生物燃料的优缺点
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生物燃料的优缺点范文第1篇
中图分类号 F4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0194-02
当下，我国汽车保有量增长快速，一方面导致对石油的需求量大幅增长，自上世纪以来我国石油进口依存度迅速上升，1993年尚处于原油净出口国，1995年石油进口依存度则变为5.3%，2007年达到49%[ 1 ]，2015年我国石油进口量超越美国，达到740万桶/日，成为世界上最大的石油进口国[ 2 ]。另一方面汽车在生产和使用的过程中加重了环境污染，危及了人类的日常生活。2013年我国只有约1%的城市空气质量符合世界卫生组织的标准，2014年国家减灾办、民政部于正式将雾霾天气列为自然灾情，2015年我国东北部、华北中南部、黄淮及陕西北部等地陆续出现重度污染天气。因此迫于资源、环境的双重压力，开发节能环保的新能源汽车已成为我国汽车产业的必然选择。按照动力提供方式的不同，新能源汽车主要可分为充电式电动汽车、燃料电池汽车、燃气汽车、生物燃料汽车等类别分述如下。
1 新能源汽车的分类
1.1 充电式电动汽车
充电式电动汽车以蓄电池为动力源，通过电机驱动，提供动力。这种汽车具有结构简单、噪声小、排放少、能量转换效率高、适用范围广等等优点。但其缺点也较多，比如过分依赖充电设施，充电时间长，续驶里程短，电池寿命短、制造成本较高等，因而在商业化的过程中困难重重。目前，研制经济的、持久的、高效的电池是充电式电动汽车发展的关键性问题，经过20多年的研究发展，目前已开发出多种适用性较强的蓄电池，如早期的铅酸电池、在混动汽车中采用的镍氢电池以及在当前及以后有着极大发展空间的锂离子电池等等。锂的原子序数为3，是最轻的碱金属元素，其化学特性十分活泼，易形成电荷密度很大的氦型离子结构。锂离子电池的储能能力是在电动自行车上广为应用的铅酸电池的3倍，其在地壳中的蕴藏量第27位，可利用资源较丰富，因此有很大的发展前景。
以目前应用最为广泛的磷酸铁锂电池为例，锂离子电池的工作原理如下：整个电池以含锂的磷酸铁锂作为正极材料，负极为碳素材料（常用石墨）。两极之间为聚合物隔膜，一方面可分隔正负极，另一方面也是锂离子在正负极往返的通道所在。当对电池充电时，正极发生脱嵌，形成的锂离子在电解液的帮助下，通过隔膜，进入负极碳层的微孔中，同时正极产生的电子也会通过外电路向负极迁移。放电时，锂离子从负极碳层中脱嵌，又嵌回正极。
目前，欧洲、美国、日本等主要发达国家均斥巨资进行锂电池技术的研发，在中国由于国家新能源产业政策的推动锂离子电池制造业也得到了篷勃发展，各种锂离子电池技术不断涌现，生产商业化电动汽车用锂离子电池的企业更是达到300家之多，但是锂离子电池的核心材料比如正负极材料、电池隔膜以及电解液却“技不如人”，过度依赖进口，因而生产成本难以下降，目前其价格3倍于铅酸电池，因此，产品难以规模化生产。近几年来，我国锂离子电池核心技术取得巨大突破，所有关键性材料均初步实现了自动生产，生产成本降幅较大，不少产品价格仅为刚面市的1/3左右，这与铅酸电池相比，已形成明显的性价比优势。锂离子电池成本的下降，使得充电式电动汽车的商业化规模化生产不再是一句空话。
1.2 燃料电池汽车
在诸多的新能源汽车中，燃料电池汽车目前被公认为是21世纪最核心的技术之一，可以说它对汽车工业发展的重要性，不亚于微处理器之于计算机业。燃料电池汽车直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，不受卡诺循环的限制，能量利用率高达45%～70%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%；燃料电池汽车最终排放物为H2O，几乎不排放氮氧化物和硫化物，CO2排放量远低于汽油的排放量（约其1/6）。
整车的核心部件燃料电池并不需要充放电的操作，在一定程度上它很类似于汽油汽车，直接将燃料（常用H2、甲醇等等小分子燃料）注入贮存箱，即可获得动力。根据所用电解质类型的不同分为五个大类，分别为熔融碳酸盐燃料电池、聚合物电解质燃料电池、碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。目前在汽车工业中应用的多为聚合物电解质燃料电池，它以荷电的薄膜状高分子聚合物作为电解质，以离子交换的形式选择性地传导离子（H+，OH-），达到导电的目的[3]。工作时与直流电源相当，阳极作为电池负极，燃料在阳极发生氧化反应；阴极作为电池正极，氧化剂在阴极发生还原反应；反应生成的离子通过隔膜在电池内迁移，而电子则通过外电路对外做功输出电能，整个体系形成回路。
燃料电池但其在商业化的过程中仍存在着一些困难与瓶颈急需解决，比如由于采用贵金属催化剂铂及造价高昂的全氟磺酸膜，因此生产成本极高；再如由于工作环境多为酸碱性较强的溶液，对部分元件具有一定的腐蚀性，因而耐久性较差。目前随着非铂催化剂及无氟耐久性膜材料研发的成功，生产成本呈下降趋势，燃料电池汽车的市场普及率逐年上升。虽然以家用小汽车的形式进入普通家庭尚有一段时间，但燃料电池大巴已经完全可以产业化。目前，国外生产一辆燃料电池大巴造价约在400万元左右，若引入其核心部件及技术，采用国内人工生产，采用国内辅件及包装，可将其成本降至100万元左右，这一价格已与传统大巴接近，如果我国能抢占先机，与行业内先进的外企紧密合作，加快研发核心技术，假以时日，燃料电池大巴完全可能成为我国经济绿色增长的支柱产业。
1.3 燃气汽车
燃气汽车是以液化石油气、压缩天然气及氢气为燃料的气体燃料汽车。目前市场供应以天然气为主要燃料。与常规燃油汽车相比，燃气汽车的排放污染很小，铅，CO排放量减少90%左右，碳氢化合物排放减少60%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，且尾气中无硫化物和铅，因此它是一种较为实用的低排放汽车。此外这种汽车能大幅度降低使用成本，一方面由于目前天然气的价格低于汽油及柴油，营运过程中能使燃料费用下降50%左右；另一方面由于发动机采用天然气做功，运行平稳、无积碳，发动机寿命长、也无需频繁更换火花塞及机油，维修费用亦可下降50%以上。但它也有不少缺点，比如由于存有大量高压系统使用的零部件，安全系数及密封性要求高；天然气汽车动力性比常规燃油下降约5%～15%；受到能源不可再生的约束限制；燃气缸占地面积大等。
天然气汽车工作时，高压天然气经过减压调节器减压后送到混合器中，与净化后的空气混合后，利用传感器、动力阀和计算机调节混合气的空燃比，以使燃烧更加充分，再经化油器通道进入发动机气缸燃烧做功。我国于1988年正式推行燃气汽车，多采用气/油混动改装的形式，并于同年建造了第一座加气站。发展迄今，我国已经加气站近千座，改造汽车数十万辆。中国从对燃气汽车的推广力度仍逐年上升，各大城市均有部署，可见目前以气代油，是最切实可行的一条新能源汽车之路。
