① 大連化物所直接轉化二氧化碳為汽油大家有什麼看法
正好最近在准備oral，introction裡面涉及到sustainable energy的問題。看到有很多知友提出了熱力學上的能量轉化問題，即你用了很大的能源去制備氫氣，提供足夠高的溫度或者過電位還原二氧化碳從而制備的甲醇，其所能提供的能量是不可能超出消耗的能源的。這是個很好也很尖銳的問題。事實上，制備得到的甲醇的化學能也許是僅僅占消耗的電能或者熱能的10%或更少，而消耗這些甲醇會產生等量的二氧化碳，加上在裂解石油天然氣產氫的時候釋放的二氧化碳，似乎二氧化碳的排放量也並沒有減少。這幾乎讓這篇文章和類似領域的研究成了一場笑話。其實，scientist是最會算賬的（不然phd的工資也不會這么低，手動捂臉），NSF和國家基金委的人也不傻，不會把錢花在完全沒有用的地方。
這其中有幾個概念需要了解清楚，1.地球上的能源很多，我們不缺能量，而能夠直接利用的能源很少，。為什麼這么說呢，除了化石能源，我們有風，水，地熱，太陽能，核能等無數足夠豐富的能源，但我們能夠直接利用的能源只有能夠直接燃燒的生物質能，通過轉化效率大約40%-50%的內燃機把化學能轉化為動力利用起來。當然我們也用電，電能也是一種可以被我們直接利用的清潔能量，但可惜的是電能不是能源，並不存在一座存儲了無限電能的礦場供人類直接插上十億個充電寶供電。人類有無數的方法可以用來發電，但沒有足夠有效的方法來儲存電能。父親在水利行業和計算機領域做研究，參與過葛洲壩和三峽大壩水輪發電機的自動化控制，小時候在父親給我講大壩蓄水發電的時候我就問他，為什麼不把蓄起來的水都放掉來解決夏天供電不足的問題呢。事實是，水電廠，火電廠產出的電流通過過無數變電站和輸電線和耗電系統直接相連，根據最低木板原理，其實輸入功率是由輸出功率決定的，即用多少電發多少電，多發的電全部浪費在電網里無法保存。
雖然我們有電容器，超級電容器，鋰離子電池，硫酸鉛蓄電池等等儲電裝置，但說到底還是把電能轉化成了化學能和電勢能，且設計目的是為了循環充放電而不是儲能，而且勢必無法製造幾百億個鋰離子電池來長時間儲存電能。所以三峽大壩的最大的目的不是發電而是儲能和調節分配能源，把能量通過重力勢能的形式儲存起來，在枯水季通過適當放水來發電。所以每年汛期強行開閘放水調節洪峰的時候你都能看到水利部長一臉肉疼的表情，因為放走的都是能源和白花花的銀子。
2 太陽能，風能能提供豐富但是不穩定的能源因此暫時無法接入電網正常使用。尤其是太陽能，受到環境的影響太大沒有穩定輸出。所以我們迫切需要的能夠存儲電能的清潔無污染的物質which最好還能直接利用。答案顯而易見，燃料。燃料包括但不限於氫氣，氨氣，甲烷，甲醇，乙醇，4-8碳的烷烴等等等等。如何最大限度的利用這些能源已經研究了很多年，畢竟理論上內燃機的效率是有上限的。最好的利用方法目前看來是3.燃料電池，其化學能轉化為電能的理論上限是100%，而電動機的效率又遠高於內燃機，因此燃料電池的設計將會逐漸取代內燃機。However，除了燃料電池自身的催化劑問題要解決之外，燃料從哪裡來。化石能源總有消耗完的一天，而且這一天的確不遠了。其他燃料，比如氫氧燃料電池，氧氣空氣中有，氫氣怎麼辦呢，現階段大部分人工製造的氫氣來自於對甲烷的steam re-forming，這個過程消耗了極大的能量，僅提供合成氨所用到的氫氣量就佔了世界能源年消耗量的1%，年二氧化碳排放量的3%。所以我們當然不能通過消耗化石能源來制備用於燃料電池的氫氣，太太太太太敗家了，石油工業可不僅僅可以提供汽油，它幾乎是所有有機合成工業原材料的提供商，而這些原材料大多現階段我們無法通過簡單的無機分子合成得到。
4.不用石油那氫氣怎麼得到，光解水或者電解水，我們有豐富的電而不能儲存。電解水就是一個極好的儲存能源的辦法，氫氣在cathode上析出，氧氣在anode上析出，電能轉換成了化學能存儲在氫氣里。同時，可以把電解水和太陽能電池聯合在一起制備PEC來進行光解水，利用無處不在的太陽能分解水來儲存能源。氫氣作為氣體，自然在儲存上有很大的難題，譬如難壓縮，易燃易爆不穩定，難以釋放等等，因此以MOF和Pd材料來儲氫又是一個新的領域。制備出來的氫氣還能做什麼呢，用來還原二氧化碳制備甲醇或者多碳醇烴，或者還原氮氣都是很好的選擇。更有甚者，直接通過水和二氧化碳在加電壓的情況下生成氧氣和醇類，這類裝置被稱為人工樹葉，可以進行人工光合作用固碳固氮，伯克利的楊培東和Yaghi都是這個領域的佼佼者。所以，當光解水技術和電催化技術成熟商業化後，還原二氧化碳的氫氣和能量可以完全來自於太陽能和水，因此不用擔心生產過成的能量轉化效率，我們只是把我們無法直接使用的無數能量存儲起來了部分而已，總歸是賺的（連帶著海水淡化技術也需要進一步發展才行ToT）
