第十一课 即时利用的“绿色煤炭”——生物能
第十一课 即时利用的“绿色煤炭”——生物能
木头的故事
在一个山洞里，几个猿人披着兽皮，钻木取火，烧起一堆篝火围坐在一起。突然，洞口出现几个身影，只见三个成年猿人背着一头鹿走了进来。大家一起帮忙将鹿肉分为几块，拿起其中一块放在火上烤起来——这是远古时期的一个场景火的应用及熟食的发明使人类往前走了一大步。火是人类文明的起源。而跳动的火焰中燃烧着的，就是千万年来默默地为我们提供温暖的木头。
唐朝诗人白居易有诗云：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中。”唐朝人便用伐来的木头经过处理得到更好的能源——炭。而现在在某些农村，仍有农民用秸秆和木头烧火做饭。
相对于日常使用的煤炭、石油等化石能源，这类直接利用生物体而得到的能源有一个绿色的名字——生物能。
然而，目前我们使用能源的方式已发生了很大的变化，能量更高的汽油、电能已成为能源界的宠儿。试想，如果汽车后备箱内装着一大捆木头，边燃烧边开，还冒着滚滚浓烟，你还敢坐吗？虽然曾经确实有过冒烟的蒸汽火车，但它们又慢又脏。
因此，科学家们一直在思索如何利用这些每天都在生长的“绿色煤炭”。要知道，仅地球上的植物，每年所储存的能量是目前人类消耗的化石能量的20倍。化石能的总量是一定的，使用一点便少一点，总有用完的一天。而植物却是年复一年地在生长。如此“天赐”的能源，岂能轻易浪费？
前面提到的“伐薪烧炭”就是一种利用生物能源的方法。普通的木头里含有水以及与碳元素结合的氢元素和氧元素，在燃烧的过程中会释放大量的水，与一些固体小颗粒结合便形成了烟。木头中往往又含有磷和硫，会产生有毒且有刺激性的浓烟，这也是为什么烟“呛人”的原因。将木头在缺氧的环境下高温处理，脱水、脱氢、脱磷和脱硫，经过一系列复杂的化学反应，所得到的便是木炭。燃烧木炭时不但热量更高而且不会产生烟。
最初所烧的木炭主要供富人冬季室内取暖或吃火锅用，需求量不大，山民也不以此为主要营生。在《红楼梦》中，便有将烧着的木炭放在小铜炉里，脚踩在上面驱寒的描写。20世纪三四十年代，许多汽车和小轮船以木炭为能源。这带来了一定的问题，小炭窑遍布山谷，树木砍伐严重，一些成长了上百年的珍贵木材就这样被烧掉了。
甘蔗和葡萄酒
如今，烧炭的不多了，因为我们所使用的大部分能源是液体燃料，如汽油。而目前，乙醇大有代替汽油的趋势。乙醇就是我们常说的酒精。中国自古以来就有用粮食酿酒的传统，而西方酿酒的原料则一向是葡萄。无论粮食还是葡萄，其中都含有大量的糖分，在酿制的过程中发生化学反应生成小分子的乙醇，只不过其中还含有水。
时至今日，以农作物酿制酒精的技术已经非常成熟，其中最突出的是美国。美国农业发达，玉米产量很大，故美国使用玉米酿制酒精。但此方法在其他国家不便推广。因为全世界现在还面临着粮食短缺问题使用大量粮食来酿酒显然是不现实的。
三十多年前，巴西人以甘蔗为原料，发展甘蔗乙醇作为汽车燃料的替代品。巴西土地资源丰富，地处热带、亚热带地区，盛产甘蔗，所以此技术成本较低。
巴西从甘蔗中提取乙醇的产量是从玉米中提取乙醇的5倍，具有明显的优势。甘蔗乙醇是用甘蔗提炼出的蔗糖直接发酵而成的，玉米则需先把淀粉变成糖，然后再蒸馏提炼乙醇。
不过，以玉米、甘蔗、甜高粱、薯类等作物为原料制造乙醇只是过渡，毕竟这些都是人类赖以生存的食物，而以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇可能才是未来大规模替代石油的关键。而纤维素的最大来源便是秸秆。根据农业部统计，2006年我国秸秆产量为6亿吨，除用于肥料、饲料及造纸等工业原料外，约有3亿吨秸秆可作为能源使用，相当于1.5亿吨的煤。
“气”贯长虹
生物体除了能产生液态的乙醇，还可以产生气态的甲烷。
有机物在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用可生成一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现，所以被称为沼气。所谓厌氧环境，就是缺少氧气的环境，如水中。在此环境下，一些厌氧微生物能更好的生存。
沼气是一种混合气体，一般含有50%~70%的甲烷，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。
哪些原料可以用来产生沼气呢？这可多了，如禽畜粪便、作物秸秆、食品废料和废水等，其主要成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分。
沼气可以直接用于燃烧，农村里已有配套使用的沼气灶。除此之外，还可用于最近几年兴起的燃料电池。
最近闹得沸沸扬扬的“地沟油”其实也是一种有用的生物能源。经处理，地沟油可以用来生产生物柴油、乙醇、沼气和生物肥料。而让地沟油重返餐桌绝对是一个错误的选择。
相比于太阳能、核能、风能，生物能在低碳方面的优势不是很明显。因为由生物得到的木炭、乙醇或是甲烷，在燃烧的过程中都会产生二氧化碳。不过这是大自然碳循环的一部分，植物吸收大气中的二氧化碳，在太阳照射下储存为生物能，人们再开发使用生物能使碳回到大气中。
当然人们在使用生物能的过程中要注意多种绿色植物，这样才能保证大自然中的碳平衡。
（执笔 仲琦）
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