H2CAR工艺将满足美国运输业燃料需求氧传感器

H2CAR工艺将满足美国运输业燃料需求 -

据physorg网站2007年4月24日报道，在最近的一次研究中，科学家开发出一种氢和碳混合系统，可生产满足整个美国运输业需求的液体碳氢化合物燃料。利用生物质制造碳、太阳能制造氢，这一工艺过程所需求的土地面积只是其它方式的一小部分。 普渡大学科学家拉基斯.阿格拉瓦尔、纳维尼特.辛格、法比奥.里贝诺和尼古拉斯.德尔迦斯提出的这一新工艺设想主要基于当前或者近未来技术。阿格拉瓦尔称，“现有技术足以实现这一新工艺过程的主体部分。H2CAR工艺同时还能够持续数千年时间。这一工艺过程将产生一种新经济，即‘混合氢碳经济’。”混合氢碳（H2CAR）工艺利用了液体氢碳能源密度的优势，它使用了一种可持续的和对环境无害的方法。尽管燃料本质上是相同的，但是H2CAR工艺制造的燃料却可以很方便地融入现有基础设施，并能避开其它替代能源所面临的运输问题。 在他们发表在《美国科学院院刊》中的论文中，阿格拉瓦尔分析和对比了H2CAR工艺的不同变化。他们发现一个理想方式就是利用生物质提供碳。该工艺的主要动力能源来自于氢。氢主要来自于太阳能或者其它无碳能源，比如核或者风能。阿格拉瓦尔解释到，“传统工艺将生物质作为碳原子来源和能量来源。这导致在转换过程中产生大量二氧化碳。然而H2CAR工艺的关键事实上是我们从生物质中获取碳或者将煤作为碳原子的首要来源，而不是将生物质作为能量来源。这一工艺将生物质中的所有碳保存下来，并转换成液体燃料。” 科学家们对气化和液化过程进行了阐述：在一个传统的生物质过程中，氧气和水蒸汽一同注入一个气化器中，在气化器中通过气化和燃烧，他们会转化成气体产品，主要成分为一氧化碳、二氧化碳和氢气。下一步就是利用费-托工艺将气体转化为液体燃料，这一工艺过程中会产生额外数量的二氧化碳副产品。通常这些大量二氧化碳都是排入大气层中，从而导致生物燃油生产所需要大量的土地。 阿格拉瓦尔说，“H2CAR方法可以解决此类问题。氢气来自于无碳能源，氢气与二氧化碳一道从气体转化为液体，然后一共注入气化器。过量氢气在气化器中存在不仅可以抑制二氧化碳的形成，而且还可以与一些循环二氧化碳发生反应。同样，一氧化碳会与氢气发生反应，在‘气体转化为液体燃料过程中’没有发生反应的气体同样也会再次循环。因此，我们开发的H2CAR工艺不会释放出任何诸如温室气体二氧化碳之类的碳原子。” 一些人对使用生物质能制造燃料所占用的土地面积数量表示担心：在传统方式中，生物质能将占用美国所有土地面积的25%至58%，用于提供满足美国的能源需求。根据目前的增长率设想和气化器效率，科学家们估计H2CAR工艺所需求的土地面积约为15%，未来工艺更趋合理后，占用土地面积将只有6%。非常重要的是，这一设想可避免与种植食品作物产生土地竞争。这一研究紧跟2005“十亿吨生物质能研究”的步伐。据估算目前可获得的生物质数量只能满足美国运输业30%的能源需求。据阿格拉瓦尔估算，因为H2CAR工艺利用氢来弥补生物质，同样数量的生物质可以为美国运输业提供近100%的能源。 阿格拉瓦尔说，“H2CAR工艺与传统工艺相比对土地面积占用量大幅减少的原因是，由太阳能制造氢比生物质种植效率要高得多，通常生物质种植平均能源效率还不足1%。使用H2CAR工艺生产同样数量的液体燃料，土地面积使用量可以减少近三分之一。”正如科学家们所得出的结论所说，H2CAR工艺可以同时解决很多问题。阿格拉瓦尔接着说，“其一是可以消除化学加工系统中的二氧化碳吸收问题。其二是可以通过贮存比目前已知手段更高浓度的无碳氢来解决氢贮存的巨大挑战。其三是生产同样数量的液体燃料只需要约三分之一的生物质和土地面积。” 科学家同时还指出，当与其它诸如充电式混合电力动力汽车之类的技术结合时，H2CAR工艺将体现出更大的价值。液体燃料仅仅只需要为美国运输业提供不到一半的总行驶距离能源需求，这使得剩余生物质能用来为居民和商业提供电力成为可能。科学家指出，按照这一设想，美国甚至可以成为石油输出国。 　　阿格拉瓦尔说，“H2CAR工艺所面临的问题是经济和不可行性。我们目前这一工艺的经济问题展开研究。主要障碍是吸纳资金用于研究，因为气化处理通常是资金密集型的。其它障碍包括减少来自诸如太阳能之类可再生能源的氢价格等等。”阿格拉瓦尔的另外一个研究领域是制造有成本效益的太阳能电池。

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