生物燃料

生物燃料,来自任何燃料生物质,也就是植物或藻类材料或动物粪便。因为这样可以补充原料材料容易,生物燃料被认为是一种可再生能源,不像化石燃料如石油,煤炭,天然气。生物燃料通常倡导作为一个具有成本效益和环保的替代石油和其他化石燃料,特别是在石油价格上涨的背景下和贡献的担忧增加化石燃料全球变暖。许多批评人士表示担忧的范围扩张的某些生物燃料由于经济和环境成本与精炼过程和相关的潜在删除的广大地区耕地粮食生产。

类型的生物燃料

一些长期受剥削的生物燃料,如木可以直接使用为原料,生产燃烧热。反过来,热量可用于电厂生产运行的发电机电。许多现有的电力设施燃烧草、木、或其他类型的生物量。

最大的液体生物燃料生产乙醇(酒精),这是由发酵的淀粉或糖。

液体生物燃料是特别感兴趣的,因为巨大的基础设施已经在使用它们的地方,尤其是对运输。的液体在最大的生产乙醇生物燃料(酒精),它是由发酵淀粉或糖。巴西和美国是乙醇的主要生产商之一。在美国,乙醇生物燃料是由主要来自玉米粮食(玉米),它通常混合了汽油生产“混合”,10%的乙醇燃料。在巴西,乙醇生物燃料是由主要来自甘蔗,常用的为100%,乙醇汽油混合燃料或含有85%的乙醇。与“第一代”乙醇粮食作物生产的生物燃料,“第二代”纤维素乙醇来自低价值生物质具有高吗纤维素内容,包括木屑、农作物残留物和城市垃圾。纤维素乙醇通常是由甘蔗制成的甘蔗渣从糖处理废料,或从不同的草,可以种植在低质量的土地。鉴于转化率低于第一代生物燃料,主要使用纤维素乙醇作为汽油添加剂。

第二个最常见的液体生物燃料生物柴油,主要来自油性植物(如大豆或棕榈油)和(在较小程度上的其他油性来源(如废物从餐馆烹调脂肪炸)。生物柴油,发现在欧洲最大的接受,在使用柴油发动机通常混合了石油柴油在不同的百分比。的使用藻类和蓝藻的“第三代”生物柴油的前景但一直难以发展经济。有些藻类物种含有高达40%脂质按重量,可以被转化成生物柴油或合成石油。一些人估计,藻类和蓝细菌可以产生10至100倍比第二代生物燃料单位面积上的燃料。

其他生物燃料包括甲烷气体和沼气——可以来源于生物质在缺乏的分解氧气——甲醇、丁醇和二甲基醚——在发展。

经济和环境方面的考虑

在评估生物燃料的经济效益,生产他们所需要的能量必须被考虑。例如,种植玉米来生产乙醇的过程消耗化石燃料在农业设备,肥料玉米中制造、运输、和乙醇蒸馏。在这方面,用玉米生产乙醇是一个相对较小的能量增益;从甘蔗中获益更大的能量,从纤维素乙醇或藻类生物柴油可能更大。

生物燃料也提供环境效益,但这取决于他们如何生产,也可以有严重的环境的缺点。作为可再生能源,植物性生物燃料原则上使小净对全球变暖和气候变化的贡献;的二氧化碳(一个主要温室气体),进入空气中燃烧会从空气中被移除之前种植植物参与吗光合作用。这种材料被认为是“碳中性的。”然而,在实践中,农业生物燃料的工业生产会导致额外的温室气体的排放,可能抵消使用可再生燃料的好处。这些包括来自燃烧化石燃料的二氧化碳排放在生产过程中一氧化二氮从土壤已经处理氮肥料。在这方面,纤维素生物质被认为是更有益的。

生物燃料也提供环境效益,但这取决于他们如何生产,也可以有严重的环境的缺点。

土地使用也是一个主要因素在评估生物燃料的好处。使用常规的原料,如玉米和大豆作为第一代生物燃料的主要成分引发了“食品与燃料”的争论。从人类把耕地和原料食物链会影响,生物燃料生产经济学食品价格和可用性。此外,能源作物种植生物燃料可以争夺世界的自然栖息地。例如,强调乙醇来自玉米是草地和brushlands转向玉米单一栽培,并强调生物柴油是降低古老的热带森林为油棕种植园。失去了自然栖息地可以改变水文、增加侵蚀,一般来说,减少生物多样性野生动物的地区。土地的清理还可以导致突然释放大量二氧化碳的植物,它包含燃烧或允许衰变。

一些生物燃料的缺点主要适用于缺乏多样性生物燃料sources-corn,大豆、甘蔗、石油palms-which传统农作物。另一个选择是高度多样化的使用混合物种,与北美的高草草原作为一个具体的例子。转换退化耕地生产这种高多样性的生物燃料的来源可能增加野生动物区域,减少水土流失,净化水污染物、存储空气中的二氧化碳作为土壤碳化合物,并最终恢复退化土地的肥力。这样的生物燃料可以直接燃烧产生电或转化为液体燃料技术开发。

种植生物燃料的正确方法同时满足所有的需求将继续实验和辩论,但生物燃料生产的快速增长很可能会继续下去。在美国2007年的能源独立和安全法案授权使用每年1360亿升(360亿加仑)的生物燃料,到2022年,比2006年增加了6倍多的生产水平。与某些规定,立法也需要790亿升(210亿加仑)的总量是corn-derived以外的生物燃料乙醇,并持续一定的政府补贴和生物燃料生产的税收优惠政策。

这个愿景下,生物燃料作物将消除空气中的二氧化碳随着他们的成长,和能源设施将捕获的二氧化碳作为生物燃料燃烧发电。

一个独特的生物燃料的承诺是,结合一个新兴技术称为碳捕获和储存,生产和使用生物燃料的过程可能永远去除二氧化碳的能力大气(另请参阅碳封存)。这个愿景下,生物燃料作物将消除空气中的二氧化碳随着他们的成长,和能源设施将捕获的二氧化碳作为生物燃料燃烧发电。捕获的二氧化碳可隔离(存储)等长期存储库的地质层下面的土地,在深海的沉积物,或等固体碳酸盐。

写的诺艾尔Eckley《,副教授的工程系统和大气化学、工程系统部门和部门的地球大气和行星科学,麻省理工学院,
克拉伦斯•雷曼,兼职教授、生态学、进化和行为,明尼苏达大学。

上图:信贷卡k·史密斯,医学博士/ Shutterstock.com