普渡承诺生物燃料可满足美国运输需求
普渡承诺生物燃料可满足美国运输需求
普渡大学(Purdue University)的化学工程师们提出了一种新的环保工艺，利用从农业和森林废弃物中可能获得的植物物质(或生物质)生产液体燃料，为“整个美国交通部门”提供所需的所有燃料。好用的买球外围app网站
新的方法修改用于通过一个步骤称为气化过程中从一个“无碳”能量源添加氢，如太阳能或核能，从生物质制备液体燃料的常规方法。在这个步骤期间加入氢气，抑制二氧化碳的形成和增加了该方法的效率，使得能够从生物质相同量的生产生物燃料的三倍体积，雷克什·阿格雷瓦尔，普渡的Winthrop的E.石杰出化学教授说工程。
研究人员称他们的方法为“氢-碳混合过程”，即H2CAR。
“还需要进一步研究，以使这一大规模的现实，”阿格拉瓦尔说。“我们可以用H2CAR提供可持续的燃料供应，以满足整个美国运输部门的需求 - 所有的汽车，卡车，火车和飞机”好用的买球外围app网站
这个过程中，这将使一个可能的曙光“氢碳经济”，在网上在本周的美国国家科学院的诉讼出现的研究论文中详述。该文件是写的阿格拉瓦尔，化学工程博士生那伏乃尔河辛格和化学工程教授法比奥H.里贝罗和W.尼古拉斯Delgass。
传统的将生物质或煤转化为液体燃料的方法是，首先用化学过程将原料“气化”成二氧化碳、一氧化碳和氢。然后这些成分通过其他过程变成液体燃料。
在H2CAR的概念中，氢是通过分裂水分子来获取的，可能采用一种众所周知的方法，即电解。然后在气化步骤中加入氢，通过抑制二氧化碳的形成并将所有的碳原子转化为燃料，使气化过程更有效率。
当常规的方法用于生物质或煤转化成液体燃料，在起始原料中的碳原子数的60％至70％的丢失的过程中二氧化碳，一种温室气体，而没有碳原子将使用H2CAR丢失，阿格拉瓦尔说。
“这是垃圾由于您使用包含在生物量带动整个过程中的能源，”他说。“我说，处理生物质主要为碳原子的供应商，而不是作为能量来源。”
电解的电力将由太阳能、风能或核能等无碳能源提供。而且，与从植物和煤中生产液体燃料的传统方法不同，H2CAR不会向大气中排放二氧化碳。
阿格拉沃尔说:“我们的目标是通过从无碳能源中补充氢的转化过程，完成原料中每个碳原子向液体燃料的完全转化。”
其他研究人员估计，美国每年可提供约14亿吨可专门用于生产液体燃料的生物质。按照传统的方法，这些生物质可以提供全国每年运输所需燃料的30%。好用的买球外围app网站但相同数量的生物质将提供足够的燃料，以满足所有运输需要使用新的H2CAR方法，阿格拉沃尔说。好用的买球外围app网站
“这是可能的，而无需使用任何额外的土地，”他说。
一项联邦研究表明，每年可能有10亿吨生物量来自农业来源，如作物废料、动物粪便、谷物和其他作物。剩余的生物量可以来自森林的燃料木材、木材加工厂和造纸厂留下的废物以及建筑和拆除的碎片。
该过程在使用常规方法，其排放二氧化碳从煤生产液体燃料也提供了潜在的优势。因为H2CAR不会发出这种额外的二氧化碳，该法将消除拟议二氧化碳的需要“封存”。
隔离包括将二氧化碳排放到盐水含水层和用于储存石油、天然气和煤炭的地下空穴。但这一过程存在几个潜在的陷阱。
阿格拉瓦尔援助“显然，二氧化碳的大量量将来自煤炭，长达一个世纪的生产液体燃料的过程中隔离”。“这将放置在二氧化碳捕获，存储和监控系统极高的要求。”
新工艺也将比全电动或氢动力汽车更实用，部分原因是电池和储氢罐的存储能力有限。
