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第1篇：生物燃料的優缺點范文

全球石油化工巨頭埃克森美孚近日的《全球能源展望2012》報告中提到，受經濟增長和人口因素影響，到2040年全球能源需求將比2010年高出30％。今年3月20日，國內成品油價格又進行了上調，93號汽油從7.85元／升上調至8.33元／升，這是自2010年4月以來，國內成品油價格上調幅度創了新高。

能源危機已經觸動每個人的神經，也激起了人們尋找可替代能源的強烈愿望。

很多東西能替代汽油

閔恩澤院士介紹，目前國內外研究、應用較多的幾種生物質燃料主要有秸稈乙醇汽油、甜菜生物質汽油、纖維素生物質汽油、生物柴油、第二代生物柴油、微藻生物柴油等，很多東西可以替代汽油，我國發展生物質燃料的前景非常廣闊。

含10％乙醇的秸稈乙醇汽油已在我國推廣應用。與傳統汽油相比，它優勢明顯。比如辛烷值提高了、含氧多、燃燒充分，減少汽車尾氣一氧化碳排放35％以上、碳氫化合物排放15％以上。生物質生長過程，還能吸收二氧化碳。目前，我國已建有20萬噸／年以上、以非糧作物木薯為原料的工廠。在國外，美國能源部投資10億美元，發展秸稈乙醇工藝。計劃到2030年，秸稈乙醇供應達到美國汽油總量的30％，約1.9億立方米，生產成本也將低于石油汽油。閔恩澤院士說，要立足我們的基礎，與國外合作，先實現工業化，再把規模擴大至10萬噸／年以上。而大規模發展，酶制劑是基礎，原料是關鍵，要調研了解國內的原料供應情況，研發具有自己特色的酶制劑。

以甜菜為原料的生物質汽油——最新一代生物質車用汽油，比乙醇汽油能量更高，使用更經濟；不需要更新銷售系統和加油站，不需要調整發動機。國外2010年開始建設工業生產裝置。生產工藝包括原料預處理、水相重整、堿催化聚合、加氫脫氧。

同時，國外也在大力研究以纖維素為原料的生物質汽油。纖維素比甜菜等原料來源廣泛、價廉。采用纖維素為原料，我國更有可能形成具有自主知識產權的技術。國內對纖維素生產生物質汽油的研發已經開展，并取得一定進展。應重點突破，占領這一高科技發展前沿制高點。

生物柴油大有可為

閔恩澤院士介紹，生物柴油是21世紀崛起的新興產業，世界生物柴油產能已在3000萬噸／年以上。目前，美國產能已發展到1093萬噸／年、歐盟為1300萬噸／年。國際上已經制定完善的生物柴油標準。

我國生物柴油總產能約150萬噸／年，近幾年產量30萬～50萬噸／年，大多以廢棄油脂為原料。中國海油建設在海南東方的6萬噸／年生物柴油裝置，采用中國石化的SRCA工藝，實現了清潔生產，并已在海南的加油站銷售。

閔恩澤院士說，中國石化發展生物柴油產業有基礎。中國石化擁有完整的從小型到2000噸／年生物柴油中型試驗裝置；擁有生物柴油質量分析、模擬評定、臺架試驗裝置以及行車試驗的經驗；擁有世界一流的、處理廢棄油脂原料的生物柴油成套技術，以及處理木本植物油和微藻油原料的堿催化蒸餾工藝。此外，中國石化向科技部申請了“十二五”國家生物柴油重大支撐項目，中國石化咨詢公司受國家能源局委托，正編制我國生物柴油行業發展的指導意見。這些，對中國石化發展生物柴油提供了有力支持。

期望微藻“點綠成金”

微藻是地球上最簡單的一種生物。微藻生物柴油可以減排二氧化碳，減少溫室效應，減少對石油的依賴，還能處理廢氣廢水，保護環境。微藻生物柴油技術被譽為“一石三鳥”的技術，各國政府均大力支持研發，如美國制定了微藻生物柴油路線圖，埃克森美孚2009年投資6億美元研發微藻生物柴油。人們對這一技術，抱有熱切期望。

第2篇：生物燃料的優缺點范文

關鍵詞： 非糧材料；燃料乙醇；研究進展

中圖分類號：TQ223.122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）05-0322-02

0 引言

隨著乙醇汽油在全國各地的推廣，燃料乙醇的產量一路飆升，由此引發了糧食乙醇路線面臨和民眾爭食的問題。生物燃料的發展從之前的“糧源”轉變為“非糧”，這樣的轉變不僅是大勢所趨，而且也已經是迫在眉睫了。而進行非糧材料制備燃料乙醇主要的原料有秸稈、甘薯、落葉等作物和邊角余料。進行非糧材料制備燃料乙醇的研究對我國的能源安全、促進農村經濟發展等有著其重要發展意義。

1 非糧材料制備燃料乙醇的研究現狀

由于我國糧食供需仍然存在相對緊張的狀態，所以國家重點支持薯類、秸稈纖維資源等作為非糧材料制備燃料乙醇的主要原料。可以制造乙醇的非糧材料主要有兩大種類：一類是木制纖維類，包括農業廢棄物、工業廢棄物、林業廢棄物、生活垃圾；另一類是薯類，包括馬鈴薯、甘薯等。比如木質纖維類當中的玉米秸稈作為潛力巨大的生物原料，其被使用的狀況還是相對較少的。如果直接將其進行燃燒，不僅使用率較低，而且會造成一些污染和浪費。如果將其轉化成氣體或者液體燃料，不僅可以大大提高使用率，而且可以優化我國現有的能源結構，減少污染。所以玉米秸稈等纖維質的原料在非糧材料制備燃料乙醇當中具有巨大的發展前景。比如薯類制造乙醇，我國的紅薯種植面積廣泛，產量更是占全世界總產量的80%。紅薯容易種植抗旱性好，耐貧瘠。而且新鮮塊根當中的淀粉含量可高達20%，氮源豐富，非常適合作為燃料乙醇的生產原料。

2 燃料乙醇生產的技術和工藝

3 非糧材料制備乙醇燃料

3.1 秸稈類 近幾年以來在使用秸稈制造乙醇的預處理技術不斷的改進和完善，對于乙醇的制取率也是越來越高。比如馮瑋主要分析了使用秸稈作為原料，在進行燃料乙醇制造的時候所存在的問題，以及面向未來的發展方向。對于工藝流程他進行了十分系統的論述，并且針對各個工藝存在的優缺點進行了分析。呂偉民選擇使用稀硫酸對秸稈進行了處理，在處理了兩分鐘之后，又選擇利用了綠色木霉纖維素酶進行水解。最后再通過畢赤酵母的作用，最終得到的乙醇生產率在原來的基礎之上大大提高，甚至高達86%，其濃度更是超過一般乙醇許多。

3.2 薯類制造乙醇 靳艷玲使用了新鮮的甘薯作為原材料制造乙醇，并且對影響乙醇發酵的一些因素做了相關探討，比如維生素、無機鹽、糖濃度等方面。通過探索最終得到了對于發酵培養基方面的最佳配方。她確認的最佳發酵促進劑是B，其濃度達到了每千克當中含有1.20g，使用這種促進劑就不再需要像傳統方式一樣添加其他東西，它的初糖濃度已經達到了每千克當中含有270g。在各方面的條件都保持在最好的狀態之時，經過二十八小時的時間，每千克當中可以生產出132.86g的乙醇，發酵率高達91.44%。李繼德選擇將木薯作為原材料，通過實驗他得出了以下結論：如果將風量控制到一定的程度，則粉塵的飛揚就會減少，相應的淀粉的損失也跟著減少；進行預煮之時溫度最好控制在五十五度左右，進行蒸煮的溫度則需要保持在一百三十五度左右。糊化時間要超過十八分鐘；糖化的溫度是58-60℃；使用酶的量是140-150U/g料，糖化時間需要40-50分鐘；對于干酵母的培養可以選擇使用兩級方式，將大小酒母進行分別培養，其中芽生率保持在22%左右，細胞的數量是1.2億/mL左右；發酵的頂溫需要保持在36℃左右。經過了50個小時左右的時間，制造出來的乙醇質量上佳，已經達到了國際標準，原料的出酒率高達36.02%。