回到這個問題本身，二氧化碳本身是我們所痛恨的溫室效應的幾個主要罪魁禍首之一，內燃機和火電不可避免會造成大量排放二氧化碳，而所有的國家為了經濟發展不會輕易減少排放量。這時候轉化二氧化碳就顯得尤為重要了。既然有希望看到通過太陽能風能這種清潔能源轉化二氧化碳為燃料，工業給料來代替日漸稀少的化石能源，何樂而不為呢。這個領域要走的路很長很長，有人認為這是個坑，有人認為這不可能商業化，有人認為這篇文章只是小小的進展，甚至連突破都算不上，還有人說科研是拿著錢在做毫無意義的嘩眾取寵。但是你們從第一段的描述就應該可以看出，這個方向是目前材料科學家能想到的解決問題的最合適的方法之一（當然生物界，地質界有自己的一套思路），這個方法不是單獨的一個領域，而是數十個領域疊合在一起的研究，每一個領域負責解決這個技術的一部分問題，因此當你孤立的看待每一個領域的時候往往會覺得此研究毫無意義甚至荒謬，但當你整體的看待這個問題，居高臨下看到整個問題的解決方法是如何一點點被拼湊成一個精密的龐然大物的時候，你才會感嘆於人類智慧之光的偉大。每一篇文章都在嘗試解決技術上的小問題，都在嘗試提供一種解決問題的新思路，或證明，證偽其他人提出的想法。正是所有研究人員的努力和未雨綢繆，才會讓我們在面對未來可能出現的危機時不驚慌失措手忙腳亂，we always think ahead。（不過，前幾天帶實驗課和學生聊天的時候也說到，科研的優先順序是肯定低於經濟發展，農業發展，軍事和教育的，一定是先保證人類能夠存活，人民吃飽穿暖安居樂業的前提下，才合適將多餘的資金大量的投入科研。而基礎科研的成果大多在很多年內都是無法直接兌換成核心競爭力和金錢的，所以川普削減了科研的funding去造邊境長城也無可厚非，畢竟全球變暖造成的毀滅可遠沒有失業率提高5個點和敵國新部署的核武器的威脅來的直接和快速，更別提希格斯粒子，暗物質引力波，宇宙微波背景輻射，癌細胞突變這些和日常生活完全不在一個尺度上的研究）
② 最簡單的有機物
甲烷，在自然界的分布很廣，甲烷是最簡單的有機物，是天然氣，沼氣，坑氣等的主要成分，俗稱瓦斯。
也是含碳量最小（含氫量最大）的烴，也是天然氣、沼氣、油田氣及煤礦坑道氣的主要成分。它可用來作為燃料及製造氫氣、炭黑、一氧化碳、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質的原料。
甲烷主要是作為燃料，如天然氣和煤氣，廣泛應用於民用和工業中。作為化工原料，可以用來生產乙炔 、氫氣、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氫氰酸等。
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另外，英國《自然·通訊》雜志7日發表的一篇能源論文稱，科學家展示了利用太陽能將二氧化碳轉化為甲烷的新方法。這種用溫室氣體生產燃料的方式，或將能為人類提供一種可持續能源。
太陽的熱輻射能清潔且可持續，但是要儲存它卻十分困難，因為電池只有有限的存儲容量和壽命。所以研究人員提出，用太陽光的能量生產燃料是一種可行的解決方案。
此次，韓國基礎科學研究所的科學家團隊，建立了一種利用太陽能將二氧化碳轉化為甲烷的新系統。他們首先用到的是氧化鋅，這是一種常見於物理防曬霜的礦物質，屏蔽紫外線的原理為吸收和散射，其電子可以接受紫外線中的能量發生躍遷，而當材料的粒徑尺寸遠小於紫外線的波長時，就可以將作用在其上的紫外線向各個方向散射。
利用氧化鋅有效地轉移太陽光能後，研究人員再添加氧化銅晶體。當陽光照射在混合物上時，電荷開始流動。在碳酸水（含二氧化碳）中，這些電荷推動一種復雜的化學反應，成功將二氧化碳轉化為純度達99％的甲烷。
