生物质燃烧：可持续的能源选择？

在寻找未来发电方式的过程中，我们应该谨记今天所面临的基本的限制条件：

化石燃料可能会最终枯竭；

大气不能容纳大量的燃烧废物；

人们对任何形式的核电的强烈反对；

太阳能和风能的能量流密度非常小（发电需要占用大片的土地）；

大气中的氧含量在损失。

很自然要产生一个疑问，能源应该从哪里来呢？惟一的现实的可能性似乎是地热和太阳能。前者有它本身的局限性，但是不在本书的讨论范围内。

在我们看来，惟一的来源是太阳能，因为它不消耗化石燃料并且不消耗地球上的氧气也不需在地球上发生核反应。距离我们很远的太阳上发生的热核反应，每秒要燃烧掉400万t氢并将之转化成氦。这些能量照射到宇宙空间中，其中的很小一部分落在了地球的表面，支撑着陆地上和海洋里的植物的光合作用。入射的太阳能与地球表面和大气之间的能量交换平衡图解如图8-1所示。

光合作用产生的一部分有机物叫做生物质，它们被当作燃料来使用。对于这种燃料，我们应该首先考虑上面的问题。

众所周知，生物质燃烧产生的废气对我们肺的危害性（甚至致癌），并不比燃烧其他碳氢化合物燃料所产生的废气少。使用生物质燃料的惟一正当的理由是在考虑到温室效应时，它的CO₂中立性。燃烧中产生的所有CO₂都是先前在光合作用中被吸收的：

CO₂＋H₂O＋光照⇒CH₂O＋O₂（8-1）(www.xing528.com)

在燃烧中，我们有

CH₂O＋O₂⇒CO₂＋H₂O＋热量⇒动力（8-2）式中，CH₂O是生物质燃料的简化描述，其中包括成分复杂的有机物，如木头、泥炭粒或绿色植物。

图8-1 地球能量收支平衡图解（评价值：100％＝1368W/m²是太阳常数） （来自：http：//marinerutgersedu/mrs/education/class/yuri/erbhtml）

图8-2 SOFT概念的图解示意，包括水藻池、燃料从水中的分离、空气分离、氧化燃烧发电厂和二氧化碳的吸收和循环（Yantovsky，2002）

与其他的碳氢类燃料一样，生物质燃料的燃烧侵犯了人们的一项基本的权利——呼吸的权利。为什么要我们呼吸被生物质燃烧所污染的空气呢？

这就是为什么标题中问题的答案是“明显不是”的原因。如果根据零排放准则应用相同的反应［式（8-1）和式（8-2）］，这一状况会有所改善。这就意味着要完全回收排放到大气中的燃烧产物。这样的一个用来发电的封闭生物质循环，首先是在1991年日内瓦召开的世界清洁能源会议上，以名称SOFC（太阳能氧化燃料汽轮机）循环被提出的，见28节。经过详细的计算，它在美国、俄罗斯和以色列（美国专利号为6477841，B1，2002年11月12日）通过了专利申请。SOFT循环流程如图8-2所示。

这个循环的组成包括一个满是水藻（最好的是生长在咸水的藻类Gracillaria或石莼）的水池、一个燃料分离单元（FSU）、一个用于分离氧气的空气分离单元（ASU）和一个零排放电厂（ZEPP），要带有一个吸收器来吸收二氧化碳和由FSU分离出的水带来的其他燃烧产物，然后将它们返至水池供给水藻。这个过程是这一章的主题。

在光照下水藻不断生长，通过光合作用将CO₂转化成有机物。为了增加从海藻中获得的收益，高价值的有机物用作食品和饲料等行业的原材料，剩下的部分作为用来发电的生物质燃料。这和炼油厂先把轻油部分提取出来的生产过程类似。由于从空气中分离出了氮气，燃烧产物很容易被水吸收并返还到藻池。