3.3 甘蔗渣 和玉米、木薯等淀粉質原料制造燃料乙醇不同，甘蔗渣的成本較低，綜合利用的潛力也非常巨大。其中藍艷華對于甘蔗渣的使用做了具體研究，研究當中主要針對甘蔗渣的特點以及組成方面的問題。并且也提出了甘蔗渣的預處理辦法。通過研究她認為甘蔗渣作為原材料進行乙醇制造具有巨大的優勢。俞智明也對類似甘蔗渣的粗纖維進行燃料乙醇制造的方式，并且對于制造的四大工藝進行了詳細的分析。他認為使用甘蔗渣一類的粗纖維進行乙醇制造，不僅原料相當豐富，而且成品的用途十分廣泛。他的研究也為之后制造非糧乙醇奠定了基礎，尤其是針對使用低成本的原料進行制造這個方面。

4 秸稈制乙醇的關鍵技術的突破

首先在預處理技術之上，2002年美國Rogers教授進行了離子液體的研究，他提出當離子液體達到了100攝氏度左右之時，其就具有了溶解纖維素的能力，之后又出現了常溫下溶解纖維素的研究成果。其次是在水解之上，以Arkenol公司為代表，選擇使用了濃硫酸進行水解。此種水解工藝主要是通過利用兩級濃硫酸對生物質原料進行水解，進行水解之后就會得到酸糖混合液，再將這種混合液通過離子排斥法最終分成凈化糖液以及酸液。并且排斥得到酸液還能夠繼續進行回收利用。然后是發酵工藝，Brooks通過對酵母的篩選，最終選定Saccharomyce cerevisiae R-8酵母。此種酵母乙醇生產率已經高達40%，而且耐受性也達到了10%左右。但由于此種酵母對于溫度較為敏感，所以在耐受力方面的研究還需要進一步加強。

5 結語

綜上所述隨著我國面臨能源轉型這一個大的契機，我國的非糧材料制備燃料乙醇的發展前景將會十分的廣闊。但由于我國在這個方面的研究還并不是非常充分，還存在不少的問題，因此需要相關產業不斷的發現問題解決問題，提高非糧材料制備燃料乙醇的技術，優化工藝，突破現有的弱點和缺陷。而國家方面也需要為其提供一些政策之上的便利，科研方面也需要幫助相關產業進行突破，保障我國的非糧材料制備燃料乙醇不斷的進步和發展。

參考文獻：

[1]杜敏娟，鄭立柱，劉智峰.非糧材料制備燃料乙醇的研究進展[J].杭州化工，2011，02：8-11.

第3篇：生物燃料的優缺點范文

關鍵詞：工業鍋爐；燃燒效率；環境污染

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.025

目前，中國中小城市供暖主要以小型熱水鍋爐為主，這就帶來了突出的環境問題。每年冬季大量工業鍋爐運行供暖時，城市陰霾天氣逐漸增多，空氣中含有大量可吸入顆粒物，這些顆粒物中攜帶大量的病菌進入人體肺中，嚴重影響的居民的身體健康。

通過對多臺小型工業鍋爐測試對比，了解工業鍋爐的優缺點，以便對節能減排提出建議。

1 目前工業鍋爐面臨問題

在本市選取七臺不同型號及容量的工業鍋爐測試，，發現這七臺鍋爐普遍存在鍋爐燃燒效率較低，排煙溫度較高，過量空氣系數較大等問題，測試工況如表1。由表1中看以看出排煙溫度較高或過量空氣系數較大的鍋爐，其鍋爐燃燒效率較低，進而經濟效益較差。

1.1 鍋爐燃燒效率低

本次測試的七臺鍋爐燃燒效率整體較低，最低的為71.36%，最高的鍋爐燃燒效率僅僅為85.43%，由于燃燒效率較低，增加了鍋爐的固體未完全燃燒損失，大量的焦炭未完全燃燒隨煙氣進入除塵設備，危害如下：第一，燃料消耗量增大，增加燃料成本；第二由于煙氣中攜帶的顆粒增加，加重了除塵器的工作負荷，除塵器用電及磨損等增加；第三，由于除塵器不能對煙氣中的顆粒進行有效脫出，使得排放的煙氣顆粒粒數增加，污染大氣環境；第四，由于用電量增加，耗煤量加大，直接導致經濟效益下降。

1.2 鍋爐排煙溫度較高

部分測試鍋爐排煙溫度過高，最高達到222.9℃，增加了鍋爐排煙損失，當排煙溫度每增加10℃，鍋爐熱損失增加大約0.5-0.8%，由此可見，鍋爐排煙溫度過高直接導致鍋爐熱效率降低。

1.3 鍋爐過量空氣系數較大

測試鍋爐過量空氣系數較大，一般工業鍋爐過量空氣系數在1.4稍大一點即可，本次測試鍋爐過量空氣系數最大達到3.01，由于風速較快，大量漂浮的焦炭顆粒在爐膛中未充分燃燒便進入煙道，加大了固體未完全燃燒損失，由于過量空氣系數過大，增大了鍋爐風機的耗電量，導致鍋爐經濟效益降低。

2 改進措施

針對本次測試鍋爐燃燒效率較低、過量空氣系數較高、排煙溫度較高的問題提出改進建議：

2.1 過量空氣系數適當降低

一般工業鍋爐在1.4，由于每個鍋爐爐內結構不盡相同，可根據實際運行工況自行調節過量空氣系數，使焦炭在鍋爐內有充分的燃盡時間。另外可以適當設置二次風，使得焦炭有充足的氧氣完全燃燒，減小固體不完全損失。

2.2 適當降低鍋爐排煙溫度

排煙溫度在鍋爐熱損失中占比例較大，因而必須將鍋爐損失降至最低，一方面要達到露點以上以防止腐蝕，另一方面要求排煙溫度不能太高。

2.3 提高鍋爐燃燒效率

要求爐內配風均勻，以免形成死角造成煤炭燃燒不完全。由于本次測試鍋爐全部為鏈條爐，故鏈條移動速度要控制在合理范圍內，使得爐排上煤炭有充足的時間完全燃燒，而又不能時間太長以免造成爐排浪費。另外，盡量提高煤種品質，使用含揮發分較高的煤種，減少燃盡時間，減少固體未完全燃燒損失。

3 結束語

總之，鍋爐熱效率是衡量鍋爐能量利用的經濟性和技術水平的一項重要指標。工業鍋爐已經可以向燃油燃氣鍋爐、水煤漿鍋爐、生物質燃料鍋爐等方向發展。國內仍需大力發展工I鍋爐高效燃燒和煙氣除塵、脫硫一體化等技術，想要鍋爐達到最佳的運行方式，就需要找出影響鍋爐熱效率的關鍵因素，有針對性的整改，才能提高鍋爐運行的經濟性。

參考文獻：

[1]賈承造.我國能源前景與能源科技前沿[J].高校地質學報，2011（02）.

