有哪些未開發(fā)能源可代替石油（全世界）

【專家解說】：據(jù)報(bào)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(yīng)。目前各國都在全力發(fā)展新技術(shù)煉油以減少對石油的依賴。用纖維質(zhì)植物制成的生物燃料成為在技術(shù)上已有突破，有可能短期內(nèi)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(shù)已經(jīng)相對成熟，生產(chǎn)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(jī)，其中的理由不言自明。 “第二代”生物燃料由含纖維質(zhì)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(xué)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(chǎn)量大并且對食品生產(chǎn)毫無威脅。美國農(nóng)業(yè)部和能源部的一份研究表明， 在不影響糧食供應(yīng)、糧食出口以及動物飼料生產(chǎn)的情況下，美國每年能生產(chǎn)至少13億噸干纖維質(zhì)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(xué)家們在第二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)上取得了許多重要進(jìn)展。如最近發(fā)明的定量化學(xué)計(jì)算方法讓化學(xué)家能夠?qū)⑸锝o料的化學(xué)反應(yīng)控制在原子級。盡管該領(lǐng)域才剛剛起步，但是許多實(shí)驗(yàn)工廠都已經(jīng)開始運(yùn)行，而且首個商業(yè)規(guī)模的精煉廠計(jì)劃將于2011年問世。科學(xué)家預(yù)計(jì)，“Grassoline”的時代即將到來。 能源枷鎖 第二代生物能源技術(shù)發(fā)展為何舉步維艱？科學(xué)家開玩笑地將大自然說成是“罪魁禍?zhǔn)住?。因?yàn)殡S著生物的進(jìn)化，大自然巧妙地設(shè)計(jì)出令科學(xué)家十分頭疼的細(xì)胞膜來保護(hù)植物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜由相互聯(lián)系的韌性極佳的分子構(gòu)成。因此，要想釋放細(xì)胞內(nèi)所含能量，科學(xué)家們首先得解開這道能源枷鎖——由自然進(jìn)化創(chuàng)造出的“分子結(jié)”。 總的來說，生產(chǎn)生物燃料的第一步是將結(jié)實(shí)的生物給料“解構(gòu)”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(gòu)方法按溫度分級，用需要溫度較低的(50℃至200℃)方法生產(chǎn)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(gòu)(300℃至600℃)可以用來生產(chǎn)生物質(zhì)原油。生物質(zhì)原油最終可被精煉成石油或柴油。而需要溫度極高的解構(gòu)(700℃以上)則被用來生產(chǎn)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(jì)、有效地將生物給料中所含的能量轉(zhuǎn)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(jìn)一步證實(shí)，則需要不斷的實(shí)踐。 二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)之一 高溫合成氣 截止目前，高溫合成氣方法在技術(shù)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(fèi)——托合成法”(FTS)被轉(zhuǎn)化成柴油、汽油或者乙醇。該方法由德國科學(xué)家在20世紀(jì)20年代發(fā)明。 生產(chǎn)合成氣的第一步是氣化?？茖W(xué)家將生物給料放入反應(yīng)器中，并將反應(yīng)器加熱到700℃以上。氣化的生物給料與水蒸氣、氧氣混合，產(chǎn)生含有一氧化碳、氫氣、焦油的混合氣體。隨后，科學(xué)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(qiáng)。經(jīng)過壓縮的合成氣接著流過經(jīng)特別設(shè)計(jì)的催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)。 雖然技術(shù)原理很容易理解，但反應(yīng)器卻造價昂貴?？ㄋ?006年修建的一座FTS工廠共花費(fèi)16億美元，每天能生產(chǎn)3.4萬桶液態(tài)燃料。有人計(jì)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(nèi)賺回成本。巨大的經(jīng)濟(jì)上的挑戰(zhàn)讓科學(xué)家將技術(shù)的重點(diǎn)放在了降低成本上。 二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)之二 生物質(zhì)原油 幾億年來的地底壓力及熱量將寒武紀(jì)的浮游動物以及水藻轉(zhuǎn)化成了今天的油田。科學(xué)家們用相似的原理在極短的時間內(nèi)也能將纖維質(zhì)生物給料轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)原油。精煉廠內(nèi)，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(zhì)原油，并產(chǎn)生一定量的混氣體。用這種方法生產(chǎn)的生物質(zhì)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(chǎn)原油，降低生物給料的運(yùn)輸成本。然而，用這種方法生產(chǎn)的生物質(zhì)原油有強(qiáng)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(dāng)于汽油能量的一半。不過石油加工廠也能將這種生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)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(shè)施來完成這一任務(wù)。一些工廠已用生物質(zhì)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(zhì)原油的可能性。 有的研究人員則想得更遠(yuǎn)，他們正在試圖發(fā)明一種新型反應(yīng)器，使“生物給料——生物燃料”的兩步轉(zhuǎn)化在同一個反應(yīng)器中進(jìn)行(兩步轉(zhuǎn)化即“生物給料——纖維質(zhì)原油”及“纖維質(zhì)原油——生物燃料”)。有科學(xué)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?yàn)楫?dāng)生物給料被放入反應(yīng)器之后，在一秒鐘之內(nèi)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(jié)合，從而大大提高反應(yīng)效率。當(dāng)附在催化劑表面之后，小分子會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，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(shù)有望在2014年投入商業(yè)生產(chǎn)。 二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)之三 糖類轉(zhuǎn)化 雖然上兩種處理纖維質(zhì)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(guān)注的還是更為傳統(tǒng)的方法：纖維質(zhì)給料——糖類——乙醇以及其他生物燃料?？茖W(xué)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)最常選擇的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿便是氨水(一種強(qiáng)堿)。在氨水處理纖維的過程中，纖維質(zhì)生物給料在加壓的情況下被加熱到100℃。當(dāng)反應(yīng)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(zhuǎn)化成糖類。這一過程轉(zhuǎn)化率很高，大約為90%左右。而且整個過程中因?yàn)闆]有用到水，生產(chǎn)的乙醇純度極高。最近有經(jīng)濟(jì)研究表明，這一方法也能很好地控制生產(chǎn)成本，大約能將成本控制在1美元/加侖左右。