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龍騰世紀 各類基礎知識 生物能量轉化過程 文 / 編輯手札

    一、生化轉化過程:

    1.厭氧消化

    厭氧消化為一生化轉化過程,依靠不需氧微生物將固體有機物轉化成甲烷、二氧化碳、氫及其他產物,整個轉化過程可分成三個

    步驟。

    首先將不可溶復合有機物轉化成可溶化合物;

    然後可溶化合物再轉化成短鏈(shorain)酸與乙醇;

    最後,二步驟的產物再經各種厭氧菌(不需氧生物)轉化成氣體,一般最後的產物含有50∼80%的甲烷,最典型產物為含65%的甲

    烷與35%的二氧化碳。

    其主要優點為可利用水分含量達90%的有機物,可小規模利用,淤渣能充當農作物的肥料。至於主要缺點為大量廢水需適當處理

    ,氣體產品儲藏費用高。

    2.乙醇發酵

    糖類作物發酵可製成乙醇。一般所謂的乙醇整批製程(barss),先將發酵物(糖類作物)稀釋至糖分約為20%(重量)

    ,且酸化至ph4∼5,再加入酵母菌(約5%,),再將液體施以分留和精煉。一般2.5加倫糖或5.85公斤糖(約2184kcal)可製造1

    加倫的乙醇升,21257kcal),因此在整個發酵過程中幾無能量損失。

    若使用澱粉作物(例如,玉米、大麥)做發酵物,必須先將澱粉轉化成可發酵糖分,然後再進行發酵。可供發酵製造乙醇的作物

    ,包括甘蔗、蕃薯,甜菜等。

    由作物發酵生產乙醇的費用約為每公升0.34美元,其高生產成本是由於製程為整批式而非連續的,最終產物(乙醇)含有酵母需

    再精煉處理。這種產量不足以克服高度工業化的需求。現在美國的消費量將近30億桶,以能含量計約為四十億桶的酒精(酒精的熱能

    約為汽油的70%)。在美國木材地區此等數字作比較,總計約為70萬平方里(萬平方公里),其三分之一即約16億畝是有的賣

    的,且實際可用的約為35億畝,我們認為,像美國這樣的國家的燃料需求還不能由發酵酒精來克服。

    二、熱化學轉化過程

    1.熱解:

    熱解也稱為干餾(destrvedisan),指在缺氧條件下的加熱作用。將有機物熱解會產生氣體、液體與固產物,大多

    數熱解氣體(pyrogas)的主要成分為h2、co2、co、ch4與少量碳氫化合物(例如,乙烷);熱解液體一般含有乙醇、醋酸、水或焦

    油(tars)等;至於熱解固體殘餘物含有炭(例如,木炭)於灰分等。

    熱解過程包括下列處理程序:原料粗碎,烘乾粗碎原料,去除雜質,原料細碎,熱解,冷產物,儲存與分配產物。熱解加熱過程

    中,固態有機物一般於300c以上開始進行熱解,某些催化劑(例如,氯化洌┘山檔腿冉夥從Φ鈉鶚嘉露取4死噯冉夥從Ψ淺8叢硬

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    薪材熱解作用一般指在大氣壓和200c∼600c溫度之間進行,在此狀況下典型的產物包括:木炭30∼35%有機液體18∼20%氣體

    20%(產品重量相對與乾燥源料的重量)如果將薪材加熱至1100c,熱解作用依然存在。在此狀況下,大部分液體與固體分餾物將

    進一步分解,故有較多氣體產物產生.

    氣化:有機物的氣化是熱化學反應將固體燃料轉化成可燃氣體。完全燃燒必須發生在有充分氧氣的狀況下,而有機物氧化作用

    則必須在氧氣不足的狀況下進行。

    氧化過程的主要反應為:

    c+02co放熱

    c+h2oco+h2吸熱

    co+h2oco2+h2放熱

    c+2h2ch4放熱

    最簡單的氧化作用方式為空氣氧化(airgasan),有機物在有限量空氣之下進行不完全燃燒反應。空氣氧化爐構造簡單

    、價格便宜並且可靠性高,主要缺點在於所產生氣體被空氣中氮氣所稀釋,因此氣體產物的熱值低,經濟效益不高。

    2.液體燃料製造

    直接液化

    使用co或h2作為還原劑,於高溫高壓下將有機物直接氧化,且均產生油狀液體產物,其可再分餾而充當燃料使用。

    間接液化

    將有機物間接液化的主要方法,採用合成氣體製成原料。而最先發展的間接液化法是處理煤氣液化。

    a.合成氣體製成乙醇:

    此過程在石化工業上應用極廣,多用作乙醇製造。目前可行方法很多,其中最易的方法是將h2與co在高溫(約300c)與高壓(

    約100atm)下結合,並使用催化劑。反應方程式為:催化劑co+2h2──ch3oh(合成氣體)(乙醇)此法自薪材提煉乙醇,產率約

    為360公斤/噸薪材,能量轉換效率約在30∼40%之間。顯然乙醇熱含量噸)低於石油燃料噸汽油),但其仍

    可用於發動汽、柴油機。

    b.mobil法:

    若利用mobil法可將乙醇轉化成高辛烷值汽油,因此可免修改引擎。此方法在試驗室內己獲證實,轉換效率可達90%。紐西蘭目

    前正籌建一座日產量12500噸合成石油工廠,可將天然氣轉化為乙醇。

    cfisher-tropseh法:

    fisher-tropsch法利用催化劑將合成氣體製成碳氫燃料。此法發明於1920年,而二次大戰時盛行於德國,以製造合成燃料,今日

    南非利用此法以轉換煤碳,但產物複雜,目前正研究尋求適當催化劑以使產物化單純化。此法若改採用有機物做原料,則產物的硫含

    量較低。

    目前研究中之另一有機物間接液化法,是將熱解氣體製成合成石油,其未來發展潛力被看好。此技術稱為chinalarss

    ,其採用先進的快速熱解步驟,它比標準熱解法可產制含較多幣屬烴(ns)的氣體產品。此氣體產品再經壓力聚合成高

    分子量碳氫化合物,經精煉後即可成為有用燃料。據估計總轉換率有22%
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