第4篇：生物燃料的優缺點范文

1煤制氣技術的發展

煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學品的過程。煤化工分為傳統煤化工和現代煤化工，傳統煤化工產品主要包括合成氨、甲醇、焦炭和電石等。目前，我國現代煤化工明確了把煤制油、煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制天然氣、煤制乙二醇作為現代煤化工的代表。

1.1煤炭氣化

煤炭氣化是指煤在特定的設備內，在一定溫度及壓力下使煤中有機質與氣化劑（如蒸汽/空氣或氧氣等）發生一系列化學反應，將固體煤轉化為含有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的過程。氣化過程發生的反應包括煤的熱解、氣化和燃燒反應。煤炭氣化工藝可按壓力、氣化劑、氣化過程供熱方式等分類，常用的是按氣化爐內煤料與氣化劑的接觸方式區分，主要有固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化。雖然煤的氣化是發展時間較長的一種技術，但仍然存在許多問題未解決，如煤品種的適應性、轉化率、裝置穩定運行等。

1.2煤制甲醇

煤制甲醇即以煤為原料生產甲醇。我國利用高硫、劣質煤生產甲醇的技術處于世界前列，且原料來源穩定可靠，已初步形成了4000萬t/a的生產能力。化工產業的蓬勃發展拉動我國甲醇消費量快速增長。隨著甲醇下游產品的開發和甲基叔丁基醚（MTBE）、農藥、醋酸、聚甲醛等新裝置的建設，以及甲醇燃料的推廣和應用，甲醇的需求市場進一步擴張。國內煤炭企業為增強核心競爭力、調整產品結構、延長產業鏈，注重上下游一體化發展，有效帶動了大型煤制甲醇裝置的建設。

1.3煤制烯烴

煤制烯烴分為煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇制烯烴四項技術。煤制烯烴即煤基甲醇制烯烴，是指以煤為原料合成甲醇后再通過甲醇制取乙烯、丙烯等烯烴的技術。甲醇制烯烴技術已日趨成熟，具備工業化條件，存在的主要問題不在工藝上，而在催化劑上。目前，催化劑的長周期運轉的數據并沒有出來，催化劑的單程轉化率、收率、副產物的組成，催化劑、原材料和公用工程的消耗定額、催化劑衰減的特性曲線、廢催化劑的毒性和處理、催化劑制備的污水組成和數量、整個裝置單程和年連續運行的時間、廢液廢氣的排放等多項重要數據目前沒有公布。因此，大規模工業化尚需時日。

2天然氣的消費量

天然氣是埋在地下的古生物經過億萬年的高溫和高壓作用下形成的可燃氣體。天然氣的主要成份是甲烷，是最簡單的烷烴，也是有機物中最簡單的穩定化合物。是一種無色、無味、無毒、可燃氣體、潔凈環保的優質能源。微溶于水、乙醇、乙醚等有機溶劑。天然氣按其形成可分為：油田氣、煤層氣、生物氣和水合物氣四種。油田氣是石油烴類天然氣，煤層氣是成煤過程中有機質產生的甲烷氣，生物氣是有機質在70℃以下遭厭氧微生物分解產生的甲烷氣，水合物氣是在低溫高壓下，甲烷等氣體分子滲入水分子晶隙中締合的氣體。表1詳細的說明我國天然氣生產量從1995年的179.5億m3到2011年1130億m3增長了6倍，天然氣的生產量滿足不了消費量。可見要用先進的工藝技術來滿足工業以及生活需求天然氣。天然氣按用途分類，可分成燃料和化工兩大類，其中燃料包括燃氣發電、民用燃料、工業燃料、車用燃料等，從圖1中可以看出隨著我國天然氣利用政策的出臺，以及能源價格改革方案的推進，天然氣利用結構正在由化工、發電為主逐漸轉向城市燃氣用氣比例的提高。

3煤氣化工藝技術

3.1煤氣化爐介紹

煤氣化被譽為煤化工產業的龍頭技術，目前可作為大型工業化運行的煤氣化技術，可分為固定床氣化技術、流化床氣化技術、氣流床氣化技術以及熔融床氣化技術當實際沒應用開發，各種煤氣化爐的模式見圖2。煤氣化爐又稱煤氣發生爐（gasproducer）典型的工業化煤氣化爐型有：UGI爐、魯奇爐、溫克勒爐（Winkler）、德士克爐（Texaco）和道化學煤氣化爐（DowChemical）。固定床氣化爐是最早開發出的氣化爐，如圖2（a）所示，爐子下部為爐排，用以支撐上面的煤層。通常，煤從氣化爐的頂部加入，而氣化劑（氧或空氣和水蒸氣）則從爐子的下部供入，因而氣固間是逆向流動的。特點是爐內煤處理量小，大規模化困難。流化床氣化爐如圖2（b）所示，在分散板上給予粉煤，在分散板下送入氣化劑（氧氣和水蒸氣），將粉煤在懸浮狀下氣化。缺點是流化床氣化爐不能用灰分融點低的煤，副產焦油少，碳利用率低。

流床氣化爐如圖2（c）所示，將粉煤與氣化劑（氧氣和水蒸氣）一起從噴嘴高速吹入爐內迅速氣化。特點是不副產焦油，生成氣中甲烷含量少。氣流床氣化是目前煤氣化技術的主流，代表著今后煤氣化技術的發展方向。氣流床按照進料方式又可分為濕法進料（水煤漿）氣流床和干法進料（煤粉）氣流床。

3.2三種煤氣化工藝的比較

我國引進并被廣泛采用的三種先進煤氣化工藝———魯奇氣化爐、殼牌氣化爐、德士古氣化爐，三種煤氣化工藝的對比如表2所示。

4魯奇碎煤加壓氣化裝置流程

由于各種煤氣化工藝復雜多樣，目前世界上還沒有萬能的氣化爐，各種煤氣化工藝技術都有其優缺點，具有一定的適應范圍。因此，在煤氣化工藝選型時，要結合實際情況，選擇適合自己的煤氣化技術。我公司中的煤制天然氣工程用煤為為伊南煤田長焰煤，無粘結性，采用魯奇公司的固定床加壓氣化技術，爐型選用MARK-Ⅳ，單臺裝置日處理煤量約750t。需要說明的是，魯奇固定床氣化技術是最早實現工業化生產的技術，國內已有多套生產裝置。“魯奇”在這里已緊緊是個代號，代表了加壓固定床這一煤氣化技術，該技術的工藝設計、設備制造、工程施工、工業生產等已全部可以國產化，同時也不存在與德國魯奇公司或南非SASOL公司的知識產權問題。魯奇碎煤加壓氣化裝置由氣化爐、加煤煤鎖和排灰灰鎖組成并與氣化爐相聯接。氣化用煤經過破碎及篩分，裝置運行時，合格的煤加入氣化爐上部之煤斗。對煤鎖進行充壓，從常壓充至氣化爐的操作壓力。在向氣化爐加完煤之后，煤鎖再卸壓至常壓，以便開始下一個加煤循環過程。

用來自煤氣冷卻裝置的粗煤氣和來自氣化爐粗煤氣使煤鎖分兩步充壓；煤鎖卸壓的煤氣收集于煤鎖氣氣柜，并由煤鎖氣壓縮機送往變換冷卻工號。減壓后，留在煤鎖中的少部分煤氣，用引射器抽出。經煤塵旋風分離器除去煤塵后排入大氣。氣化劑—蒸汽、氧氣混合物，經安裝在氣化爐下部的旋轉爐篦進入灰渣層，氣化劑溫度提高，灰渣溫度降低。在燃燒區燃燒一部分煤，為吸熱的氣化反應提供所需的熱。在氣化爐的上段，剛加進來的煤向下移動，與向上流動的氣流逆流接觸。在此過程中，煤經過干燥、干餾和氣化后，在與入爐氧進一步燃燒，最后只有灰殘留下來，灰由氣化爐中經旋轉爐篦排入灰鎖，再經灰斗排至水力排渣系統。氣化所需蒸汽的一部分在氣化爐的夾套內產生，從而減少了中壓蒸汽的需求。為此向氣化爐夾套中加入中壓鍋爐給水，氣化爐中產生的蒸汽，經汽/液分離器送往氣化劑系統，蒸汽/氧氣在此按比例混合好噴射入氣化爐。離開氣化爐的粗煤氣以CO、H2、CH4、H2O和CO2為主要組分。離開氣化爐的煤氣首先進入洗滌冷卻器，在此，煤氣用循環煤氣水加以洗滌并使其飽和。洗滌冷卻器的用途首先是將煤氣溫度降至200℃左右，其次是除去可能夾帶的大部分顆粒物。飽和并冷卻后的煤氣進入廢熱鍋爐，通過生產0.5MPa（g）低壓蒸汽來回收一部分煤氣中蒸汽的冷凝熱。在廢熱鍋爐下部收集到的冷凝液的一部分，用洗滌冷卻器循環泵送出。多余的煤氣水送往煤氣水分離裝置。離開氣化工段的粗煤氣在壓力3910kPa（g）、溫度185℃飽和狀況下，通過粗煤氣總管進入煤氣變換、煤氣冷卻工段。煤鎖氣回收系統供所有氣化爐系列所用。

