传统能源的替代

环保型燃烧性能源：传统能源的替代

●据我所知，传统的油气资源至多将在100年内耗尽，到时候能否找到可代替的能源？

〇确实。不过也不要太杞人忧天。油气资源的替代能源，目前人类已经发现了曙光。这就是“可燃冰”，它极有可能成为我们未来主要的新能源。“可燃冰”，是一种被称为天然气水合物的新型是在低温、高压条件下，由碳氢化水分子组成的冰态固体物质。其密度高，杂质少，燃烧后几乎无污层厚，规模大，分布广，资源丰富。，全球可燃冰的储量是现有石油、储量的两倍。在上世纪日本、苏矿物，合物与能量染，矿据估计天然气联、美国均已发现大面积的可燃冰分布区。我国也在南海和东海发现了可燃冰。据测算，仅我国南海的可燃冰资源量就达700亿吨油当量，约相当于我国目前陆上油气资源量总数的1／2。在世界油气资源逐渐枯竭的情况下，可燃冰的发现又为人类带来新的希望。

图11-2　可燃冰

●既然“可燃冰”具有如此大的储量，我国也发现了这种能源，为什么我们还不进行这方面的开采？

〇当然有其原因。目前的科学技术，还没有达到对“可燃冰”进行商业开采的程度。天然“可燃冰”呈固态，不会像石油开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出，在从海底到海面的运送过程中甲烷就会挥发殆尽。和石油、天然气相比，它不易开采和运输，世界上至今还没有完美的开采方案。

另一方面，当前对“可燃冰”未进行商业开采还有对环境保护的忧虑。如果在开采或运输过程中过多的甲烷排放也会影响全球的气候变化。还有，“可燃冰”经常作为沉积物的胶结物存在，它对沉积物的强度起着关键的作用。“可燃冰”的形成和分解能够影响沉积物的强度，进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。

科技水平和环境保护两方面因素阻碍了当前对这种资源的开采，因此，“可燃冰”的商业利用必须以技术创新达到极致并且确保全面安全为前提。目前，我国在“可燃冰”的调查和开发研究方面已经取得较大的成果。2007年5月，广州海洋地质调查局在南海成功获得可燃冰，使我国成为继美国、日本、印度之后第4个开采到可燃冰的国家。2009年初，研究可燃冰矿藏项目被国家批准立项并启动。随后，我国首艘自主研制的“可燃冰”综合调查船“海洋六号”试航成功，并已交付广州海洋地质调查局。尽管难题摆在面前，但是对于能源的渴望，使得多个国家都对可燃冰的开发投入了巨大的研究力量。目前国内对于可燃冰的勘探开发的专项资金约有8个亿。2009年10月28日下午，国土资源部中国地质调查局召开“可燃冰”记者通气会。中国地质调查局副局长张洪涛表示，当务之急是评估研究“可燃冰”开发利用的安全性、环保性，在确保环境安全的前提下尽早开发利用，呼吁国家有关方面支持，计划再花10年时间制定相关规划、开展资源普查和开发研究。由此，我们可以想像我国将来“可燃冰”的开发研究一定会得到更大的进展，“可燃冰”这种能源的使用在未来一定会实现！

图11-3　我国自主设计、建造的可燃冰综合调查船“海洋六号”

●您是说，“可燃冰”极有可能会是下一代油气资源的替代能源。那我们现在是否有已经用上的新能源呢？我的意思是，已经进行商业性开发的新能源。

〇回答当然是肯定的。目前，生物质能、核能就已经进入了实际开发阶段。

●核能，我们早已不陌生；但“生物质能”，我还是第一次听说。那，什么是生物质能呢？

〇生物质能，是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源。例如，通过燃烧秸秆、焚烧垃圾利用热能发电；通过酶法生物制取“燃料乙醇”、“生物柴油”、“沼气”；利用地沟油和煎炸油为原料提取“生物柴油”；等等。这些，都是提取生物质能的方法。

●燃料乙醇、沼气，这两种我已经听说过了。记得有一次，我乘坐出租车和司机聊天时就知道了燃料乙醇，当时司机就说这种燃料比汽油要便宜。至于沼气，我在一位农村同志家里就看见过，是用一个大池子装满猪粪、烂菜叶之类，让其发酵产生可燃烧的沼气。她还告诉我这种能源对于农村家庭来说挺方便的，只是夏天产生的沼气比较多，而冬天就比较少了！这就是我对这两种生物质能的了解。“生物柴油”倒是第一次听到，估计也就是利用动植物的油脂来生产内燃机的燃料吧？

〇不错。你所理解的燃料乙醇、沼气确是生物质能，可以说已经被应用到生产、生活中去了。沼气利用的关键，就是要如何提高沼气生产率的问题。我国的燃料乙醇工业已经起步，但主要以粮食为原料。国际上燃料乙醇目前已开始从以玉米、甘蔗为原料的第一代向纤维素乙醇转移，这也是我国燃料乙醇将来的发展趋势。至于“生物柴油”，你的理解也没什么大问题。确切地说，生物柴油又称为生质柴油，是用未加工过的或者使用过的植物油以及动物脂肪通过不同的化学反应制备出来的一种被认为是环保的生质燃料。这种生质燃料可以像柴油一样使用。生物柴油最普遍的制备方法是酯交换反应。由植物油和脂肪中占主要成分的甘油三酯与醇（一般是甲醇）在催化剂存在下反应，生成脂肪酸酯。脂肪酸酯的物理和化学性质与柴油非常相近甚至更好，生物柴油一般不是直接作为燃料使用，而是与普通柴油混合使用，一个公认的经验值是调和20%的生物柴油。