1.4 生物燃料汽车
生物燃料汽车的创新之处在于从农林产品、工业废弃物和生活垃圾中提取燃料，比如从玉米出发制备的汽车用乙醇燃料，利用回收食用油为源料获得的生物柴油等等。生物燃料与传统的石油燃料不同，它是一种可再生能源。近年来，生物燃料汽车得到了迅速发展，美国认为生物燃替代汽油切实可行并将其列为国家重点发展项目，目前使用生物柴油燃料的汽车己经累计运行1 600万km；欧盟于2005年也推行法规，要求成员国2010年生物柴油消费量从占交通运输油料总消费量的2%提高到5.75%，2020年进一步提高到占20%。生物燃料汽车降低了对石油的需求，且其运行中的排放污染也大大降低，以常规燃油汽车相关数据为分母，生物燃料汽车尾气中有毒物含量仅为10%，颗粒物约20%以下，CO和CO2排放量仅为10%，硫化物和铅含量为0，同时，燃料燃烧较为彻底，对发动机的维护保养要求低[4]。
尽管生物燃料有较多的优点，但其发展遇到难以克服的瓶颈。第一，产能有限。在生物燃料汽车推行力度最大的美国，据有关资料显示，即便将所有玉米和大豆都拿来制造生物燃料，也仅能满足国家柴油需求量的6%和汽油需求量的12%。而玉米和大豆首先是粮食产品，只能将其少量产品用于生产生物燃料。在我国，若能将农业副产品秸杆加以利用，则将对生物燃料汽车的推广有很大的促进。第二，耗水量太大。生物燃料主要来源于农业，每年农业消耗掉的水资源高达70%，若将其产品大量用于制造燃料，往往是得不偿失的。而我国是人均水资源拥有量位于世界后列，用大量的水换回少量燃料，只能说看上去很美，实际操作性较低。第三，存在与粮争地的问题，生物燃料的推广已经造成美国和墨西哥玉米价格上涨，并可能导致发展中国家粮食短缺，因此有业内人士指出使用粮食生产生物燃料是“反人类的罪行”。
2 结论
当下，我国新能源汽车产业迎来了篷勃发展的大好机遇。但由于多数新能源汽车造价过高，许多关键技术还未完全攻克，而且配套基建设施远不足以支撑行业的发展，这些因素严重阻碣了新能源汽车行业的良性发展。从我国新能源汽车近几年发展的态势来看，目前还难以实现大规模的量产。从价格方面来看，新能源汽车的造价普遍高于传统汽车，如果国家不提高购车补助，很难提高民众对新能源汽车的购买热情。从技术角度来看，我国的电池、燃料等相关技术的研发才刚刚起步，远远落后欧美等发达国家。从配套设施角度来看，我国目前的配套设施基本处于空白状态，比如很多城市未建设电动车充电站，如果不能及时充电，电动车无法前行，这给使用带来不便。虽然在当今中国新能源汽车的推广困难重重，但从国家对汽车工业的发展部署来看，发展新能源汽车己经被确定为汽车工业未来的发展方向。因此，我国汽车企业和相关科研机构必须抓住机遇，在提高自身实力的同时，推动我国新能源汽车产业的迅速发展。
参考文献
[1]国务院发展研究中心产业经济研究部，等.中国汽车产业发展报告（2009）[M].北京：社会科学文献出版社，2009.
[2]中国石油新闻中心.“中国成为最大石油进口国”意味着什么[EB/OL].[2015-05-19（7）：59].http：//pc. /system/2015/05/19/001542111.shtml.
生物燃料的优缺点范文第2篇
关键词：餐饮废水；可再生绿色能源；微生物燃料电池
随着我国第三产业的发展，餐饮业作为龙头产业正在逐年加速发展，随之排放的餐饮废水也在逐年递增［1-2］。据国内几大城市对餐饮业排放污水污染指标检测的结果显示：BOD为300～400mg/L，SS为300～400mg/L，COD为1～4mg/L，油脂在150mg/L以上［3］。此类废水中成分复杂，悬浮物较多，既有较高浓度的动植物油，也有含量很高的有机物，未经处理直接排放到市政管网将引起较大的经济损失和危害人体健康。近年，由于大量有机能源浪费和全球可再生绿色能源危机的发生，合理利用可再生能源成为重要的发展趋势，餐饮废水中含有大量的有机物，将其预处理后与新兴的微生物燃料电池结合，不仅可以去除餐饮废水中的有机物，还可以产生电能。
1餐饮废水的特点
（1）餐饮废水中含脂肪类及动植物油居多，漂浮于水面的油，影响空气和水界面的氧交换，分散于水中的油可被微生物氧化分解，故油类不仅降低复氧速率，而且消耗水中的溶解氧，使水质恶化。若要利用废水中的有机物需对其进行预处理，使其不影响后续装置的运行。（2）餐饮废水的排放时间较集中，且流量变化较大。（3）餐饮营业场所较分散，且大多布置紧凑，空间狭小，可利用空间有限。（4）国内已研制出处理餐饮废水的一体化设备，可因处理能力有限，且一次性投资较大，许多餐饮店一般都不采用。
2餐饮废水的处理技术
根据餐饮废水的组成及污染物的性质，其主要处理任务是去除高浓度的动植物油、有机物及大量的悬浮物质。目前，我国对于餐饮废水处理的主要技术方法有混凝法、电化学法及生物处理法等。其中生物处理法又包括SBR法、厌氧-好氧联合工艺法、膜生物反应器法等。2.1SBR法SBR是序批式活性污泥处理系统的简称，是一种使用间歇曝气方式的活性污泥污水处理技术。蒙温婉等［4］选用SBR工艺，考察曝气时间、污泥沉降比及溶解氧对处理效果的影响，从而确定出该工艺的最佳运行条件。SBR法运行效果稳定，有较强的耐冲击能力，工艺简单，处理时间短、处理效果好，具有较好的脱氮除磷效果且维护管理方便，可以实现自动控制。SBR法对于流量时变化系数大和流量变化较大的餐饮废水来说是一种较好的选择。餐饮废水经SBR法处理后，出水水质一般能达到《污水综合排放标准（GB8978-1996）》二级排放标准。SBR法的不足之处是不能连续进水和出水，且单池造价相对较高。2.2厌氧-好氧联合工艺法对于COD含量常常大于1000mg/L的餐饮废水，可以考虑用厌氧-好氧联合工艺来处理，废水常见的工艺有：巴颠甫脱氮除磷工艺、水解酸化-缺氧-好氧联合工艺、厌氧-缺氧-好氧联合工艺等。这些工艺通常是先进行厌氧处理，去除废水中大部分溶解性有机物，并将大分子物质转化成小分子物质，再用好氧装置进行进一步降解，去除残余的含碳有机物质。赵锦辉等［5］采用厌氧—好氧填料床联合工艺处理餐饮废水中有机物、悬浮物、氨氮、磷素，当水力停留时间（HRT）为8h，即厌氧4h和好氧4h，进水流量为260L/d，工艺对CODCr的去除率可达到90%以上，其中出水CODCr、氨氮、S、磷酸盐指标均达到国家一级排放标。2.3膜生物反应器法膜生物反应器法是指把生物反应与膜分离相结合，利用膜作为分离介质代替常规重力沉淀固液分离获得出水，并能改变反应进程和提高反应效率的污水处理方法。此法是现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，膜分离技术大大提高了生物反应器的处理效率。MBR工艺的不利之处在于膜价格高，系统投资较大，膜易污染等。尹艳华等［6］在实验室内研究了膜生物反应器处理餐饮废水。此试验在长达近3个月的运行时间内，膜生物反应器法对餐饮废水处理效果较好，且运行稳定，出水不仅能达到《污水综合排放标准（GB8978-96》的一级标准，而且还可达到中水回用水质标准。
3微生物燃料电池处理餐饮废水