5煤制天然氣應用前景

我國目前是世界上天然氣需求增長最快的國家之一，我國87%以上的天然氣用于化工、城市燃氣和發電等工業部門,其中化肥生產就占38.3%。居民用氣在天然氣消費總量中所占11%。隨著我國經濟建設持續穩定發展，對天然氣的需求量將繼續增加，城市燃氣、工業用氣和發電等消費需求都將快速增長。我國城鎮的發展導致了天然氣需求的增長。在經濟高速增長的今天，隨著廣東珠江三角洲、上海長江三角洲地區、環渤海地區城市的發展已率先進入了工業化時代，也率先進入了城市天然氣時代。中國大城市人口的聚集和小城市的增加以及經濟的增長日益敦促人們重視環境保護。在這些城市及周邊地區，煤炭的使用和機動車的迅速增加產生了污染問題，這個問題日趨明顯而且正在影響著中國大部分的人口。

第5篇：生物燃料的優缺點范文

煤的氣化是煤炭清潔高效利用的關鍵技術，是發展煤基大宗化學品和液體燃料合成、先進的整體煤氣化聯合循環發電系統、多聯產系統、氫能、燃料電池等過程工業的基礎，是這些行業發展的核心和龍頭技術。煤的氣化的過程實質是將煤中的碳、氫轉化為清潔燃料氣或合成氣（CO+H2）的過程。

本書從全新的視角對工業煤的氣化科學和技術進行了全面的論述，涉及煤的氣化工藝過程的各項內容，既有工藝分析，又有理論研究。反映了煤的氣化技術領域的最新進展，還包含了作者自己的相關研究成果，許多重要內容為同類專著中首次報道。

全書共有10章：1.引言。提出了全球范圍內煤的氣化原料的劣質化趨勢；2.煤的氣化的總論。簡要介紹了煤氣化技術的背景和行業地位、最新的應用、煤的氣化的必要性、煤氣化技術的沿革、歷經三代的氣化爐型、原料和產物、技術市場、對環境的影響和污染排放，以及煤的氣化面臨的挑戰、潛在機會等；3.氣化用煤的分析表征。為使讀者意識到通過氣化技術實現煤轉化的復雜性，本章從實用觀點從發，討論了氣化用原料煤樣品的分析表征，并從這些信息來決定氣化過程的適用性。必要的有關知識包括煤的標準分析（元素分析、工業分析和熱值）以及更復雜的反應性和顯微組分的分析，特別強調關注煤中的礦物質，因為這是所有氣化過程的極限。最后對煤的物理和流體動力學性質做了總結；4.氣化過程的基礎。介紹了基本的煤的氣化反應和化學、評價不同氣化方法優劣的主要技術性能參數，并從多個技術層次探討了不同氣化工藝過程之間的差別：床型（移動床/流化床/氣流床），溫度范圍（灰熔融/渣粘度），壓力等級，進料方法（干粉/水煤漿），器壁類型（膜/耐火襯里/水夾套），合成氣冷卻（水/氣/化學激冷/熱回收），氧化劑（氧氣/空氣），排渣方式（灰渣/飛灰/團聚），催化劑添加與否；5.煤氣化模擬。在介紹了氣化系統衡算概念的基礎上，列舉氣化模擬的熱力學模型、動力學模型、計算流體動力學（CFD）模型方法，比較了各種方法的優缺點、主要應用領域和相關的實驗研究。為便于讀者理解這里僅涉及基本方程和科學背景；6.煤的氣化技術。煤的氣化技術是本書的中心內容，包括一些此前未公開報道的最新和最全面的煤的氣化過程資訊。按氣化爐型的不同，分別詳述了殼牌、Uhde （即高溫溫克勒爐HTW， Prenflow）、GE、西門子、CB&I （即E-Gas）爐， Lurgi （即固定床固態排渣（FBDB）爐， 和Envirotherm/Zemag （即BGL）爐的歷史沿革、詳細工藝描述，改進強化措施和現在的工業實施項目。針對典型技術，基于統一邊界條件，給出了通用計算模型和模擬結果，并與實際運行數據進行對照分析，著重對比高灰煤和常規煤原料對氣化性能的影響。作者還特別介紹了有關中國開發的氣化新爐型和新工藝；7.煤的氣化過程熱力學評價。本章主要論述本書作者研究出的創新方法：三元氣化圖。作者給出了該方法詳細的實施步驟和應用方法，指導讀者得出優化的用戶氣化圖和關聯式，以常規的匹茨堡8號煤和南非高灰煤為例進行了具體對比計算分析，其結果可用于解析灰份的影響規律和氣化技術潛力的分析。此方法還可擴展用于二氧化碳氣化和生物質氣化；8.煤的氣化過程的有效能分析。為了考慮氣體冷卻方法對整個過程的影響，對常規煤和高灰煤的氣化過程進行了有效能分析和對比；9.內循環氣化爐的概念研究。鑒于現在市場上還沒有適應高灰煤的氣化技術，作者針對高灰煤氣化提出了創新性的新氣化爐型：內循環氣化爐。本章內容全面闡述內循環氣化爐相關的氣化過程基本原理、詳細的工藝條件、反應室的布置、氣化劑的注入、氣體的冷卻、除灰、過程控制；10.氣化發展趨勢。這是對全書的簡要總結并展望了氣化技術的發展趨勢。

本書的讀者對象包括能源、煤炭、化學工程相關專業從事煤轉化和煤化工科研、設計生產的工程技術人員和高等院校相關專業的教師、高年級本科生和研究生。

第6篇：生物燃料的優缺點范文

[論文摘要]焦化廢水是一種典型的難降解有機廢水。介紹了預處理技術，二級處理技術的物化法、生物法、化學法和循環利用法的應用和研究進展及優缺點。

焦炭是高耗水產業，每年全國焦化廢水的排放量約為2.85億t。焦化廢水是煤在高溫干餾過程中以及煤氣凈化、化學產品精制過程中形成的廢水，水質隨原煤組成和煉焦工藝而變化，是一種典型的難降解有機廢水。其成分復雜，毒性大，它的超標排放對人類、水產、農作物都可構成很大的危害。總之，焦化廢水污染，是工業廢水排放中一個突出的環境問題，也是擺在人們面前的一個急需解決的課題。

目前焦化廢水一般按常規方法先進行預處理，然后再進行生物脫酚二次處理。但往往經上述處理后，外排廢水中COD、氰化物及氨氮等指標仍然很難達標。針對這種狀況，近年來國內外出現了許多比較有效的焦化廢水治理技術。這些方法大致分為物化法、生物法、化學法和循環利用等4類。

一、焦化廢水的預處理技術

焦化廢水中部分有機物不易生物降解，需要采用適當的預處理技術。

常用的預處理方法是厭氧酸化法。這是一種介于厭氧和好氧之間的工藝，其作用機理是通過厭氧微生物水解和酸化作用使難降解有機物的化學結構發生變化，生成易降解物質。焦化廢水經厭氧酸化預處理后，可以提高難降解有機物的好氧生物降解性能，為后續的好氧生物處理創造良好條件。

