量的生物材料每年能制成1000億桶“草制燃油”——大約是美國目前汽油、柴油年消耗總量的一半。 最近科學家們在第二代生物燃料生產技術上取得了許多重要進展。如最近發(fā)明的定量化學計算方法讓化學家能夠將生物給料的化學反應控制在原子級。盡管該領域才剛剛起步，但是許多實驗工廠都已經(jīng)開始運行，而且首個商業(yè)規(guī)模的精煉廠計劃將于2011年問世。科學家預計，“Grassoline”的時代即將到來。 能源枷鎖 第二代生物能源技術發(fā)展為何舉步維艱？科學家開玩笑地將大自然說成是“罪魁禍首”。因為隨著生物的進化，大自然巧妙地設計出令科學家十分頭疼的細胞膜來保護植物的內部結構。細胞膜由相互聯(lián)系的韌性極佳的分子構成。因此，要想釋放細胞內所含能量，科學家們首先得解開這道能源枷鎖——由自然進化創(chuàng)造出的“分子結”。 總的來說，生產生物燃料的第一步是將結實的生物給料“解構”成小分子；第二步才是將小分子精煉成燃油。工程師們一般將不同的解構方法按溫度分級，用需要溫度較低的(50℃至200℃)方法生產可以發(fā)酵成乙醇的糖類。這一方法與目前人們處理玉米或糖類作物的方式基本一致。需要溫度較高的解構(300℃至600℃)可以用來生產生物質原油。生物質原油最終可被精煉成石油或柴油。而需要溫度極高的解構(700℃以上)則被用來生產制造液態(tài)燃料的合成氣。 目前仍然沒有人知道哪種方法能最經(jīng)濟、有效地將生物給料中所含的能量轉化成液態(tài)燃料。也許不同的生物材料需要不同的處理方法，如高溫度處理木材，而較低溫度處理草等。但要想進一步證實，則需要不斷的實踐。 二代生物燃料生產技術之一 高溫合成氣 截止目前，高溫合成氣方法在技術上最為成熟。合成氣是由一氧化碳和氫氣組成的混合氣體，能由任何含碳元素的原料制得。合成氣一般通過“費——托合成法”(FTS)被轉化成柴油、汽油或者乙醇。該方法由德國科學家在20世紀20年代發(fā)明。 生產合成氣的第一步是氣化?？茖W家將生物給料放入反應器中，并將反應器加熱到700℃以上。氣化的生物給料與水蒸氣、氧氣混合，產生含有一氧化碳、氫氣、焦油的混合氣體。隨后，科學家們清理掉其中的焦油并將剩余的氣體壓縮至20至70個大氣壓強。經(jīng)過壓縮的合成氣接著流過經(jīng)特別設計的催化劑，加快化學反應。 雖然技術原理很容易理解，但反應器卻造價昂貴?？ㄋ?006年修建的一座FTS工廠共花費16億美元，每天能生產3.4萬桶液態(tài)燃料。有人計算過，如此規(guī)模的生物燃料廠必須每天消耗5000噸的生物給料才能在15至30年內賺回成本。巨大的經(jīng)濟上的挑戰(zhàn)讓科學家將技術的重點放在了降低成本上。 二代生物燃料生產技術之二 生物質原油 幾億年來的地底壓力及熱量將寒武紀的浮游動物以及水藻轉化成了今天的油田?？茖W家們用相似的原理在極短的時間內也能將纖維質生物給料轉化成生物質原油。精煉廠內，生物給料在無氧的環(huán)境下被加熱至300℃至600℃。熱量將生物給料分解成類似木炭的生物質原油，并產生一定量的混氣體。用這種方法生產的生物質原油是目前市上最便宜的，大約為0.5美元/加侖。 較小的工廠也可利用這一方法生產原油，降低生物給料的運輸成本。然而，用這種方法生產的生物質原油有強酸性，不能與現(xiàn)在的汽油燃料相溶，同時能量也較低，僅相當于汽油能量的一半。不過石油加工廠也能將這種生物質燃料轉化成可用的燃油，而且已經(jīng)有許多工廠正在研究如何用現(xiàn)有的硬件設施來完成這一任務。一些工廠已用生物質原油制造出了清潔、綠色的柴油，從而證明了精煉廠處理纖維質原油的可能性。 有的研究人員則想得更遠，他們正在試圖發(fā)明一種新型反應器，使“生物給料——生物燃料”的兩步轉化在同一個反應器中進行(兩步轉化即“生物給料——纖維質原油”及“纖維質原油——生物燃料”)。有科學家已經(jīng)發(fā)明了一種名為“快速接觸高溫分解”的方法。之所以稱其為快速是因為當生物給料被放入反應器之后，在一秒鐘之內便被加熱到500度以上的高溫，從而將生物給料中的大分子分解成小分子。這些小分子體積適中，正好可以與催化劑的表面完美結合，從而大大提高反應效率。當附在催化劑表面之后，小分子會發(fā)生一系列的化學反應，最終變成價值極高的辛烷。整個過程僅僅只持續(xù)10秒鐘。該技術有望在2014年投入商業(yè)生產。 二代生物燃料生產技術之三 糖類轉化 雖然上兩種處理纖維質給料的方法科技含量及效率更高，但目前為止，最受公眾及投資商關注的還是更為傳統(tǒng)的方法：纖維質給料——糖類——乙醇以及其他生物燃料?？茖W家已經(jīng)研究出了多種能夠分解纖維素或半纖維素的方法，如加熱、伽馬射線照射、高溫蒸汽處理、濃酸或濃堿浸泡、微生物降解等等。 這些方法中最有前途的是使用濃酸或濃堿浸泡以及高溫處理。其中實驗室內最常選擇的強酸或強堿便是氨水(一種強堿)。在氨水處理纖維的過程中，纖維質生物給料在加壓的情況下被加熱到100℃。當反應器降壓，氨水氣化之后，纖維素和半纖維素在酶的作用下被轉化成糖類。這一過程轉化率很高，大約為90%左右。而且整個過程中因為沒有用到水，生產的乙醇純度極高。最近有經(jīng)濟研究表明，這一方法也能很好地控制生產成本，大約能將成本控制在1美元/加侖左右。