微生物燃料电池（MFC）是近年来新兴的一种产电和水处理结合的方法，其原理是利用微生物代谢活动将储存在有机物中的化学能直接转化为电能，产电的同时也能达到去除污废水中的有机物、净化水质的效果。微生物燃料电池利用污废水中的有机物，在处理污废水的同时产生电能，而且产电的整个过程不会产生任何污染环境的有害气体和液体，被看作是一种高效益、低能耗、清洁环保的新型废水处理工艺［7-9］。微生物燃料电池简单易操作，成本较其他产电装置低，其燃料的来源较广泛。樊立萍和苗晓慧［10］在研究不同电解液及污水稀释比条件下，双室MFC处理食堂餐饮废水的污水处理效果和产电性能，得到较好的适合MFC废水处理与同步产电的运行环境。当浓度为0.4mol/L的NaCl作为阴极电解液且在污水稀释比为2∶1的条件下，微生物燃料电池系统的产电量最大，稳态电流密度为8.8mA/m2。此时得到污水处理效果比较理想，且COD去除率为33.3%。
4结语
生物燃料的优缺点范文第3篇
关键词：焦化 废水处理 技术
焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物，成分复杂，污染物浓度高、色度高、毒性大，性质非常稳定，是一种典型的难降解有机废水。它的超标排放对人类、水产、农作物都构成了很大危害。如何改善和解决焦化废水对环境的污染问题，已成为摆在人们面前的一个迫切需要解决的课题。
目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后再进行生物脱酚二次处理。但往往经上述处理后，外排废水中COD、氰化物及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况，近年来国内外出现了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为物化法、生物法、化学法和循环利用等4类。
一、焦化废水的预处理技术
焦化废水中部分有机物不易生物降解，需要采用适当的预处理技术。
常用的预处理方法是厌氧酸化法。这是一种介于厌氧和好氧之间的工艺，其作用机理是通过厌氧微生物水解和酸化作用使难降解有机物的化学结构发生变化，生成易降解物质。焦化废水经厌氧酸化预处理后，可以提高难降解有机物的好氧生物降解性能，为后续的好氧生物处理创造良好条件。
二、焦化废水的二级处理技术
（一）物理化学法
（1）吸附法
吸附法处理废水，就是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等。这种方法处理成本高，吸附剂再生困难，不利于处理高浓度的废水。
（2）利用烟道气处理焦化废水
由冶金工业部建筑研究总院和北京国纬达环保公司合作研制开发的“烟道气处理焦化剩余氨水或全部焦化废水的方法”已获得国家专利。该技术将焦化剩余氨水去除焦油和SS后，输入烟道废气中进行充分的物理化学反应，烟道气的热量使剩余氨水中的水分全部汽化，氨气与烟道气中的SO2反应生成硫铵。
该方法投资省，占地少，以废治废，运行费用低，处理效果好，环境效益十分显著，是一项十分值得推广的方法。但是此法要求焦化的氨量必须与烟道气所需氨量保持平衡，这就在一定程度上限制了方法的应用范围。
（二）生物处理法
生物处理法是利用微生物氧化分解废水中有机物的方法。目前，活性污泥法是一种应用最广泛的焦化废水好氧生物处理技术。这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触；溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附，并最终氧化为最终产物（主要是CO2）。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物，然后被代谢和利用。
生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低等优点，但是生物降解法的稀释水用量大，处理设施规模大，停留时间长，投资费用较高，对废水的水质条件要求严格，这也就对操作管理提出了较高要求。
（三）化学处理法
（1）焚烧法
焚烧法治理废水始于20世纪50年代。该法是将废水呈雾状喷入高温燃烧炉中，使水雾完全汽化，让废水中的有机物在炉内氧化，分解成为完全燃烧产物CO2和H2O及少许无机物灰分。
焚烧处理工艺对于处理焦化厂高浓度废水是一种切实可行的处理方法。然而，尽管焚烧法处理效率高，不造成二次污染，但是处理费用昂贵使得多数企业望而却步，在我国应用较少。
（2）催化湿式氧化技术
催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N2和CO2排放。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，处理成本高，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，投资费用高，国内很少将该法用于废水处理。
（3）化学混凝和絮凝
化学混凝和絮凝是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用。
（4）臭氧氧化法
臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水。
（5）光催化氧化法
目前，这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能有效地去除废水中的污染物且能耗低，有着很大的发展潜力。但是有时也会产生一些有害的光化学产物，造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收，因此，要求体系具有良好的透光性。所以，该方法适用于低浊度、透光性好的体系，可用于焦化废水的深度处理。
（6）电化学氧化技术
电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。
（四）废水循环使用
高浓度的焦化废水经过脱酚，净化除去固体沉淀和轻质焦油后，送往熄焦池以供熄焦，实现酚水的闭路循环。从而减少了排污，降低了运行等费用。但是此时的污染物转移问题也值得考虑和进一步研究。
三、结语
焦化废水治理技术能否成功应用，主要受3个因素制约：处理效果、投资运行费用以及是否会造成二次污染。目前的各种治理技术还不能完全满足这三方面的要求。它们各有优缺点，这就需要因地制宜地选择适合自身特点的技术方法，以及对现有方法的有机结合来取得比较满意的效果。同时，还要进一步研究开发处理效果更好、投资运行费用更低、无二次污染、易于操作管理的新技术，这样才能更加适合国情，才会有更广阔的发展前景。
参考文献：
[1]夏海萍，柯家骏.膨润土粘土矿吸附焦化废水中氨氮的研究[J].重庆环境科学，1995，（6）.
[2]张昌鸣，李爱英 等.粉煤灰处理焦化废水的研究[J].燃料与化工，1998，（6）.