二、焦化廢水的二級處理技術

（一）物理化學法

（1）吸附法

吸附法處理廢水，就是利用多孔性吸附劑吸附廢水中的一種或幾種溶質，使廢水得到凈化。常用吸附劑有活性炭、磺化煤、礦渣、硅藻土等。這種方法處理成本高，吸附劑再生困難,不利于處理高濃度的廢水。

（2）利用煙道氣處理焦化廢水

由冶金工業部建筑研究總院和北京國緯達環保公司合作研制開發的“煙道氣處理焦化剩余氨水或全部焦化廢水的方法”已獲得國家專利。該技術將焦化剩余氨水去除焦油和SS后，輸入煙道廢氣中進行充分的物理化學反應，煙道氣的熱量使剩余氨水中的水分全部汽化，氨氣與煙道氣中的SO2反應生成硫銨。

該方法投資省，占地少，以廢治廢，運行費用低，處理效果好，環境效益十分顯著，是一項十分值得推廣的方法。但是此法要求焦化的氨量必須與煙道氣所需氨量保持平衡，這就在一定程度上限制了方法的應用范圍。

（二）生物處理法

生物處理法是利用微生物氧化分解廢水中有機物的方法。目前，活性污泥法是一種應用最廣泛的焦化廢水好氧生物處理技術。這種方法是讓生物絮凝體及活性污泥與廢水中的有機物充分接觸；溶解性的有機物被細胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產物（主要是CO2）。非溶解性有機物先被轉化為溶解性有機物，然后被代謝和利用。

生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低等優點，但是生物降解法的稀釋水用量大，處理設施規模大，停留時間長，投資費用較高，對廢水的水質條件要求嚴格，這也就對操作管理提出了較高要求。

（三）化學處理法

（1）焚燒法

焚燒法治理廢水始于20世紀50年代。該法是將廢水呈霧狀噴入高溫燃燒爐中，使水霧完全汽化，讓廢水中的有機物在爐內氧化，分解成為完全燃燒產物CO2和H2O及少許無機物灰分。

焚燒處理工藝對于處理焦化廠高濃度廢水是一種切實可行的處理方法。然而，盡管焚燒法處理效率高，不造成二次污染，但是處理費用昂貴使得多數企業望而卻步，在我國應用較少。

（2）催化濕式氧化技術

催化濕式氧化技術是在高溫、高壓條件下，在催化劑作用下，用空氣中的氧將溶于水或在水中懸浮的有機物氧化，最終轉化為無害物質N2和CO2排放。濕式催化氧化法具有適用范圍廣、氧化速度快、處理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等優點。但是，由于其催化劑價格昂貴，處理成本高，且在高溫高壓條件下運行，對工藝設備要求嚴格，投資費用高，國內很少將該法用于廢水處理。

（3）化學混凝和絮凝

化學混凝和絮凝是用來處理廢水中自然沉淀法難以沉淀去除的細小懸浮物及膠體微粒，以降低廢水的濁度和色度，但對可溶性有機物無效，常用于焦化廢水的深度處理。該法處理費用低，既可以間歇使用也可以連續使用。

（4）臭氧氧化法

臭氧的強氧化性可將廢水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解為氧，不會造成二次污染，操作管理簡單方便。但是，這種方法也存在投資高、電耗大、處理成本高的缺點。同時若操作不當，臭氧會對周圍生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法還主要應用于廢水的深度處理。在美國已開始應用臭氧氧化法處理焦化廢水。

（5）光催化氧化法

目前，這種方法還僅停留在理論研究階段。這種水處理方法能有效地去除廢水中的污染物且能耗低，有著很大的發展潛力。但是有時也會產生一些有害的光化學產物，造成二次污染。由于光催化降解是基于體系對光能的吸收，因此，要求體系具有良好的透光性。所以，該方法適用于低濁度、透光性好的體系，可用于焦化廢水的深度處理。

（6）電化學氧化技術

電化學水處理技術的基本原理是使污染物在電極上發生直接電化學反應或利用電極表面產生的強氧化性活性物質使污染物發生氧化還原轉變。目前的研究表明，電化學氧化法氧化能力強、工藝簡單、不產生二次污染，是一種前景比較廣闊的廢水處理技術。

（四）廢水循環使用

高濃度的焦化廢水經過脫酚，凈化除去固體沉淀和輕質焦油后，送往熄焦池以供熄焦，實現酚水的閉路循環。從而減少了排污，降低了運行等費用。但是此時的污染物轉移問題也值得考慮和進一步研究。

三、結語

總之，我們應根據焦化廢水的特點，深入研究先進的處理技術，尋求既高效又經濟的處理方法，降低運行費用，提高達標率，改善環境質量，減輕焦化廢水對各地水體的污染，實現水資源的循環利用。這既是當前經濟建設需要解決的現實問題，也是未來技術攻關所需要面對的的重點。

參考文獻：

第7篇：生物燃料的優缺點范文

關鍵詞：初中物理;探究教學;教師;學生

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）11-0094

在《物理課程標準》中，我們大家都知道科學探究教學是一種很重要的教學方法，但又不是只有這一種。作為教師在教學中該帶領學生怎樣更好地完成探究內容，是擺在我們面前的一道難題，需要我們認真思考，找出一條道路。下面，筆者就探究過程的設計來談談自己的觀點。

一、提出問題

提出問題就是我們看到或要講解某一課題時所想到的相關問題。學生在提出問題時和教師所想的不一定相吻合，他們的問題可能千奇百怪、五花八門，可能和教師所想的完全不相干。所以，教師在學生提出問題時加以引導，使學生明白教師想要講什么，盡可能不要讓學生瞎提問。比如在講解“燃料的熱值”時，學生一定知道燃料是用來干什么的，但可能只想到燃料有汽油、柴油。他們想的不完整，教師要讓學生知道燃料還有很多，比如，煤炭、酒精、木柴、煤氣等。學生只有知道相對多了才能更好的提出問題。學生想到為什么有的汽車用汽油，有的用柴油，還有的用天然氣？在生活中為什么大家都用天然氣來煮飯？相同的天然氣和煤氣燃燒時，產生的熱量相同嗎？這樣就達到了目的。

二、猜想與假設

猜想與假設是下一個步驟的關鍵。學生只有把問題的答案猜對了才能形成思維定勢，朝著問題的答案的方向去思考。胡亂的猜想與假設只會把問題搞的越來越復雜。所以，猜想與假設教師一定要引導學生朝著正確的方向去猜，這樣才能達到事半功倍的效果。比如，教師在講解“物質的比熱容”這一節時，學生猜想“為什么海水和沙子的溫度變化的快慢不一樣呢？”學生可能猜測很多，可能有質量、位置、狀態等等。教師要加以引導學生猜測，可能與物質的種類有關。教師可以引導學生，海水和沙子不同的有很多，但是它們最大的不同是什么呢？學生會聯想到是種類，這樣就達到了目的。再如，講解“探究動能大小與那些因素有關”時，教師先讓學生理解動能的定義，是物理由于運動而具有的能叫做動能。教師引導學生物體本身那點不一樣，運動和什么有關。學生很容易猜測與質量和速度有關，然后再讓學生帶著猜想做實驗。這樣學生很容易做好實驗并得出結論。

三、設計實驗與制定計劃

設計實驗與制定計劃是進行實驗的先決條件。只有將實驗計劃設計制定好才能更好的進行試驗。實驗的計劃盡可能的讓學生小組討論，然后形成方案自己制定。教師在學生討論制定計劃的過程中，要參與到學生之中，給學生點撥指導，使學生避免走彎路。各組制定好計劃以后教師要對各組的實驗計劃進行簡單地評講，最后形成統一的試驗方案，使學生認識到自己方案的不足和需要改進的地方。教師可以提出學生不注意的問題，比如，在“觀察水的沸騰現象”中，教師可以提出下列問題：燒杯底部為什么要放石棉網？為什么要向燒杯中加溫水？燒杯上方為什么要加一個紙蓋？酒精燈該如何使用？溫度計的玻璃泡要放到什么位置？數據如何記錄等一些問題。

