人造石油和植物石油
石油,人稱“工業的血液”,是一種用途極為廣泛的地下礦產。石油的用途可概括為兩個方麵:一是作為重要的燃料和動力資源,其特點是熱效率高、汙染較小;二是作為重要有機化工原料。隨著有機化學工業越來越發達,石油的用途則越來越廣闊。然而,據國內外經濟、軍事方麵的專家學者分析,世界石油資源在二十一世紀中後期將瀕臨枯竭。因而各國都大力研究和開發新能源,如核能、太陽能、風能、海洋潮汐能等。在研究和開發這些新能源的同時,人們不禁發問:能否人工合成石油呢?
能!能夠人工合成石油。
煤為什麼能轉化為象石油那樣的液體呢?
我們知道,煤和石油的主要成分都是碳和氫(此外還包含有少量的氧、硫、氮元素等)。所不同的是煤中含氫百分比(褐煤含氫約5～6%)比石油的含氫百分比(達10～14%)低的多。由此可知,隻需要將煤的含氫量提高到接近石油的含氫量,其成分就接近石油,從而實現從煤轉化為人造石油的夢想。
化學家正是根據這一思路合成人造石油的。他們將煤粉、重油和液化劑放在高壓釜中加壓至200～700個大氣壓,在380～550℃、隔絕空氣的條件下通入H2,讓H2逐步“滲入”煤的結構的內部,使煤中高聚合環狀結構緩慢地分解,使之“支離破碎”,生成一係列含氫較多的液態烷烴、環烷烴、芳香烴(也有一些氣態烴)等化合物。另一種技術是煤的間接液化法:先把煤炭製成瓦斯(含CH4、CO、H2等混和氣體),然後借助催化劑使瓦斯氣在高溫高壓下轉化為石油。目前科學家們正努力探索降低成本、提高煤的轉化率的奧妙。
從煤的液化得到人造石油的方法很多。隨著科學技術的發展,及經濟效益的增長,人造石油越來越受到世界各國、尤其是能源緊張的國家的重視。例如1980年南非建立人造石油工廠,每年用1.2×107噸煤生產1.5×106噸汽油;後來,意、德、日三國聯合建立了一個日處理6000噸煤,生產1000～2000噸汽油的工廠。我國能源以煤為主,從煤得到人造石油尤有極為重要的意義。
除了以煤為原料得到石油外,美國還發明了利用分子篩把甲醇轉化為汽油的方法,美英等發達國家發明利用木材加工成液體燃料,即本質石油或稱綠色石油。具體做法是:將鋸末或刨花、蔗渣、桔稈、甜菜渣甚至垃圾放在攪拌器內與硫酸水溶液混和,充分水解後分出糊狀物並加熱到400℃,可提煉出燃料重油。又稱做綠色石油。一噸木材可得300公斤“石油”。
糞便和石油似乎風馬牛不相及。事實卻是:在加拿大的安大略哈密爾頓的研究試驗工廠裏,每天能把一噸幹燥的糞便轉化成兩桶柴油。其工藝過程是:先將糞便汙物中的水排幹;接著用熱空氣使其幹燥;然後加熱到450℃,使之起泡變成氣體和灰色炭狀物;最後把氣體變成液體,再經過複雜的工藝提製出柴油。其部分剩餘氣體和炭狀物則進行焚燒,產生的熱量又供幹燥糞便用。此舉克服了直接焚化糞便而代價太高的不足,確是一種變廢為“寶”的清汙方法。從植物中提取石油的課題牽動著無數科學家的心。目前已取得不少成就:
在澳大利亞的北部地區,發現了一種名叫按葉藤和牛角瓜的多年生野草。它們的生長速度快,每周長高約30厘米。如人工栽培每年可收割幾次。生物能源專家利用溶解法或機械法,從這兩種野草中(主要是莖葉)提煉出一種白色汁液,然後再從中製取石油。
美國化學家卡爾文在南美亞馬遜河流域發現一種樹,樹幹周長達一米。當地印弟安人在樹上鑽些小孔,收集它分泌的汁液,每半年一次,每棵樹可收集十多公斤的汁液。經分析,汁液是烴類混和物。卡爾文把它直接灌入汽車油箱作燃料,效果居然比普通燃料油好。美國加利福尼亞大學還成功地栽培了“石油樹”,這種樹切割流出來的乳液,含有與天然原油的組成相似的石油烴類,脫水後可製成原油供煉製加工。這種“石油樹”已在美國的三個州推廣栽掊。
我國海南島也發現能產生柴油的油楠樹,此樹高達30多米。將樹伐倒後,油從鋸麵涓涓流出。每株可收10至25公斤,最多可產50公斤。
若全世界都能象種橡膠樹那樣栽種石油燃料樹,割取石油或熬製蒸餾石油,那麼對緩解日趨緊張的能源危機將起重要作用。