[3]尹成龙，单忠健. 焦化废水处理存在的问题及其解决对策.工业给排水，2000，26（6）：35～37
[4]杨元林，周云巍.高浓度焦化废水处理工艺探讨.机械管理开发，2001，64（4）：41～42
生物燃料的优缺点范文第4篇
(一)化石能源储量及开采情况
化石能源(石油、天然气和煤炭)是经济社会发展和提高人民生活水平的物质基础。世界化石能源的剩余探明可采储量为9000亿吨油当量(toe)。其中，石油和天然气均为1600亿toe左右；煤炭储量最为丰富，为6000多亿toe。
石油资源分布极不均衡。中东、俄罗斯和非洲的石油探明可采储量占世界总量的77％，是世界商品石油的主要来源。亚太地区的石油探明可采储量和消费量分别占世界总量的3.3％和30％。中国相应的份额分别为1.3％和9.3％，是石油资源相对短缺的国家。
石油是重要的化石能源资源，在全世界一次能源消费结构中，石油所占的份额中约为40％左右，是形成现代工业和促进经济增长的动力。
煤炭是古老的燃料，从19世纪60年代开始大规模开采、使用。至今，在中国、美国等一些国家中，煤炭仍用作主要的发电燃料。中国是煤炭资源丰富的国家，煤炭仍然是主力一次能源，份额保持在70％左右。
为提高使用效率、减少排碳和对环境的污染，煤炭应用的创新方向是发展洁净的煤炭技术和煤炭液化、转化技术，生产运输用液体燃料和化工产品。
(二)石油消费情况
世界石油年消费总量近40亿吨，工业化国家(经合组织和俄罗斯)的消费量占62％；占人口大多数的非工业化国家(新兴市场经济体)，石油消费量仅为38％。
美国是石油消费量最多的国家，年消费量为9.4亿吨，相当于其他5个消费大国(中国、日本、德国、俄罗斯和印度)消费量的总和；人均石油消费量3吨多。中国的石油消费量为3.6亿吨，人均消费量较低，仅为0.28吨左右。
不同国家的民用、商业和工业的能源消费量和消费品种均各不相同。交通运输部门的能源消费以石油产品为主，石油总消费量中约有70％用作运输燃料油，此份额的多少各国均不同。在氢燃料和燃料电池汽车大规模进入市场之前，这种消费形势将不会有太大的变化。
中国是经济快速增长、尤其是以制造业为主的发展中国家，为了给生产厂增加原材料和能源供应，运输服务功能就需要加强。人均收入提高之后就会促进道路和航空运输服务的发展。近年来，中国运输、邮电和仓储的石油消费量约占石油总消费量的25％左右；中国仍然是人均燃料油消费量较低的国家。随着汽车数量的增长，运输部门的燃料消费量就会相应上升。
美国的年人均运输燃料油消费量2.3吨。欧盟各国平均1.0吨，中国仅为0.08吨。
(三)能源的转型
在人类发展历史中，在能源使用上已经历了好几次能源转型。从使用木材、薪炭为燃料到19世纪中叶大量使用煤炭，20世纪30年代开始向使用石油过渡，目前正在向以天然气为主的方向转变。随着石油资源的逐渐减少，未来三四十年后产量即将达到峰值，此后进入“后石油时代”。在石油资源将逐步被替代的前夕，科学技术界提出了林林总总的替代方案和工艺路线，替代能源课题涵盖了众多的科学领域、技术专业和产业行业。替代能源项目的实施会受到资源、技术、经济和实施条件等因素的约束，需要根据一定的时空条件做出技术经济评估，规划出发展路线。
氢燃料时代：构建以氢燃料为基础的能源系统是一项需要较长时间才能完成的系统工程，包括许多工程技术课题的研发，如原料开发、制氢方法、氢气储存运输技术、氢能燃料电池系统和车辆、氢能安全和氢能系统设施等技术。
发展氢燃料的三大课题是：开发高功率、长寿命、廉价的燃料电池；实现高能量密度的车载与地面氢燃料储存设施；使用可再生能源的廉价制氢工艺技术有待突破。
从使用化石能源为主的时代过渡到氢燃料时代也许需要几十年甚至一个世纪。
对于发展氢燃料仍存在着不同观点。
支持者认为应该接受氢能，因为没有其他有竞争力的运输燃料替代方案。电力、生物质和化石基的合成油替代方案都不可行。
由于燃料电池汽车简化了汽车的机械、液压转动系统和生产工艺；汽车制造商就会接受燃料电池汽车技术。汽车主了解燃料电池汽车具有加速快、行车安静、维修量小等特点之后也会接受这种新型汽车。
反对氢燃料人士认为“氢能是黑色的”，因为它目前主要来自煤炭等能源。发展氢能不能迅速解决能源、温室气体问题。发展汽车用燃料电池和氢气的系统设施还面临许多技术、经济的障碍。
总之，氢燃料作为替代石油产品在节约燃料、减少温室气体排放和改善汽车性能等方面均有优点。尽管对发展氢燃料仍有争议、又难确定推广日程，及早做出发展规划和经济论证是有意义的。
(四)石油替代
世界石油资源量终将逐渐减少以致最终枯竭，石油资源匮乏是人们关注的热点问题。对于石油产量到达峰值时间，不同学者提出了各种不同论点。一些学者曾预测世界常规原油生产的峰值将在2010年到达，有的则认为常规石油产量可持续增长20--30年或更长时间。按照目前石油年产量和年增长速率预测，当石油年产量达到峰值(60亿吨)后，产量就将逐步下降。
总体形势是：(1)勘探、钻采技术进步可将更多的石油资源开发成为探明可采储量；(2)非常规石油(包括油砂沥青、特重原油和油页岩等)储量丰富，开采、炼制技术不断进步，将补充常规石油的不足；(3)替代燃料生产技术(包括风能、太阳能、生物质能等可再生能源及核能的推广应用)、非常规石油资源开采及其加工技术、天然气制油(GTL)技术、煤炼油技术(cTL)、生物质制油技术(BTL)等的发展和应用将可逐步替代部分石油资源；(4)燃料使用技术和节能技术的进步将减缓石油消费的增长。
从目前石油生产形势看，约有63个产油国的产量处在峰值后期，35个国家尚未达到峰值。世界石油产量达到峰值的时间取决于石油消费的年均增长率和科学技术的进步等条件。较高的石油资源基数会推迟峰值产量到来的时间。近几十年来，石油资源基数不断攀升，已从上世纪40年代的820亿吨，升至2000年美国地质勘探局(USGS)估算的最高值5310亿吨。
尽管石油产量的峰值有可能于本世纪中期出现(可能会推迟)，但如不未雨绸缪，届时必定会m现全球性的能源危机。人们应该认识到：至本世纪中期(2050年)，尽管石油资源将逐渐减少，如果及时、积极地采取应对措施，在石油产量达到峰值之前解决石油替代问题，那么石油资源匮乏问题将得到一定程度的化解。
中国油、气资源相对短缺，发展替代能源尤其具有重要意义，也是解决能源问题的根本途径。除了具体项目的实施需经反复地技术经济论证之外，具体发展方针、工艺路线更需要高层决策者根据国家资源条件、技术发展状况，高屋建瓴地从国家的长远规划角度和可持续发展理念出发，预测到替代能源方案三五十年的发展前景，进行统筹安排、制定替代能源发展
战略和路线，实现能源转型。