四、進行試驗與收集證據

當實驗方案確定好之后，教師應該大膽放手讓學生在小組中進行實驗操作、收集證據。在此過程中教師在巡視的過程中對個別出現錯誤的小組進行指導，要保證每個學生都能參與到小組活動之中，避免讓有些學生無事可做。如“探究冰的熔化特點”的實驗過程中，教師要注意酒精燈的位置高度放的是否正確，試管中冰的多少是否適中，溫度計的用法有無錯誤，試管距燒杯底部的距離是否適中，溫度計讀數方法的問題，視線要與溫度計內液柱的凹面相平，不能俯視、仰視。另外，在試驗中也要注意是否存在不安全的隱患等問題。如“觀察水沸騰”的實驗中，酒精燈的點燃和熄滅方法，學生操作是否正確，酒精灑出點燃怎么辦等。

五、分析與論證

試驗做完之后并不能說明整個探究實驗都結束了，我們要對收集到的數據進行分析，做后得出結論。當然，分析的方法有很多種，可以用文字來描述，可以用圖表的方法。比如，在“觀察水的沸騰現象”中，課本中給出了一個表格和一個坐標系，讓學生將實驗數據記錄在表格中，并根據實驗數據在坐標系中標出各個時刻的溫度，然后用平滑的曲線將它們連接起來，就得到了水的沸騰圖像。通過實驗數據和坐標系可以看出，當水的溫度達到沸點后，繼續給水加熱，水的溫度保持不變。說明水沸騰后繼續吸收熱量，但溫度保持不變。再如，探究杠桿平衡時動力和動力臂的關系的實驗過程中，通過對表格數據的分析可以得出結論。

六、評估

評估在探究過程中不一定必須具有。但是評估過程可以使學生有時間來回顧一下自己的實驗探究，反思實驗過程的優缺點。如“探究液體壓強因素”時采用框架上蒙橡皮膜的裝置，橡皮膜的凹陷程度是否能正確反映液體內部壓強大小的關系？某同學觀察海波在熔化的過程中，發現溫度仍在持續升高，原因是什么？在全班同時探究水沸騰的特征，各小組測的水的沸點卻有差異，原因何在？在探究過程中，應該保持不變的物理量是否真正做到了保持不變？通過這些問題，有利于學生養成嚴謹的科學態度。

七、交流與合作

交流探究過程和結果是探究教學中的最后一個環節，它在探究過程中是必不可少的。交流與合作使小組內的同學之間關系更為緊密，組與組之間能形成良好的競爭關系。比如，在講解“影響蒸發快慢因素”時，教師可以提出看看那一小組能夠舉出更多例子來說明蒸發快慢和三個因素有關。這一句話能調動學生的積極性，使他們更團結，達到共同進步的目的。

第8篇：生物燃料的優缺點范文

【關鍵詞】燃料電池；質子交換膜；質子交換膜燃料電池

0.前言

燃料電池可直接將化學能轉化為電能，能量轉換效率高達60%～80%，實際使用效率是普通內燃機的2～3倍。同時，還具有燃料多樣化、噪音低、可靠性強、維修性好等優點。因此開發燃料電池這種潔凈能源技術是實現高效、合理使用資源和保護環境的一個重要途徑，燃料電池技術是21世紀最具競爭力的能源新技術之一。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種低溫燃料電池，除了具有一般燃料電池的能量轉化率高、環境友好等特點外，還具有可在室溫下快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽命長、比功率與比能量高等特點。

1.質子交換膜

質子交換膜是質子交換膜燃料電池的關鍵部分，它能起到分隔燃料和氧化劑、傳導質子和絕緣電子的作用，其性能和壽命直接決定電池的性能和壽命。

質子交換膜的分類：

1.1含氟主鏈聚合物膜

C-F鍵的鍵能是485kJ/mol，高于C-H鍵的鍵能（350～435kJ/mol）和C-C鍵的鍵能（350～410kJ/mol），同時氟原子的半徑較大（0.64×10-10m），氟在C-C鍵附近形成一道保護屏障，因此含C-F鍵的聚合物具有較高的熱穩定性和化學穩定性。這類聚合物膜主要有全氟磺酸膜和部分含氟聚合物膜兩類。

（1）全氟磺酸膜。

目前PEMFC中應用的質子交換膜幾乎全為全氟磺酸膜，廣泛應用的是美國Dupont公司生產的Nafion系列膜。在全氟磺酸膜中，磺酸根是固定離子，它與質子結合形成的磺酸基團既可提供反離子，又能吸引水分子。氟原子具有強的電負性，使磺酸基具有強酸性，其強度與硫酸相當，因此膜中的磺酸基團處于完全解離狀態，具有較好的質子導電性。全氟磺酸膜的電導率強烈地依賴于含水量，全氟磺酸膜在含水量較低或溫度較高（>100℃）又無水補充的情況下，電導率會明顯下降[1]，很多研究者通過摻雜氧化硅等無機物來提高全氟磺酸膜在高溫下的性能[2]。全氟磺酸化合物制備困難，成本較高，全氟磺酸質子交換膜的價格成為制約質子交換膜燃料電池商業化的一個重要因素。因此，開發性能優良的全氟磺酸膜的替代產品非常重要。

（2）部分含氟聚合物膜。

部分含氟聚合物膜的制備可采用全氟或偏氟材料為基膜，通過電子或等離子輻射，產生活性點后與帶有質子交換基團（如-SO3H）的單體發生共聚反應，將其接枝到基膜上；或先接枝上不帶有功能團的單體側鏈，再通過磺化等反應在側鏈上引入離子交換基團[3]。聚合物基膜一般采用偏氟乙烯（PVDF）、交聯聚四氟乙烯（PTFE）以及乙烯-四氟乙烯的共聚物（ET-FE）等，從而保證膜在電池中具有足夠的熱穩定性、化學穩定性和機械強度。側鏈多為含有苯環結構的化合物單體，如苯乙烯，以便于磺化。用ETFE的磺化接枝膜組裝的直接甲醇燃料電池在90～130℃下的性能與Nafion膜相當。但是，電池陰極產生的HO、HO2等自由基易于進攻輻射接枝膜支鏈上的芐基，導致聚苯乙烯磺酸支鏈脫落使膜降解，尤其在高溫下降解更容易發生。

1.2元素有機聚合物膜

元素有機聚合物是指高分子主鏈沒有碳原子，完全由Si、O、S、N和P等組成。該類聚合物中用于制備質子交換膜的主要有硅氧聚合物膜和聚膦腈膜。

（1）硅氧聚合物膜。

Si-O鍵的鍵能為445kJ/mol，因此含有該鍵的聚合物具有較高的穩定性。通常無機Si-O網狀結構（即陶瓷）在高溫下形成。在常溫下，該結構的聚合物可通過溶膠-凝膠過程在有機溶劑或水溶液中生成。有機基團可以通過化學鍵連接到氧化硅上，這樣得到的產物叫作有機改性硅酸鹽（ORMOSIL）或有機改性陶瓷（OR-MOCER）。將芳基磺酸或烷基磺酸陰離子[4]接枝到與硅原子連接的甲基上，得到一系列可用于燃料電池的質子導電聚合物膜。聚苯磺酸硅烷膜在室溫下的電導率為10-2S/cm，具有無定型網絡結構，200℃以內可穩定存在，是一種化學穩定性良好的透明膜材料。該類材料還可用于全氟磺酸膜的改性，或者制備無機復合膜。但至今還沒有聚硅氧烷用于燃料電池測試的報道。