阿格拉沃尔说:“现有的基础设施为运输和储存今天的燃料提供了极大的便利，这对引进仅使用电池或氢气的技术构成了巨大的阻碍。”“我们的流程的一个主要优势是，它将使我们能够使用现有的基础设施和内燃机技术。这对于混合动力汽车和插电式混合动力汽车是很有吸引力的。
使用传统的生产生物燃料的方法来生产足够的生物燃料来满足全国交通运输的需要，这将需要美国国土面积好用的买球外围app网站的25%到55%，而使用H2CAR的方法需要大约6%到10%的国土面积。
Agrawal说:“H2CAR所需的土地面积大幅减少，为在可预见的未来可持续生产碳氢燃料提供了机会。”
一个主要的原因，将需要更少的土地是因为利用太阳能来驱动电解通过分裂水分子产生氢的总效率较高。通常情况下，从生物质中制成的液体燃料中的氢来源于植物物质本身。但是它通常需要将太阳能的10倍以上比它产生的氢具有通过使用太阳能发电电解方法相同的能量含量的等效量种植农作物，他说。
“因此，从水通过电解太阳能衍生提供氢气减少了所需的生物质的量，”阿格拉瓦尔说。“生长中的作物的平均能量效率典型地小于1％，而光伏电池的能量效率，水分裂成氢气和氧气为约8％-10％。我在更高的效率获得氢比我获得生物量，意思我需要更少的土地“。
如果只使用煤炭来为美国的交通运输部门生产液体燃料，美国所有的煤炭储量将在大约90年内耗尽，而H2CAR将使已知的煤炭储量维持14好用的买球外围app网站0年。
研究人员在论文中提出了使新方法切实可行所需的化学处理步骤。但要使这一概念在经济上与汽油和柴油燃料竞争，需要在两个领域进行研究:找到从无碳来源生产廉价氢的方法，以及开发用于这一过程的新型气化炉。
阿格拉沃尔说:“尽管如此，这是创造一个可持续系统的第一个概念，这个系统从生物质中提取所有的运输燃料。”好用的买球外围app网站
普渡大学已经申请了专利的概念。该方法是在概念阶段，并为实验研究计划正在进行中。这项工作是由能源中心在普渡大学的愉景新城的支持。
新的方法修改用于通过一个步骤称为气化过程中从一个“无碳”能量源添加氢，如太阳能或核能，从生物质制备液体燃料的常规方法。在这个步骤期间加入氢气，抑制二氧化碳的形成和增加了该方法的效率，使得能够从生物质相同量的生产生物燃料的三倍体积，雷克什·阿格雷瓦尔，普渡的Winthrop的E.石杰出化学教授说工程。
研究人员称他们的方法为“氢-碳混合过程”，即H2CAR。
“还需要进一步研究，以使这一大规模的现实，”阿格拉瓦尔说。“我们可以用H2CAR提供可持续的燃料供应，以满足整个美国运输部门的需求 - 所有的汽车，卡车，火车和飞机”好用的买球外围app网站
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传统的将生物质或煤转化为液体燃料的方法是，首先用化学过程将原料“气化”成二氧化碳、一氧化碳和氢。然后这些成分通过其他过程变成液体燃料。
在H2CAR的概念中，氢是通过分裂水分子来获取的，可能采用一种众所周知的方法，即电解。然后在气化步骤中加入氢，通过抑制二氧化碳的形成并将所有的碳原子转化为燃料，使气化过程更有效率。
当常规的方法用于生物质或煤转化成液体燃料，在起始原料中的碳原子数的60％至70％的丢失的过程中二氧化碳，一种温室气体，而没有碳原子将使用H2CAR丢失，阿格拉瓦尔说。
“这是垃圾由于您使用包含在生物量带动整个过程中的能源，”他说。“我说，处理生物质主要为碳原子的供应商，而不是作为能量来源。”