本文试图以我国资源、技术条件为基础，就发展运输燃料的宏观经济评估问题做一探讨。根据国内石油用途及使用情况，论述内容以运输燃料的替代为重点。结合我国的国情和资源状况，着重介绍煤基和生物质基的替代燃料生产技术和交通运输工具及其节能问题。抛砖引玉，供有关领导和决策者参考，其中涉及到的具体技术课题，请参阅笔者编著、即将由中国石化出版社出版的《石油替代综论》一书。
二、宏观评估的基准
(一)原料资源及其可得性
生产替代燃料的原料种类繁多，性质各异、可得性也不同。必须衡量资源量及可供应量等做出评估。
煤炭资源：中国是煤炭资源较为丰富的国家，国土资源部公布的煤炭探明可采储量为2040亿吨。全国煤炭预测资源量约为4.55万亿吨。但我国又是人均煤炭拥有量偏低的国家(中国和美国的人均煤炭拥有量分别为160吨／人和800吨／人)。
中国的煤炭消费以发电、供热(占50％)和工业用煤(包括炼焦、建材等占40％)为主；民用、农业、商业和交通运输用煤占10％。
国民经济高速发展，使煤炭消费量迅速增长，煤炭年产量已增至26亿吨。
发展煤制油(CTL)产业，需耗用大量的优质煤炭原料(每生产1吨运输燃料油，约需耗煤4吨)，应根据发电、工业和服务业发展的用煤量来综合规划替代燃料生产的煤炭可供应量。
天然气资源：是生产替代燃料、氢燃料的重要原料，我国的天然气资源相对较少。
生物质资源：包括谷物和油料植物、木质纤维素秸秆和能源作物。数据显示：中国乃至亚洲均为可再生能源(包括生物质、太阳能、风能、地热和水力)短缺地区，人均拥有量仅为100公斤(世界人均值为300公斤)。中国农业、林业生物质废料资源不足、也未建成生物能源产业。有合适水资源的荒漠地区可发展生物质能源的种植。
生产燃料乙醇和生物柴油的玉米和植物油均为农作物，不仅占用良好耕地、光合效率也低。我国的人均粮食、油料占有率均较低(人均粮食占有率仅0.38吨／人・年)，所以玉米生产乙醇和食用植物油生产生物柴油均不应是替代燃料发展方向。
中国农作物秸杆资源量约为6亿吨。扣除饲料、还田用肥料等，可供作能源资源量约折合标准煤1.7亿吨，林业废料约折合标准煤3.7亿吨。
甜高粱制乙醇是开发中的技术。茎杆中的糖分可发酵生产乙醇，榨汁后的纤维素和半纤维素也可用作生产乙醇原料。
生产薯类作物地区可以发展薯类制乙醇技术，用木薯制乙醇每亩地可产乙醇0.2吨。除了薯类的前期预处理过程与玉米原料不同外，其他工序均相近。薯类发酵的残渣营养价值较低，通常用作沼气或肥料。加工薯类淀粉的水耗量较大，污水处理难度较大。
(二)能耗与能效率
替代石油生产过程的能耗是重要的经济指标。
煤直接液化为高压高温操作、生产流程长。水电等公用工程和氢耗量均较高，生产过程综合能效率为50％左右，即使用2吨一次能源(煤)最终转化为1吨油品。
煤间接液化采用一次通过式合成流程、与联合循环发电技术相结合的联产流程是生产运输燃料油的优化路线。联产合成油的IGCC电站系统可以提高能效率(达到52％--55％，常规合成仅为42％左右)，并可降低建设投资和生产费用。
目前玉米生产燃料乙醇的能效率已达1.34。每生产1公斤高热值的燃料乙醇需消费化石能源0.34公斤(包括玉米耕种、玉米收获、乙醇生产和燃料乙醇分配)。
生物柴油的能效率为1.313。即每生产1公斤能量的生物柴油需消费化石能源0.313公斤。
所以严格说，目前的生物燃料并非完全的“绿色燃料”。
(三)环境影响与温室气体(GHG)排放
用碳基化石能源生产替代燃料造成的温室气体排放量超过原油炼制过程。以煤炭生产合成油为例，煤炭中约70％含碳在合成过程转化为CO2排入大气中，造成温室气体效应。即使采取CO2回收或填埋技术后，也仍有约10％含碳未能回收而排入大气中。
在CTL生产流程中应考虑CO2回收、利用，以解决温室气体排放问题。CTL生产过程中增加碳回收将导致过程的能效率降低2％--3％，生产成本约增长25％。建设投资也将相应增加。
以CITL为例：每吨合成油的碳排放量2--2.4吨(联产电力的合成油厂，碳排放量约相当于进料含碳量的72％--77％。CO2回收系统的碳扑集量约相当于原料煤含碳量的70％)。
替代燃料生产过程还可能造成大气污染物的排放，对局部的环境和居民健康构成危害。例如：硫氧化合物(SOX)扩散范围可达几百公里。形成“酸雨”危害土壤和农作物生产。澳大利亚曾计划发展大型油页岩工业项目，由于未能解决二恶英毒害防治问题而被迫搁置、停建。
(四)建设投资
煤炭直接液化或间接液化工厂的单位油品(吨/年)的建设投资约1.2万元，炼油能力为500---1000万吨／年的燃料型炼油厂，单位生产能力(吨/年)的建设投资约在1500--2000元。据此估算，与投资有关的折旧费、维修费用和保险费等项均相应增大，煤制油项目的固定成本约为炼油项目的6倍。
煤直接液化过程包括高苛刻度的加氢过程和大量的固体物料破碎、研磨过程；水电等公用工程能耗为20公斤／吨产品，使生产成本增高。
宏观而言，CTL项目应包括相应的采煤、铁路运输、供电及供水等公用工程设施，综合投资费用就更高了。
(五)生产成本与价格
替代燃料的生产成本与原料价格、公用工程消耗量和建设投资密切相关。由于CTL是投资密集的工业，不仅固定成本会相应增加，税率和资金回报率也应相应增加，才能促进资金积累和鼓励投资信心。考虑这些因素，CTL的投资利润率应不低于12％。
上述增加成本因素必然导致替代燃料价格上升，对石油燃料的竞争力降低。
(六)占用土地
多数生物质能源是靠光合作用、摄取太阳能获得的。发展生物质原料生产需占用大量耕地或开垦荒漠土地。就土地的“能量收获密度”而言，不同产品差别很大。粮食生产乙醇的转化效率低：单位耕地面积的乙醇产量差别很大：甜高粱：4.0；甘蔗；3.1；玉米：1.3吨／公顷。
每生产1吨生物柴油占用耕地面积(公顷)：大豆：2.7；菜籽油：1.0；蓖麻油：0.84；棕榈油：0.2。
黄连木每亩地可产生物柴油60公斤(产1吨油需占地17亩)，麻风树果可产生物柴油180公斤(产1吨油需占地5.6亩)。
微藻生物柴油每公顷可达到40--60吨产量，不需占用耕地，可利用荒漠土地，但对日照强度和二氧化
碳供应有特定要求。
(七)水资源
替代燃料生产过程需耗用一定量的水资源。直接液化CDTL的耗水指标为7--8吨／吨生成油；间接液化CITL的耗水量指标为8--10吨／吨生成油。若包括原料煤的水洗，则总耗水量可达10--12吨／吨生成油。水资源也是发展CTL工业的制约因素。中国北方是水资源短缺地区。
微藻生产生物柴油，在微藻培育过程需要补充水，可使用盐碱水或海水等非饮用水源，取决于藻类的品种。在荒漠地区发展微藻生物柴油尤其需要考虑水源问题。
三、石油替代方案
运输车辆的能耗与客货运输量、车辆的效率、使用燃料种类有关、提高运输车辆的效率对于节约燃料、减少温室气体排放均具有重要意义。