（2）聚膦腈膜。

聚膦腈是一類具有特殊性能的無機高分子功能材料，磺化和磷酸化聚膦腈主鏈是由交替的P、N原子以及交替的單雙鍵組成的-（P=N）-長鏈，共軛雙鍵使主鏈具有較高的化學穩定性，但雙鍵的存在并不影響鍵的旋轉，因此主鏈又具有較高的扭轉柔順性。聚膦腈主鏈的P上可以連接2個相同或不同的側鏈，合成多種具有不同功能的新材料。這類材料具有較好的機械和熱穩定性，且甲醇透過率大大低于Nafion膜。

1.3芳香族碳氫主鏈聚合物膜

碳氫主鏈的化合物作為制膜材料主要有以下優點：有多種材料已經商業化，價格便宜；其中包含的極性基團在很寬的溫度范圍內具有較好的持水性；可以從分子設計的角度減少其使用過程中的降解；與含氟的材料相比，更容易回收利用，環境友好。

（1）苯環的碳氫主鏈聚合物。

含有苯環的碳氫主鏈聚合物具有較好的氧化穩定性，主要是由于苯環上的C-H鍵的鍵能為435kJ/mol，高于脂肪鏈上的C-H鍵的鍵能350kJ/mol。磺化聚苯乙烯膜的致命缺陷是主鏈中三取代的C-H鍵不能耐受氧氣和電池反應產生的自由基的強氧化性，材料的使用壽命較短。完全由苯環組成的聚合物聚苯（PP）具有很好的氧化穩定性，但其軟化點為500℃，通常狀態下該聚合物非常堅硬，不易加工。商業化含苯環聚合物含有為聚合物提供一定柔性的X原子或基團。

（2）磺化改性的碳氫主鏈聚合物膜。

為了使聚合物具有一定的導電性，必須對它進行改性，最常見的方法是磺化。磺化反應為親電反應，反應容易在電子云密度較大的位置上發生。直接與有供電子作用的官能團連接的苯環具有較大的電子云密度，更易于磺化。目前研究的磺化碳氫主鏈聚合物膜主要有磺化聚砜（SPSF）膜、磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜或磺化聚醚醚酮酮（SPEEKK）膜、磺化聚苯并咪唑（SPBI）膜、磺化聚酰胺（SPI）膜、磺化聚（4-苯氧苯甲酰基-1，4-亞苯）（SPPBP）膜以及磺化雜萘聯苯聚醚酮（SPPEK）膜和磺化雜萘聯苯聚醚砜（SPPES）膜等[5]。

（3）無機酸摻雜堿性聚合物膜。

有些聚合物中含有如醚、醇、氨基、酰胺、亞酰胺等具有堿性的基團，可與磷酸、硫酸等強酸作用。由于磷酸和硫酸具有自質子化和自脫水的獨特性能，即使在無水條件下它們仍具有一定的質子傳導性。在堿性聚合物中，聚合物和酸通過氫鍵或質子化相互作用，酸的解離度比無水時增大，對質子的傳導能力增強。

目前研究的用于制備無機酸摻雜膜的堿性聚合物主要有PEO、PVA、PAAM和PEI等，近年來對硫酸與殼聚糖復合膜的研究也有報道[6]。磷酸摻雜PBI膜的研究受到人們的廣泛重視。該膜的電導率隨酸的摻雜量、溫度及相對濕度的改變而變化。

（4）酸堿聚合物共混膜。

酸性聚合物和堿性聚合物可以通過交聯形成柔韌的離子網絡，在保證膜的較高電導率的前提下可提高膜的穩定性，若用于直接甲醇燃料電池時，膜的阻醇性能也得到提高。磺酸基團與堿性聚合物以氫鍵P-SO3…H…N-P′的形式結合。研究所選用的酸性聚（下轉第137頁）（上接第22頁）合物有SPSF、SPES或SPEEK，堿性聚合物有商業化的PBI、PEI、聚4-乙烯基吡啶（P4VP）以及通過NH2-或N（CH3）2-改性PSF得到的胺化聚砜（PSF（NH2））。Kerres等[7]制得了SPEEK/PBI膜、SPEEK/P4VP膜、SPEEK/PSF（NH2）2膜、SPSF/PBI膜和SPSF/P4VP膜。研究表明，相同條件下，SPSU/PBI和SPEEK/PBI共混膜的甲醇透過系數分別是Nafion117膜的13%和7%。同時，這類膜具有很好的熱穩定性和較高的質子電導率。將這類膜用于氫氧PEMFC性能測試時，70℃下與Nafion112膜的電池性能相當；用于直接甲醇燃料電池時，70～110℃下與Nafion105膜的電池性能相當。

2.結語

目前，質子交換膜燃料電池（PEMFC）領域的研究廣泛采用Dupont公司的Nafion膜或其它全氟磺酸聚合物膜。但是，現有的全氟磺酸膜在溫度超過100℃時，由于膜內水的過分蒸發，造成其質子傳導速率急劇下降，質子傳導性能極差。另外全氟磺酸膜還存在環境污染嚴重、膜成本高及制備工藝復雜等問題，不是最理想的質子交換膜材料。未來質子交換膜的發展會朝著“低成本、高溫高導電率、吸水保水性”方向進行開發和改性。

【參考文獻】

[1]Yoshit sugu S，Per E，Daniel S.Proton conductivity of Nafion117 as measured by a four-electrode AC impedance method.J Elect rochem Soc，1996，143（4）：1254.

[2]Adjemian K，Lee S，Srinivasan S，et al.Silicon oxide Nafioncomposite membranes for proton-exchange membrane fuel cell operation at 80～140 degrees.J Elect rochem Soc，2002，149（3）：A256.

[3]Kim D S，Robert son G P，Guiver M D，et al.Synthesis ofhighly fluorinated poly（arylene ether）s copolymersfor proton exchange membrane materials.J Membr Sci，2006，281：111.

[4]Depre L，Kappel J R，Popall M.Inorganic-organic protonconductors based on alkylsulfone functionalities and their patterning by photoinduced methods.Elect rochim Acta，1998，43（10211）：1301.

[5]楊萌等.化學與生物改性合成質子交換膜.化學進展，2009，1，21（1）：244.

第9篇：生物燃料的優缺點范文

關鍵詞：生態足跡；模型；可持續發展；缺點

中圖分類號：F062.2　文獻標志碼：A　文章編號:1673-291X(2009)06-0110-02

一、生態足跡及模型簡介

可持續發展生態評估的實質，就是篩選、界定和度量人類生態影響和地球生命系統吸納這些影響的能力[1～2]，生態足跡分析就是對這一概念框架的有益嘗試,雖然提出來時間并不長，但是在近年內迅速得到了廣泛的應用。

生態足跡這一概念是由Wackernagel于1996年提出的[4]，它通過測定人類為了維持自身生存而利用自然的量來評估人類對生態系統的影響。所謂生態足跡，是支持一定地區的人口所需的生產性土地和水域的面積，以及吸納這些人口所產生的廢氣物所需要的土地之總和。生態足跡的計算基于如下基本假定[4～5]：（1）人類能夠估計自身消費的大多數資源、能源及其所產生的廢氣物數量；（2）這些資源和廢氣物流能折算成生產或消納它們的生態生產性面積；（3）將不同類型的生態生產性面積按照其生產力折算之后，可以用同一單位表示，即每英畝耕地、草地、森林和漁場可以折算成世界平均生產力下的等值面積；（4）各種土地的作用類型是單一的，每標準英畝代表等量的生產力，并能夠相加，加和的結果表示人類的需求；（5）人類需求的總面積可以與環境提供的生態服務量相比較，比較的結果也用標準生產力下的面積表示。由此，得出生態足跡的計算公式[4～5]：

EF=N*ef=n*rj*∑（aaj）=N*rj*∑（ci/pi）

式中，EF為總的生態足跡；ef為人均生態足跡；N為人口數；i為消費品和投入的類型；Pi為i種消費品的平均生產能力；ci為i種消費品的人均消費量；aai為人均i種交易商品折算的生物生產地域面積；ri為均衡因子，因為單位面積耕地、化石燃料土地、牧草地、林地等的生物生產能力差異很大，為了使計算結果轉化為一個可比較的標準，有必要在各類生物生產面積前乘上一個均衡因子，以轉化為統一的、可比較的生物生產地域面積，j為生物生產性土地類型。