电解的电力将由太阳能、风能或核能等无碳能源提供。而且，与从植物和煤中生产液体燃料的传统方法不同，H2CAR不会向大气中排放二氧化碳。
阿格拉沃尔说:“我们的目标是通过从无碳能源中补充氢的转化过程，完成原料中每个碳原子向液体燃料的完全转化。”
其他研究人员估计，美国每年可提供约14亿吨可专门用于生产液体燃料的生物质。按照传统的方法，这些生物质可以提供全国每年运输所需燃料的30%。好用的买球外围app网站但相同数量的生物质将提供足够的燃料，以满足所有运输需要使用新的H2CAR方法，阿格拉沃尔说。好用的买球外围app网站
“这是可能的，而无需使用任何额外的土地，”他说。
一项联邦研究表明，每年可能有10亿吨生物量来自农业来源，如作物废料、动物粪便、谷物和其他作物。剩余的生物量可以来自森林的燃料木材、木材加工厂和造纸厂留下的废物以及建筑和拆除的碎片。
该过程在使用常规方法，其排放二氧化碳从煤生产液体燃料也提供了潜在的优势。因为H2CAR不会发出这种额外的二氧化碳，该法将消除拟议二氧化碳的需要“封存”。
隔离包括将二氧化碳排放到盐水含水层和用于储存石油、天然气和煤炭的地下空穴。但这一过程存在几个潜在的陷阱。
阿格拉瓦尔援助“显然，二氧化碳的大量量将来自煤炭，长达一个世纪的生产液体燃料的过程中隔离”。“这将放置在二氧化碳捕获，存储和监控系统极高的要求。”
新工艺也将比全电动或氢动力汽车更实用，部分原因是电池和储氢罐的存储能力有限。
阿格拉沃尔说:“现有的基础设施为运输和储存今天的燃料提供了极大的便利，这对引进仅使用电池或氢气的技术构成了巨大的阻碍。”“我们的流程的一个主要优势是，它将使我们能够使用现有的基础设施和内燃机技术。这对于混合动力汽车和插电式混合动力汽车是很有吸引力的。
使用传统的生产生物燃料的方法来生产足够的生物燃料来满足全国交通运输的需要，这将需要美国国土面积好用的买球外围app网站的25%到55%，而使用H2CAR的方法需要大约6%到10%的国土面积。
Agrawal说:“H2CAR所需的土地面积大幅减少，为在可预见的未来可持续生产碳氢燃料提供了机会。”
一个主要的原因，将需要更少的土地是因为利用太阳能来驱动电解通过分裂水分子产生氢的总效率较高。通常情况下，从生物质中制成的液体燃料中的氢来源于植物物质本身。但是它通常需要将太阳能的10倍以上比它产生的氢具有通过使用太阳能发电电解方法相同的能量含量的等效量种植农作物，他说。
“因此，从水通过电解太阳能衍生提供氢气减少了所需的生物质的量，”阿格拉瓦尔说。“生长中的作物的平均能量效率典型地小于1％，而光伏电池的能量效率，水分裂成氢气和氧气为约8％-10％。我在更高的效率获得氢比我获得生物量，意思我需要更少的土地“。
如果只使用煤炭来为美国的交通运输部门生产液体燃料，美国所有的煤炭储量将在大约90年内耗尽，而H2CAR将使已知的煤炭储量维持14好用的买球外围app网站0年。
研究人员在论文中提出了使新方法切实可行所需的化学处理步骤。但要使这一概念在经济上与汽油和柴油燃料竞争，需要在两个领域进行研究:找到从无碳来源生产廉价氢的方法，以及开发用于这一过程的新型气化炉。
阿格拉沃尔说:“尽管如此，这是创造一个可持续系统的第一个概念，这个系统从生物质中提取所有的运输燃料。”好用的买球外围app网站
普渡大学已经申请了专利的概念。该方法是在概念阶段，并为实验研究计划正在进行中。这项工作是由能源中心在普渡大学的愉景新城的支持。
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