替代燃料的发展路线应与汽车发动机和汽车发展趋势相适应。从使用内燃机汽车、推广混合动力汽车(HEV)到未来的燃料电池汽车是必然的发展趋势。这一发展时程要经历较长时间和逐渐的过渡。因此，不同时期需要有不同的替代燃料发展路线。最先是解决汽、柴油和航空燃料的替代；然后是为推广插电式混合动力汽车(PHEV)或电动汽车提供电力；最终则是为燃料电池汽车提供氢燃料。
改进、提高运输车辆效率的节能效应是显著的。例如：常规内燃机汽车通过改进发动机系统、传动系统、机泵负荷、驱动系统和减低车身重量等就可提高汽车的行车效率。汽车内燃机的均匀充气压燃技术可大大节约油耗。推广HEV汽车和发展燃料电池汽车的节油效应更为显著。1公斤氢燃料就约相当于8升汽油。
按照油箱到车轮(TTW)表示的运输过程能量效率计算：常规火花塞式的汽油内燃机汽车的TTW效率为16.7％；混合动力汽油内燃机汽车为20.7％；可使燃料经济性提高24％。未来的氢气燃料电池汽车可按40％计算；燃料经济性约可提高150％。
生产替代燃料的原料包括煤炭、天然气、生物质、太阳能、风能、核能等。不同发展时期的使用的替代燃料有：液体替代燃料(替代汽油和替代柴油，燃料乙醇、生物柴油等)，然后是电力，最终是使用氢燃料。
以下按不同的原料(煤炭、天然气和生物质等)生产各类替代燃料工艺方案的宏观经济性论述如下：
(一)煤炭
在内燃机汽车时代，用煤制油技术生产液体替代燃料的两种工艺均有在进行产业化示范的项目。国内具备了煤制油技术的工程设计和建设能力
在油价较高、煤炭价格相对较低的条件下，在煤资源丰富地区适合建设煤制油工厂。
煤制油是投资密集的产业，还需要配套建设相应规模的煤矿、交通运输和公用工程系统设施。全系统的综合投资可能高于深海天然石油、非常规石油的开发，做好CTL建设项目的综合宏观技术经济论证是必要的。
煤制油过程造成了温室气体排放效应，需要采用CO2回收和埋存技术以减少排碳。建设减排设施将降低过程的能效率，还将导致每吨油品增加上千元的减排费用。
1、煤直接液化(CDTL)技术
国内建设的CDTL项目，在工艺流程、工艺设备和控制技术等方面均有改进和创新；已进展到大型工业示范阶段。
CDTL为高压加氢技术，工艺特点是使用高压、高温工艺设备，操作条件苛刻；耗用大量氢气。汽油质量好、柴油十六烷值低，需经过调合才能出厂
2、煤间接液化(CITL)技术
国内正积极推动CITL技术的产业化，已建设了3个示范厂。
主要优点：生产洁净的成品油、柴油质量好；生产费用低于CDTL，适合于在生产过程中回收C2。
主要缺点：工流程较长；能效率较低(常规流程42％，联产电力较高、约50％--55％)，石脑油不适合制造汽油，而适合用作裂解(生产乙烯)的原料。
由整体燃气化联合循环(IGCC)发电与合成工艺组成的油一电联产系统可扩大生产规模、提高系统能效率(55％)，相应降低建设投资。
发展合成油工厂的几个技术问题：
①由大型煤气化炉、先进合成技术和IGCC发电系统组成的联合工厂在工程建设和生产运行上均缺乏经验。
②联合工厂耗水量大，(用水指标约为8--12吨／吨合成油)，污水处理和对地下水源污染问题也值得关注。
③煤矿规模应与合成油工厂配套，生产规模为年产合成油300万吨合成油厂，年耗煤量为1500---1600万吨(包括发电和燃料用)，需要配置大型煤矿基地。国家应根据资源条件配合电厂扩建考虑建设油电联产企业。
④温室气体排放问题：每吨合成油的碳排放量2--2.4。
3、煤电为电动车提供能源需要采用洁净的煤燃烧技术提高发电的效率。IGCC煤发电技术的能效率达40％。建设投资较高(约8000元／kW)
4、煤制氢：在氢燃料推广初期将以煤制氢为主要方式。采用先进技术的大型煤制氢工厂，氢燃料成本就可降到燃料电池汽车可接受的水平
(二)天然气
近年来我国天然气资源量有了较快增长。但是，目前国产天然气量和进口液化天然气数量仍不能满足城市民用燃料和调峰发电的需要。考虑到资源可得性和原料价格等因素，应慎重评估建设天然气制油(GTL)项目的技术经济可行性。
(三)生物质
在内燃机汽车时代，生物质替代燃料的主要发展路线为燃料乙醇、生物柴油、微藻柴油和生物质制油等项。
1、燃料乙醇
(1)纤维素生物质生产燃料乙醇。纤维素(如秸秆)制燃料乙醇技术：用农业秸秆或能源作物生产燃料乙醇可望于5--10年内实现工业化。纤维素制乙醇的技术课题是提高纤维素水解效率、降低纤维素酶的成本、开发木糖发酵用的微生物菌种和优化生产过程，如果这些关键技术能在今后10年内取得突破性进展，2020年将有可能达到替代率达到20％的水平。开发中的技术包括：
①开发水解用的纤维素酶：纤维素酶是由具有不同功能多种酶的重组体。美国研发目标是降低酶的生产成本(把酶的有效成本从170美元／吨乙醇降低lO倍，达到17美元／吨乙醇)、提高酶的比活性。近期把纤维素酶的比活性提高3倍(相对于Trichodermareesei系统)，最终目标是把酶的‘比活性’即生成效率提高10倍，我国也应制定相应的目标。
②糖类发酵用的微生物：为了实现秸秆生产乙醇技术的工业化，需采用DNA重组技术开发出一种新的微生物重组体，以便可以同时将葡萄糖、木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇。研究发现：植入几种DNA基因体的发酵单胞菌可以同时进行葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的发酵。已经开发出了具有乙醇产率高、可在低PH值条件下发酵、副产物产率低的菌种；适合于工业生产使用。
③联合流程：为了将纤维素生物质完全转化为乙醇需要采用联合发酵流程。使用可以同时将葡萄糖、
木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇的微生物，在生产上可降低耗电量；减少冷却水用量；将发酵罐生产能力从2.5克／升小时提高至5克／升小时，从而可以大大降低发酵罐的容量，降低建设投资。
(2)粮食生产乙醇不是发展方向，这是因为：粮食作物的光合作用的效率低；粮食生产乙醇的转化效率低：单位耕地面积的乙醇产量(吨／公顷)：甜高粱为4.0；甘蔗为3.1；玉米为1.3；中国的可耕地面积少，人均粮食水平偏低(仅约为0.38吨／人・年)。
(3)其他原料：非粮乙醇生产技术研发现状。甜高粱：具有不占用耕地和光合效率高、抗旱、耐涝耐盐碱等特性。每亩地可收获鲜茎杆4--5吨。茎杆的榨汁作为发酵制乙醇的原料。目前，茎秆的储存、防止霉化变质和木质纤维素利用等技术问题尚未解决。薯类：在盛产薯类地区可适当发展燃料乙醇的生产。
2、生物柴油
2006年世界生物柴油总产量约为750万吨，相当于680万吨(油当量)。
生物柴油的原料种类繁多。除了食用植物油外、发展木本油料作物、回收餐饮废油等非食用油资源是发展生物柴油的方向。 发展生物柴油工业，需要为副产甘油开发新的用途。生产环氧氯丙烷、1，3-丙二醇可供选择。