生態足跡理論中涉及的另一概念是生態承載力。它的計算公式為[4～5]：

EC=N*aj*rj*yj（1%～12%）

式中，EC為區域總人口的生態承載力（hm2?人-1），aj為人均生物生產面積，rj為均衡因子，yj為產量因子，N為人口數。12%的土地面積是用于生物多樣性保護的，所以予以扣除。

二、生態足跡分析方法的優點

生態足跡作為現今世界運用最廣泛的分析可持續發展的方法，有其他方法所不具有的優點：（1）生態足跡是基于土地面積的量化指標，直觀明了，形象地反映了人類對地球的影響，且資料相對容易獲取、計算方法的可操作性和可重復性強，并可進行橫向和縱向對比[5～7]，可以較好地揭示自然資本和經濟發展之間的互補關系；（2）生態足跡方法提出了生物生產性土地的概念，對各種人類消費和自然資源進行了標準化的處理，生物生產性土地的概念有效地表達了支持人類生活所必需自然資源和土地面積的有限性[3]；（3）生態足跡方法通過引入平衡因子和產出因子進一步實現了各國各地區各類生物生產性土地的可加性和可比性。它通過測量人類對自然生態服務的需求與自然所能提供的生態服務之間的差距，提供了一個核算個人、企業、地區、國家和全球自然資本利用的簡明框架，可以使政策制定者和公眾知曉人類對生態系統的利用狀況和自然資本的承載量，衡量人類發展對可持續標準的偏離程度[6～7]；生態足跡突出了人類消費的增加及其后果、可持續發展所依賴的關鍵資源、可獲得資源的分布狀況、貿易對可持續發展的影響以及環境壓力下區域資源的重新分配等與可持續發展有關的主題[4]。這使得將生態足跡計算過程制作成一個軟件包成為可能,從而可以推動該指標及方法的普及[6～7]。

三、生態足跡分析方法的缺點及改進方案

（一）全球平均生產力的相對性，導致評估結果的非絕對性

針對全球平均生產力的不足，為了更真實地反映同一國家不同省、市生態負荷及生態容量現狀，一些專家提出采用以“國家公頃（nha）”代替“全球公頃（gha）”的計量單位的計算方法。其計算公式為[9]：

Ak=∑aki=∑cki/yki（k=1，2，3……，6）

式中：cki表示占用第k類土地在第i類消費項的消費量，yki表示第k類土地在第i類消費項國家平均生產力（t*hm2*a-1）。

采用gha方法計算的生態足跡結果出現較高生態足跡赤字，采用nha方法計算的生態足跡結果出現較小生態足跡赤字，兩者的差異性說明了按照“國家公頃”等量化的土地具有更高的生態生產力。同gha相比，一個nha生態足跡單位的土地可以為人類提供更多的消費。nha計算模型可以較為準確地把握不同國家的國情和各地區差異性，各項土地生態性面積的選取、均衡因子和產量系數的計算所用到的統計資料和口徑也可以保持真實性、一致性和完整性，通過nha法計算的區域生態足跡可以更好地反映出國家內各區域生態環境壓力和可持續性現狀[9]。

不過，nha方法也存在一些需完善之處：（1）能源足跡數據選取得是世界平均能源足跡而不是地區能源足跡，這會給計算造成一定誤差；（2）生態供給面積選取標準問題，由于對生態性土地的概念的內涵與外延難以統一，各種資料收集得到數據是否需要標準化是一個疑問；（3）由于市場流動性較大帶來了統計資料不足的問題，這很容易造成誤差。

（二）土地“空間互斥性”假設很難實現

此假設的前提條件是一種土地利用類型可以按照當量因子轉換成另一種土地利用類型，它對各類土地功能單一化的處理使土地的功能多樣性和一定程度的功能替代被忽略，導致不同地區之間生態足跡的橫向對比結果產生偏差。比如，在計算林地生態足跡供給時，只有基于其木材產出功能，但實質上，林地還具有涵養水源、調節氣候、維持大氣水分循環、防止土壤流失等諸多生態功能，其吸收CO2的能力更不容忽視，這些能力被忽略過后，導致林地的生態供給面積計算結果大幅減小[6～7]。

針對這一缺陷，有人提出這樣一種方法：舍去當量因子不用，只計算生態足跡模型中六類生物生產性土地面積，分別將這六類生物生產性土地面積與該區的實有生物生產性土地面積進行對比分析，則可以保留不同地區不同生物類型生產性土地的生產潛力及其不同結構比例，從而達到更加全面和準確地評價生態資源和環境容量的目的[10]。

（三）生態足跡分析法是靜態的

生態足跡分析法是一種基于靜態指標的分析方法，它假定人口、技術、物質消費水平都是不變的[10]，但實際上這些都是隨時在變化的，所以它只能反映某一時刻的可持續性程度，不能預測未來的可持續趨勢，也不能提供改進目前不可持續狀況的方法。所以，我們必須將它變成動態分析法，目前主要有兩種方法：

1.動態生態足跡

計算動態生態足跡使用了動態的均衡因子和產量因子[10]，其計算公式為：

EFij=（DEij+IMij-EXij）/Yglobij（i=1，2……n;j=1，2……n)

式中，EFij為第i種資源j年的生態足跡；DEij為第i種資源j年的生產量；IMij為第i種資源j年的進口量；EXij為第i種資源j年的出口量；Yglobij為第i種資源j年的世界平均生產能力。由此，總生態足跡為[10]：

EF=∑（EFij*EQjk）（k=1，2……p）

式中EQjk為第k類土地j年的均衡因子。

這個方法增加了計算結果的縱向可比性，解決了靜態分析這一問題，結果更接近實際，更適合測度可持續發展。

2.運用長時間序列計算生態足跡

此方法的具體步驟是[11]：

（1）把某一長時間段分為幾個時間段，在每一時間段里增長或減少的比例都基本相同，然后用這些比例推算出整個長時間段粗略的生態足跡；（2）對這一時間段粗略的生態足跡與實際的生態足跡做相關的誤差分析，建立動態模型：Y=a+b*X，a，b是可以確定的系數，Y為實際數據的擬和值，X為推算的數據，若此模型的擬合度不錯，模型擬合的數據可以代替實際值；（3）應用上述模型推算出精確的生態足跡。

（四）生態足跡法不能完整測量人類可持續發展水平

可持續發展包括經濟、社會和環境三個方面，而生態足跡強調的是人類發展對環境系統的影響及其可持續性，卻沒有涉及經濟、社會、技術方面的可持續性，不考慮人類對現有消費模式和生活方式的滿意程度[6～8]。

對于這種生態偏向性，有的專家建議將生態足跡指標與傳統經濟指標相結合來綜合反映更完整意義上的可持續程度。比如：我們結合考慮萬元GDP生態足跡、技術水平指標、企業其他環境會計指標和生態經濟效益指標等。

四、結論與展望

生態足跡分析法自1996年提出以來雖然已經得到了廣泛的應用，但它仍處于發展階段，有很多缺點和不足需要加以改進，以上的四點只是需要完善的其中一部分。

針對以上的不足，再結合目前國內外學者研究的熱點[4～8]，以下幾方面應成為生態足跡研究的方向：（1）對各種能源足跡計算方法精確性的比較和對方法的進一步改進；（2）對計算區域的生產潛力的研究；（3）自然對廢棄物、CO2吸收的生態足跡計算；（5）生態足跡分析法中時間序列的應用及其完善；（6）各種與生態足跡有關的指數的提出及研究，如生態占用指數等；（7）區域公頃計量單位的運用；（8）提取和分析生態足跡賬戶中所包含的大量信息。

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