“植物發電”——甲醇嶄露頭角
在用植物纖維素轉化為綠色能源中,還有一種重要產品,那就是甲醇。甲醇也是一種可以燃燒而很少汙染環境的液體燃料能源。甲醇的突出優點是,碳氫化合物、氧化氮和一氧化碳的排放量很低,而效率較高。比如用甲醇作燃料的汽車,發動機的輸出功率可比汽油、柴油車高17%左右,而排出的氮化物隻有汽油、柴油車的50%,一氧化碳隻有後者的12%。據美國環保局組織試驗表明,如果汽車改燒85%甲醇和15%無鉛汽油的混合燃料,僅美國城市的碳氫化合物的排放量就可減少20%~50%。而如果汽車使用純甲醇,則碳氫化合物的排放量可減少85%~95%,一氧化碳的排放量可減少30%~90%。如果汽車有害物質排放量大量減少的話,僅美國每年就可節省治理汙染費數百億美元。
科學家們不僅使甲醇有可能最快從實驗室走向公路,而且還在擴展其應用範圍,使甲醇進入發電站。80年代末,日本通產省資源能源廳提出一項“利用甲醇作為發電燃料”的研究課題,並組織23家公司參加,進行工業性試驗研究,開發分解纖維素的發酵技術。目前,日本已興建了一座1000千瓦級的甲醇發電實驗站,於1990年6月開始發電。甲醇如何發電呢?日本專家們的做法是:
先將甲醇加熱使其氣化,氣化的甲醇與水蒸汽發生反應產生氫氣,然後以氫為燃料,在燃燒室中燃燒生成燃氣,用以驅動燃氣輪機帶動發電機組發電。
利用甲醇作為發電能源,優越性也很大。比如,甲醇發電的成本,目前約為石油或天然氣發電的15倍。但隨著大麵積種植高光效植物的發展和甲醇收成成本的降低,將會使發電成本逐步降下來,而石油和天然氣的價格將有隻漲不降的趨勢,相比之下,甲醇發電將是便宜的;“植物甲醇”可以大麵積種植再生,而不會麵臨枯竭的威脅;甲醇的低汙染特性是化石燃料所不可比擬的;甲醇在常溫下是液態,貯存和運輸都很方便。因此,專家們認為,21世紀初,甲醇很有希望成為常規礦物燃料的替代能源用於發電。
日本在用甲醇發電方麵,將繼續向前發展。他們下一步的試驗機組容量是1萬千瓦級,燃氣進口采用1150℃,發電效率可達416%。按照理論計算,如把進口燃氣溫度提高到1300℃時,其效率將可達到45%。日本這家研究機構正在研究全係統的性能、可靠性和實用化中的技術難關問題。利用甲醇作燃料能源的大趨勢已顯露出來。
當然,使用甲醇燃料也不是沒有問題,現在人們對它的認識還有分歧。有人認為甲醇在燃燒時產生的甲醛大約比石油多5倍,而甲醛被認為是一種致癌物質;還有人認為甲醇含毒,刺激眼睛。到底甲醇對環境和人體的危害有多大?還有待於進一步研究觀察。這個問題,在巴西曾引起了一場風波。80年代末,巴西由於酒精短缺,已不能滿足酒精燃料汽車的需求量,就進口了1300萬加侖甲醇,沒想到由於上述可能的“有害性”問題,受到了環境部門的指責。裏約熱內盧州政府受到很大壓力,被迫宣布了一道禁止在市場上銷售甲醇用作汽車燃料的禁令。但巴西已經生產了眾多的酒精燃料汽車,而酒精近年來一直處於短缺危機之中,許多酒精汽車麵臨停駛境地,使得社會上出現了尖銳的對立情緒,以致訴諸法律解決。最後,巴西最高法院隻能作出折衷裁決:除裏約熱內盧州以外,全國其他地區仍可繼續使用甲醇作為汽車燃料。一場風波才算平息下來。1990年,巴西國家石油公司也在技術上拿出折衷方案,宣布將使用60%酒精和33%甲醇、7%汽油組成的一種車用混合燃料。
我國在這方麵也取得長足發展,逐步接近世界先進水平。例如,1992年初,一位教授,在“第九屆國際醇類燃料會議”中宣讀了一篇《低比例甲醇汽油蒸發損失規律的研究》重要論文,透露了我國在低比例甲醇代用燃料方麵的研究,已取得重大突破,他主持研究的“薄膜蒸發器”屬國內首創,並被權威人士譽為國際領先地位。這些都預示著甲醇必將是未來能源舞台上的一員驍將。
“石油植物”——石油樹和石油草
前麵談到綠色植物中還有一種被稱為“石油類”的生物質。早在1977年,美國科學家就已經發現,某些綠色植物能把太陽能迅速地轉變成烴類,而烴類是石油的主要成分。就在那一年,美國科學家果然從一種叫“霍霍巴”的野生常綠灌木植物的乳葉中首次成功地提取出了一種宛如汽油的液體燃料。經試用表明,它完全可以作為石油的代用品。說來湊巧,在巴西也發現了一棵稀奇古怪的樹,高30多米,樹齡有100多歲了。隻要在樹幹上挖上一個洞,一個小時內就能流出5~10升“柴油”;半年後又可進行第二次“開采”,每公頃可產“油”50桶。而更令人不解的是這種“柴油”勿需加工提煉,就能直接在柴油汽車上使用。實際上這種特殊的石油樹叫三葉橡膠樹,在其膠漿中有1/3是石油烴,而烴類的熱值每公斤竟有10500千卡。在馬來西亞橡膠園中,也有這種三葉橡膠樹,從其切口中流出的膠漿去掉水分後,最終物質就是一種油液。另外,在80年代初,美國一位植物科學家從藤本植物和灌木的樹汁中提取“汽油”,也獲得成功。科學家們裁種了大片美洲香槐,這種植物的白色汁液中含有油質,在它的其他部位也含有油質。為了獲取大量石油,他們就先把整株美洲香槐研碎,然後用一種有機溶劑提純。這些科學家認為,美洲香槐將是一種潛在的石油來源。在澳大利亞也發現了闊葉棉木,其枝、葉都可提煉油類,是目前世界上產油率最高的植物。
據調查,全球已發現有上千種可生產“綠色石油”的植物。加拿大正實驗兩年輪伐的楊樹能源林,美國能源部建立了5個由三角葉楊、榿木、黑槐、糖槭樹、桉樹、牧豆等組成的能源試驗林場,菲律賓種植了12萬公頃銀合歡,瑞士也製訂了種植10萬公頃“能源林”計劃,可解決每年石油需求量的50%。