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可持续能源是什么_未来发展情况如何

时间:2020-12-02 15:29:40 类别:化工能源 浏览:562次

  可持续能源是什么

  生物质是再生能源中唯一可以实现气、液、固三相转换的物质。目前,生物质能转化方式主要有固化技术、液化技术、气化技术和生化转化技术。

  生物质固化技术是指在密闭高压或者高温高压同时存在的条件下,将生物质原材料压缩成具有一定形状的高密度成型原料。“炭化成型技术”是最新的生物质固化技术之一,炭化是指在高温下析出蕴含在生物质内部的水分,从而导致生成含碳量不断增加的化合物的过程。有研究表明,利用PID成型控制技术,在对生物质的固化时使用比例积分微分控制技术,可以使温度进行线性变化,成功解决了传统固化技术中存在的生物质转化不完全,能量消费高,工作性能不可靠等问题。


  生物质液化技术是指在低温高压的条件下,将原材料在反应装置内经过较长时间的化学反应形成液体产品的过程。薛庆涛等在汉斯出版社《可持续能源》期刊上的一篇文章中提到,直接液化和间接液化是生物质液化技术的两种主要方式,其中直接液化又分为加压液化和热解液化;间接液化指生物质在外界条件下先经过气化形成气体产物后,再将气体产物合成液体燃料和化工产品的过程。

  生物质气化技术是一种以生产可燃性气体为主要目的的生物质热化学转化技术。近年来,由生物质气化得到合成气,经过物理化学转化为生物质液体燃料或化工产品的技术引起了越来越多的关注。我国的科学工作者采用以空气—水蒸汽作为物料反应的气化剂,然后在流化床中进行气化反应并获取含烃量在90%以上的富烃燃料,这种富烃气体经蒸馏净化和化学调变后用于一步法合成得到0.244kg/kg (二甲醚/生物质)产量的二甲醚。二甲醚是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。

  生物质生化转化技术主要包括生物发酵技术和厌氧消化技术,其中生物发酵的主要产物是乙醇,而厌氧消化的产物为沼气。沼气技术在一定程度上解决了能源利用问题,特别是在中国农村,既能控制污染物的排放,也为废弃物的利用指出了发展方向。但是,目前采用的沼气发酵技术耗水量大,投资成本和运行管理费用较高,而且发酵过程中产生的残渣较多,能源转化效率不高等问题也待急需解决。


  可持续能源的发展情况如何

  文明的变革有赖于人类利用能源方式的变革。一系列工业和农业的革命让地球上更多的人口过上了更好的生活,住所更舒适,食物更丰富,沟通更便捷,旅行更便利。所有这些进步都来源于我们更加先进更加灵活的获取和利用能源的能力。基于清洁能源产生、传输、分配,电能和化学能储存,能源利用效率和能源管理系统的可再生能源的不断进步,以及背后材料科学领域的研究进展是我们这篇文章讨论的主题。

  2012年全球能源消耗量约为16万TWh,大概相当于250亿只马的劳动力。代替这些马为我们提供了85%能源的是产生了大量污染物的化石能源。其中大气中CO2含量已经从工业革命开始前的278ppm增加到现在的高于400ppm。再加上其他温室气体诸如CH4、N2O和氟化物,其浓度已经高于480ppm。这些污染物增量的75%都发生在1950年之后。燃烧化石能源还会产生诸如SOX、NOX、可吸入颗粒物、可挥发有机物、有毒重金属等其他更严重的空气污染物。

  温室气体的排放造成了全球气候的变化。不断增加的极端炎热天气、干旱、汹涌的降雨和随之而来的洪水以及纷扰不断的海洋都在时刻警示着我们。地球生态系统极度复杂,很难预测未来的风险。另外,因为深海巨大的热量惯性,温室气体导致的海洋变暖很难轻易转变。这就意味着,即使我们明天就停止排放,也要几个世纪才能达到新的平衡,才能知晓我们造成的破坏有多大。正是因为如此,迅速减少温室气体排放缓解气候变化风险才是现今最为稳妥的方案,而不是等着更多气候变化证据的出现却无所作为。

  道教创始人老子说“生大材,不遇其时,其势定衰。生平庸,不化其势,其性定弱”,我们又该何去何从?预计2020年全球能源消耗量将达到18.4万TWh,到2040年将达到23.8万TWh。如果我们维持现状,到2040年全球CO2排放量将会比1970年到2015年翻一番。


  在2012年,我们探讨了过渡到可持续未来的机遇和挑战。其中,运输和发电行业这两个行业就几乎占到了温室气体排放总量的一半。另外30%的温室气体和绝大部分的CH4和N2O来自于农业、林业、土地使用、工业过程产生的废弃物,诸如化学物质、建筑残渣、钢铁废材和废热。人为的温室气体排放来源于各种经济生产部门,应对全球气候变化任重道远。

  尽管化石燃料在未来几十年依然会在能源和工业原材料方面扮演重要角色,但我们对图1中各种零排放的构想却从未止步。越来越多的清洁可再生能源和核能用来发电,给工业生产和居民生活供电。材料科学领域的进步正在显著降低这些过程中的碳排放。宽带隙半导体和介电材料的突破使得电能的传输和分配效率更高。储能技术正被广泛地应用于纯电动汽车中,反过来也促进了可再生能源的发展。可再生农业废料也将逐渐取代石油和天然气成为化学工业的新原料。随着我们在清洁能源研发上的持续投入,新的催化剂会更加经济高效的将CO2和H20直接转化为燃料和化学原料。金属有机骨架化合物(MOFs)和其他新型材料可以捕捉发电、建房、制铝、制造塑料和钢铁过程中产生的排放到大气中的碳。如果捕捉的过程不断循环,我们能通过材料科学的进步永久性地分离大气中的碳。



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