APP下载

新兴的电燃料

2013-08-09

初中生世界·八年级物理版 2013年8期
关键词:乙醇光合作用电能

随着2012年美国大旱,生物燃料的可行性再次被广泛讨论.其实,对生物燃料的争议甚至是质疑从未停止过,不过,新技术的发展或许将改变生物燃料的窘境.最新的电燃料(electrofuel)不仅将改变生物燃料面临的“与人争粮”的指责,还将大大提高其能量产出效率并降低成本.

来源于电的生物燃料

美国加州劳伦斯伯克利国家实验室的科学家史蒂夫·斯格带领他的团队研发出一种高效的生产液体燃料的方法,他们采用一种叫做Ralstonia eutropha的细菌,通过对细菌进行基因工程改造,让其改变了自然状态下的产能方式——自然界中的细菌以氢为能量来源,通过转化二氧化碳合成有机物.科学家重建了该细菌的代谢途径,从工程大肠杆菌等其他细菌中引入生产中链甲基酮的代谢途径,使得细菌的代谢终产物变为十六烷,它非常接近于传统柴油.这一新技术所需要的是氢和可再生电能,而可再生电能可以用太阳能和风能等再生能源产生,也就是说,电燃料整体为可再生和绿色的.这一技术解决了传统生物能源生产过程中的不足,彻底避免了生物燃料与人争粮的窘境,而且其比目前生物能源的生产效率高10倍.这一研究目前离应用还有一定距离,尚处于实验室阶段,不过进展顺利,已获得美国能源高级研究计划署电燃料项目支持的340万美元的资助,这也是能源署高级研究计划署电燃料项目所支持的13个电燃料项目之一.

电燃料,顾名思义,就是细菌等微生物直接利用电能而获取能量生长,并且生产出生物燃料的生产方式,这一方式有了一大改进.传统的生物燃料生产方式都有一个关键的限速步骤,那就是光合作用.无论是一代还是二代生物能源技术,大多数生物燃料能量都是源自植物通过光合作用所转化的太阳能.像是初期玉米和甘蔗中的糖类物质,以及后来的秸秆中的纤维素,说到底,都是由植物本身进行光合作用将太阳能转化为化学能而来的.光合作用对于植物本身来说必不可少,但遗憾的是,光合作用相对来说较为低效,这就导致了生物原料生产周期较长;想要获取储存在植物中的能量特质来生成生物燃料,需要大量的加工步骤.电燃料的生产则成功绕过了光合作用,如果能够突破关键技术,将大大提高生物燃料的生产效率.

改变生物燃料的争粮窘境

除了光合作用的低效,生物燃料还有一个致命的问题,那就是与人争粮.2012年的美国大旱重启了食品与生物燃料之间的斗争——今年美国玉米产量与一个月前的预测相比下降了17%,与去年的产量水平相比下降了13%,每公顷产量可能是17年以来最低.玉米价格已经达到了创纪录新高.而且玉米也是动物饲料的主要组成部分,因此,肉类、牛奶和鸡蛋价格也可能随之攀升.与此同时,全美大约40%的玉米被用来制造乙醇,乙醇生产过程会剩下一些可供喂养动物的东西.然而,如今美国玉米产量的至少四分之一被制成了乙醇,作为燃料使用,这已成为政府的强制要求.但国际粮农组织负责人呼吁“立即暂时中止”这一政府要求,以便将更多的玉米用于食品或饲养牲畜.美国畜牧行业也督促国会暂停要求在汽油中添加乙醇的法律.可以说,自从生物燃料问世,这一问题就一直处于争论的漩涡当中.

前景光明的新型生物燃料

目前,电燃料仍处于实验室研发和攻坚阶段,除了上文提到的研究成果外,还有其他不少令人振奋的成绩.加州大学洛杉矶分校构建的基因工程,能够利用甲酸再生成如丁醇等可作为燃料的某些醇类化合物.甲酸通过二氧化碳转化,所需的能量来源于可再生电能.麻省理工学院对氧产碱杆菌进行基因改造,发酵生产出了异丁醇.这种醇类物质有重要的实用意义,现有汽车的引擎对其有很好的兼容性,比如一些赛车引擎用的就是异丁醇.另外,还有一些公司致力于该领域的研发.虽然在生产中需要消耗一定的电能,似乎依靠电能再来生产燃料看起来多此一举,但其终产物还是相当有实际意义的,除了常规的生物燃料等一些可以作为能源的产品,现在的技术还可以生成碳水化合物或是其他可燃分子,以及包括香精、化纤、溶剂、油漆等在内的日用品.因为这一技术的关键在于生物合成过程,所以,仍然属于生物能源的领域.从目前看,这一技术有了很好的开端,倘若该技术可以走出实验室,生物燃料将迎来属于自己的春天.

猜你喜欢

乙醇光合作用电能
乙醇的学习指导
乙醇和乙酸常见考点例忻
闪电潮汐转化仪
可输出电能的椅子
第11讲 电能与电功率专题复习
家居布艺的光合作用
例析净光合作用相关题型解题中的信息提取错误与矫正
爱上光合作用
世界主要国家乙醇燃料生产情况
生活中两种常见的有机物(第一课时)学案