植物油经过加氢处理生产绿色柴油是第二代生物柴油工艺。产品具有高十六烷值(80)、超低硫含量和不含芳烃等特点。国外已建成了工业生产装置。此类装置适合于建在炼油厂内部以充分利用已有的供氢和水电供应设施。
10万吨／年生物柴油工厂的建设投资约3亿元左右，折合单位能力的建设投资指标为3000元／吨／年。
以大豆油为原料生产生物柴油工厂的生产成本与植物油原料价格密切相关。大豆价格为3000元／吨和4000元／吨时，生物柴油生产成本分别约为4700元／吨柴油当量和5100元／吨柴油当量。
3、微藻柴油
美国等国家已经对微藻生产生物柴油课题进行了近30年的开发研究，经过实验室和户外研究，已经在优选藻类品种、光合作用机理、培育方法和条件、培育水池构造等方面取得成果。一些公司正在积极从事“露天微藻培育水池”和“微藻光生物反应器”的开发，推动微藻柴油的工业化生产。
微藻生产生物柴油的工业化取决于地区拥有的资源条件、微藻生产技术和工艺设备的开况。
资源条件主要包括：气候和日照条件、C2和营养物的来源；微藻柴油工厂应靠近炼油厂、发电站、油田天然气田以便就近取得CO2；可用的水源，微藻培育过程需要补充水，可使用盐碱水或海水，取决于藻类的品种。
微藻培育：培育微藻设施已经研制了光生物反应器和露天培育水池两种方案。在建设投资和运行上各有优缺点，均处于研究、开发阶段。尚未进入工业示范阶段。
微藻生产技术包括微藻收获、生物质干燥、提取生物油等过程，均为开发中的技术。
微藻柴油的主要优点是单位土地面积产率比用植物油生产柴油高出几十倍，且不占用耕地。但在土地上布置大面积的开放式培养池或密闭式光生物反应器，需要巨额投资。
4、生物质制油(BTL)
国外已开发成功了木质纤维素两段气化生产合成气技术，并已建成了合成气生产运输燃料的示范装置。
生物质制油包括生物质气化和合成2个工序，系统热效率较高(50％--55％)。但生物质原料的集运困难，考虑适宜的原料收集半径，BTL生产规模以年产生物油≤10万吨为宜。BTL单位投资约为1.5--1.8万元／吨／年，高于CTL。
5、生物质发电厂
规模为25--50MWe热效率(28％)，远低于大型IGCC燃煤电厂。建设投资也高于后者。
生物质发电改为煤一生物质混烧具有减少排碳效应，是更适宜的组合。
四、对比方案
石油替代的宏观规划存在诸多的不确定因素，除了应反复论证、及时修订外，尤其需要根据资源、工艺路线和目的产品等条件做出不同方案的横向比较，才能得出较为切合实际的发展方针、路线。
许多一次能源(如煤、天然气、生物质和微生物)都能通过CTL、GTL、BTL和AGL(微藻制油)等技术路线转化为烃燃料，但它们同时也可是发电(CTE、GTE、BTE)的原料。从而可组成不同的横向对比方案。例如：既可引出诸如煤发电一生物质制油与煤制油一生物质发电的两组宏观对比方案。又可引出(用太阳能的)微藻制油一煤发电与煤制油一太阳能发电两组宏观对比方案。另外，电力汽车的能耗低于内燃机汽车，于是，从原料煤开始，可以有煤制油、煤发电两组对比方案，从中可以看出发展电动汽车对社会和消费者的节约效应。实例说明如下：
(一)煤或生物质交叉生产电力或运输燃料
设定煤制油―生物质发电和生物质制油―煤发电两组方案。煤制油和生物质制油规模均为年产运输燃料油100万吨；或是用煤、生物质为发电燃料，进行两组方案的对比。原料年消耗量分别为：煤炭330万吨，生物质原料600万吨。综合比较主要结果如下：
能效率：BTL的能效率(48％)略高于CTL(42％)。生物质发电能效率(28％)低于IGCC燃煤发电(40％)：
建设投资：BTL规模较小，单位建设投资比CTL高(约20％)。原料煤量同等的CTL31)--投资(140亿元)高于煤IGCC发电厂投资(110亿元)；
生产规模：生物质大规模集中运输困难，BTL只能到年产10万t级规模，生物质发电厂规模在25--50MWe之内；
环境效应：CTL的温室气体排放率为石油炼厂的1.8倍，煤―生物质联合制油(CBTL)的GHG排放率仅相当于原油炼制过程的20％，故环境效益好于CTL；
生物质发电改为煤―生物质混烧也是合理的组合。
(二)电动汽车和汽油汽车的能效率对比
实质上是CTL-煤发电的能效率对比。
HEV汽车可将回收的动力转化为电力再利用，插电式混合动力汽车(PHEV)可直接用电力替代汽油。若常规内燃机汽车每百公里耗油量按7.2升计、电动汽车耗电量按18kWh计，则相应的油-电当量为：2.5kWh电力可替代1升汽油。
若汽油和电力均为来自煤炭，上述事例既说明先进交通运输工具的节能意义，又表明不同煤炭利用路线的经济性。说明如下：
暂按4.0kWh电力替代1升汽油计算，即5.4MWh电力(即1kW装机容量)相当于1吨汽油。可以就CTL和煤发电两条工艺路线，从原料消耗和能效率、投资和社会效益等方面对比，生产同等数量燃料的效果作出如下比较：
煤耗和能效率：CTL生产1吨燃料需耗用标准煤3.5吨，综合能效率为45％；IGCC煤发电生产5，4MWh电力耗用标准煤1.8吨，能效率为40％；生产等量运输
燃料的耗煤比率为制油：发电=1：0.51。 建设投资：CTL工艺，1吨生产能力的建设投资约为1.4万元；1KW发电能力的IGCC电厂建设投资约为0.8万元；燃煤电厂投资大大低于CTL技术。
消费者收益：驾驶PHEV汽车按每年节约汽油0.5万元、支付电费0.24万元，净节约燃料费0.26万元；购车差价按2万元计算。则增加购车费的静态回收期达8年。为推动“以电代油”，国家应实施购买PHEV汽车的优惠政策。
环境效应：PHEV汽车可实现零碳排放。GHG效应优于汽油车。
(三)2种原料―2种产品交叉方案
太阳能是地球一次能源的唯一来源，可采用塔式集热技术发电、也可为微藻生物柴油的生产提供光合作用的光源。煤炭可用作CTL技术生产燃料油的原料、也可用作IGCC技术的发电燃料。这就可组成煤制油―太阳能发电(方案甲)和微藻柴油―煤发电(方案乙)两组对比方案。
以年产替代燃料100万吨为基准，CTL制油和发电用煤量相等。设定太阳能集热发电规模与煤发电相等。进行此两组方案的技术经济比较。主要结果如下：
a)相同煤加工量的煤制油投资(140亿元)高于IGCC煤发电(110亿元)。
b)煤制油能量转化效率(45％)高于IGCC煤发电(40％)；但如上所述，电代油具有节能效应。
c)太阳能塔式集热发电按峰值计算达70GWP，折合年均20GW，投资高(280亿元)(应还有降低空间)；微藻柴油尚未建成工业装置(全部按高效的光生物反应器估算投资约为300亿元)。两者的投资均为数量级估算，投资额接近。
d)同等规模的微藻柴油工厂建设投资大大高于CTL。
e)微藻柴油―煤发电组合方案有利于电厂烟气的C02利用。
f)太阳能集热发电、微藻柴油均需占用大量土地。适合于建在光照条件好、地势平坦的荒漠(微藻需有水源)地区。