生物柴油在环保方面有很大的优势，一方面，生物柴油几乎没有含硫化物，排放的废气自然也没有硫化物。研究显示，如果用20%生物柴油的比例混合，柴油引擎微粒排放会降低12%，碳氢化合物排放会降低20%，一氧化碳的排放会降低12%；另一方面，生物柴油的运输也比普通柴油安全。由此可以看出，生物质能在我国将会有很大的发展，将来在我国的能源结构中也会占有一定的比例。

●我明白了。但核能怎么能算新能源呢？我国第一座核电站——秦山核电站于1991年12月15日就已成功并网发电，这是众所周知的。

〇此“核能”非彼“核能”，现在的核电站都是采用核裂变的方式获得能源，即把大的铀原子分裂成两个较小的原子，并在这一过程中释放能量，这些能量再通过一个涡轮机变成电能。而我们现在谈到的“新核能”，则是采用核聚变反应堆来产生能量，从本质上讲不可能发生泄漏。所以，国际热核实验反应堆和下一代聚变反应堆不会像切尔诺贝利核电站那样发生重大事故。国际热核实验反应堆巨大的磁环，其实是在八百多立方米的空间里只装几克燃料（氘和氚）。只有这种等离子气体达到相当高的温度时才会发生聚变反应。如果由于某种原因，环形容器内部的平衡被打破，等离子气体就会迅速降温，聚变反应也将骤然中止。聚变反应堆唯一要注意的问题，就是要制定防辐射的保护措施。另外，聚变反应堆不会对环境和周围居民构成威胁。

图11-4　国际热核聚变实验堆装置示意图

●您这里所说的新核能，指的就是采用核聚变反应堆发电的核电站。那我国在这方面的研究有何进展？如果早一天成为现实，我们就会拥有安全的核电了。现在的核电，总是让人想起苏联切尔诺贝利核电站核泄漏事件，还有美国的三元岛事件和2011年日本福岛核电站危机，但愿噩梦不会重现。

〇是啊。悲惨的核泄漏事件总是让人谈“核”色变。如果有了新型、安全的核聚变反应堆，人类利用核能的水平和程度也会大大加快，而且核聚变反应还有清洁安全的优点，它不产生核废料，不释放造成温室效应的气体，到时候我们就会谈“核”色“喜”了。

这里，我再谈谈“国际热核聚变试验堆计划”（简称ITER）。ITER的目的，就是为了验证利用核聚变技术发电的可行性。2006年5月25日，欧盟、日本、俄国、美国、中国、韩国、印度等七个成员国和地区政府草签协议。根据协议，“国际热核聚变实验堆”将建在法国，项目预计持续35年，建造期10年，开发利用阶段20年，退役期5年，总费用约为50亿美元，欧盟承担40%的费用，中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国其他6方分别承担10%，参与各方完全平等地享有项目所有的科研成果和知识产权。这一计划，是我国以完全平等的地位参加的规模最大的国际科技合作计划。加入这个计划，不仅能使我国共享这项技术的研究成果，同时也能使我国在核聚变领域的研究水平始终和世界同步发展。科学家预计，如果试验顺利，到2035年世界将开始建设第一个示范性核聚变发电站，到2055年左右完成商业核聚变发电站的建设。21世纪中叶，人类通过核聚变获得永不枯竭能源的愿望将有可能成为美好的现实。

●氢能也应该是未来的新能源吧。我们知道，电解水就可以产生氢气和氧气。氢气具有燃烧充分、燃点高、燃烧速度快等优点。

〇不错。氢能具有以下主要优点：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源。然而，生产氢气需要电能，属于二次能源。因此，氢能利用的关键，是如何降低成本以及安全运输等。氢能利用的方式有很多种，如利用氢能可开车、燃烧氢气能发电、氢燃料电池等等。

氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能解决未来人类能源危机的终极方案。简而言之，氢燃料电池就是水电解槽产生氢和氧的逆反应。但不同之处，就是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能源转换效率可达60—80%，而且污染少，噪声小，装置可大可小，非常灵活。上海一直是我国氢燃料电池研发和应用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。

●用氢燃料电池作为动力的汽车，和传统的油气动力汽车有什么不同？

〇当然，使用氢燃料电池好处多多！众所周知，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8 000万吨，约占中国石油总需求量的1／4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。

用氢能作为汽车的燃料，无疑是最佳选择。首先，使用燃料电池的汽车，污染小、效率高；其次，可以减少对国外油气的依赖，同时也减小了油气涨价对经济的影响。为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，氢能技术已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划（能源领域）》。有理由相信，如果能解决好氢能的生产成本和运输关键技术，我国氢能的商业利用指日可待。