g)根据数据粗略估算；方案甲的经济性好于方案乙。
五、小结
1、煤制油技术基本成熟，是正在进行产业化示范的技术。煤制油的发展规模受到煤炭的可供应量(煤炭是发电和工业的重要燃料；我国煤矿产能已位居世界第一)和石油价格趋势等因素的约束，只能适度发展。在地区规划的基础上宜通过论证及早确定全国发展规模，不宜各行其是。预期中远期的石油替代规模约可相当于“一个大庆”。
2、油砂沥青和特重质原油约占世界原油资源总量的一半，油页岩也是重要的非常规石油资源。预计今后20--30年期间，非常规石油生产将有较大的发展以补充常规石油的短缺。预测表明：2030年非常规原油的产量将可增长至占世界石油总产量的10％左右。我国拥有油页岩炼油工业基础，发展油页岩工业需要改进加工、炼制技术，提高生产规模，解决环保技术问题。
3、生物质制油发展规模受资源可得性、资源综合利用等因素的约束。发展生物质能源作物的种植、充分利用生物质废料(秸秆、林业废料、生物垃圾)，在发电、制油和其他用途优化利用、综合平衡的基础上，可考虑用3亿吨原料生产替代燃料0.5亿吨(石油当量)作为中远期的发展目标。
生物燃料的优缺点范文第5篇
【关键词】新型燃料 乙醇 解决办法 假设
当今世界，社会的发展是伴随着能源的发展而发展的，能源已经成为人类发展道路上不可或缺的基础。然而，目前我们所使用的能源主要是一些化石燃料，如煤、石油及天然气等。但由于化石燃料具有不可再生性的特点，是越用越少，很容易出现能源危机，从而导致能源争夺，引起国与国之间的战争。要想解决这个能源问题，研究和开发新能源是最行之有效的途径，如太阳能、风能、地热能等。笔者通过大量查阅相关的文献资料，对新型的燃料能源之一――乙醇，从工业生产原料及生产工艺、生产和使用过程中存在的问题和针对问题提出的可能解决办法等方面入手，并针对的上述存在的种种问题，人们提出的可能地解决办法，进行了详细的综述，希望能对后来的研究工作者们提供一定的参考研究方向。
一、在原材料及生产工艺方面
要生产一样质量高的产品，首先得有优质的生产原材料。目前，世界上生产燃料乙醇的原材料主要有：淀粉质原料（马铃薯、玉米、高粱等），糖质原料（甘蔗、甜菜等），纤维原材料（农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、造纸厂和造糖厂含有的纤维下脚料以及生活垃圾等），其他原料（造纸厂的亚硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的淀粉渣及奶酪工业的副产品等）[1]。它们各自有着各自的优缺点：如以玉米为原材料，它具有原料来源广、相比之下原料的生产产量高、生产乙醇的技术相对较为成熟等优点，但如果仅用玉米为原料，到“十一五”末期，我国玉米产需将会出现较大的缺口，供不应求，造成挤占生产粮食的耕地面积，从而形成“与人争粮”的局面[1]。同样，要得到优质的工业产品，优良的生产工艺也是必不可少的，它不仅决定着产品质量的好坏，而且还会影响一个公司的经济效率。舒雪梅[2]等人将甘蔗渣用氢氧化钠、稀硫酸及超声波辅助减法进行乙醇化预处理，探究实验条件（如酸碱质量浓度、温度、时间等）对甘蔗渣预处理的影响，结果表明，在质量分数为0.8%，质量浓度为0.04g/ml的硫酸中，反应温度为135℃的条件下，经酶水解4min后得到糖的质量分数为17.81%；在质量分数为9%，质量浓度为0.125g/ml的氢氧化钠中，反应温度为40℃的条件下，经酶水解15min后得到糖的质量分数为14.50%；如果先用超声波预处理，再经过相应的酶水解后，得到糖的质量分数可高达18.65%，显著增强了酶水解得糖的活性。Krishna等人采用酿酒酵母菌，对纤维素同时进行糖化和发酵，发现反应的最佳温度为38.5℃，而美国国家可再生能源实验室（NREL）同样使用酿酒酵母菌，对纤维素进行发酵，发现反应的最佳温度与Krishna的结果相接近，是38℃，并且在上述最佳酶酵母菌和最适反应条件下，大约有80%以上的纤维素都转化为乙醇，产率是比较高的。刘庆玉[3]等人以玉米秸秆为原料，经过生物预处理后，用糖化酶之一的纤维素酶进行处理，再用树干毕赤酵母菌和酿酒酵母菌对植物多糖进行同步的糖化和发酵制，制取乙醇燃料，用分光光度法对发酵液中的乙醇含量进行测定，探究接种比例、发酵温度和时间、纤维素酶用量等因素对提取玉米秸秆中乙醇的影响，并采用正交试验优化发酵条件。最终结果表明：在接种1：1比例的真菌、控制发酵温度在36℃的条件下，使用40IU/g的纤维素酶，发酵96h，最后能得到乙醇产率为12.03%。
二、生产和使用过程中存在的问题
（一）生产原材料的缺乏和单一，当今世界，大多数国家生产燃料乙醇都是以玉米或甘蔗为原料的，使用其他物质为原料的较少。但如果大量的使用玉米和甘蔗为原料，就会出现玉米和甘蔗的供不应求，因而为了满足市场的需要，势必会造成挤占生产粮食的耕地面积，从而形成“与人争粮”的局面[1]。
（二）生产技术的落后，社会上，生产燃料乙醇的研究大都是以玉米或甘蔗为研究对象，且研究得还不够深入，运用于工业生产上的技术还不够完善；对把其他物质（如纤维素类）作为生产原料的研究较少。
（三）乙醇由于其燃料热值比汽油的低得多，当发动机分别燃烧同样量的汽油和乙醇时，燃烧乙醇的汽油机其输出功率和扭矩都比燃烧汽油的少或小，因此，要完成同样的工作量，需要消耗乙醇的量多，从而带来一系列的不便。
（四）乙醇本身具有强烈的吸水性、溶解性和挥发性，能腐蚀发动机的外壳，与发动机上的油形成乳化液，使油失去的效果，损坏机器；还能溶解汽油机供油系统及燃油分配系统管路中的沉积物，从而阻塞滤清器，使其失去过滤能力[4]。
（五）乙醇的着火点低，灵敏度大，与汽油合用时的抗暴性下降，且火焰呈现无色无烟的状态，发生火灾的隐患较大[4]。
三、解决办法
（一）深入对燃烧乙醇生产原料的开发研究，特别是对纤维类原料的研究，做到变废为宝，把一些相应工业垃圾回收再利用。
（二）为了解决乙醇的燃烧热值低，需要的体积大，携带不方便，可以适当地提高乙醇的压缩比，在加入助溶剂（异丁醇）的情况下与汽油混合使用，从而提高其热效率[4]。
（三）为了减少乙醇对油的效果产生影响，可以向油中添加特殊的添加剂，或在油箱内保持较多的油；并可以再金属表面覆盖一层聚烯烃膜，从而减少电化学腐蚀，保护发动机外壳[4]。
参考文献：
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[2]舒雪梅，刘建本，刘红艳.甘蔗渣乙醇化预处理方法比较[J].吉首大学学报（自然科学版）. 2014.35（1）： 83-87.
[3] 刘庆玉，王晓威，张大雷. 玉米秸秆同步糖化共发酵工艺条件优化[J].可再生能源 . 2011.29（3）：100-103.