③ 纖維素分解菌的生存環境中如果有其他可利用的碳源，還一定需要纖維素嗎
如果有其他可利用的碳源，確實不一定需要纖維素，但是這個實驗要求的，纖維素必須是唯一碳源，哪怕是為了增加繁殖速度也應該增加纖維素，選擇培養嗎！如果有其他可利用的碳源，確實不一定需要纖維素，但是這個實驗要求的，纖維素必須是唯一碳源，哪怕是為了增加繁殖速度也應該增加纖維素，選擇培養嗎！如果有其他可利用的碳源，確實不一定需要纖維素，但是這個實驗要求的，纖維素必須是唯一碳源，哪怕是為了增加繁殖速度也應該增加纖維素，選擇培養嗎！
④ 真菌用什麼方式儲存碳水化合物
摘要 真菌無法自己產生碳水化合物。，需要外來有機物供其生存。
⑤ 白靈菇可以用開水炒過,冷凍保存嗎
白靈菇可以用開水炒過,冷凍保存，白靈菇一般適宜保存在2-4℃環境條件下。可以7-10天左右。食用菌常用的保存方式，除了烘乾保存。鮮菇可以採用低溫保存。但是時間不能太長。還有一種就是腌漬保存。這個可以長期保存。
一、冷凍保鮮方法介紹：
1.保鮮液保鮮通過用保鮮劑對菇體進行噴灑或在保鮮劑中浸泡菇體，以達到補充水分、碳源，抑制衰老物質形成，從而延長菇品保鮮期的目的。保鮮液有許多種類，主要是由糖、殺菌劑、植物生長調節劑等物質依不同比例配製而成的一種水溶液。可用純天然礦物營養保鮮劑麥飯石進行保鮮，首先將新鮮菇體裝入塑料盒中，以麥飯石水浸沒菇體，然後置於0℃以下低溫條件下保鮮，保鮮期可達70天。而且氨基酸含量與鮮菇差別不大，色澤、口感很好，無開傘、發霉、褐變等現象出現。
2.氣調保鮮調節空氣中氧氣與二氧化碳的含量，以改變貯藏環境中的氣體成分。降低氧的含量至2%～5%，提高二氧化碳的含量到5%，這樣的貯藏環境能保持白靈菇採摘時的新鮮度，減少損失，且保鮮期長，無污染。最簡單的可採用塑料薄膜。一般選用0.12mm厚的無毒聚氯乙烯薄膜或0.075mm～0.2mm厚的聚乙烯塑料薄膜。由於塑料薄膜對氣體具有選擇性滲透，可使袋內的氣體成分自然地形成氣調貯藏狀態，從而推遲營養物質的消耗和延緩衰老。
3.輻射保鮮輻射處理能有效地減少鮮菇的變質，收到較好的保鮮效果。將八成熟的鮮菇實體裝入多孔聚乙烯塑料袋內，以Co-60射線照射，輻射劑量為10萬拉德左右，輻射處理後，在溫度為10℃左右的條件下貯藏，可較好地保持鮮菇的顏色、氣味與質地等，保鮮期在15天以上。
4.冷凍保鮮將白靈菇切成2mm～3mm厚的薄片，用聚乙烯塑料膜封裝，在-18℃以下的低溫條件冰凍貯存，可保鮮3個月。
二、應注意的問題：
①採收要點。當白靈菇菌蓋充分展開，菇色潔白，菌肉堅實，柄長不超過2cm，孢子未大量釋放時採收為宜。
②殺青、漂洗。將原料菇及時置於流水槽內輕輕攪拌，洗去泥沙雜質。水洗時應迅速，水量要充足，要輕翻輕放，避免菇體破碎。然後撈到質量分數為0.12%焦亞硫酸溶液內，護色2min～3min。
③處理保鮮液時要控制好保鮮液的濃度及處理時間，一般以10min～20min為宜。
⑥ 細菌不可以保存成為化石嗎
可以。
細菌是生物的主要類群之一，屬於細菌域。細菌不可以保存成為化石這種說法是錯誤的，科學家曾在35億年前的古老地層中發現了類似藍細菌的化石。藍細菌比大部分細菌都大，能夠分泌一層薄薄的細胞壁。最重要的是，藍細菌能夠形成大的層狀結構，這種結構被稱為疊層石。如果將這種疊層石磨成薄薄的片，在其中可能發現保存精細的藍細菌和藻類化石。
(6)家裡能存儲碳源嗎擴展閱讀：
注意事項：
冷凍乾燥時，凍結速度緩慢易導致細胞內形成較大的冰晶，對細胞結構造成機械損傷。真空乾燥程度也將影響細胞結構，加入保護劑就是為了盡量減輕冷凍乾燥所引起的對細胞結構的破壞。細胞結構的損傷不僅使菌種保藏的死亡率增加，而且容易導致菌種變異，造成菌種性能衰退。
斜面低溫保藏所用的培養基，碳源比例應少些，營養成分貧乏些較好，否則易產生酸，或使代謝活動增強，影響保藏時間。砂土管保藏需將砂和土充分洗凈，以防其中含有過多的有機物，影響菌的代謝或經滅菌後產生一些有毒的物質。
⑦ 碳源和氮源有何作用
凡是構成食用菌細胞和代謝產物中碳素來源的物質，統稱為碳源物質，簡稱碳源。碳源是提供食用菌生長發育碳素的重要營養來源。食用菌吸收的碳約有20%被用來合成細胞原生質和細胞壁的物質，80%被用來維持生命活動所需的能量。氮源是指能提供食用菌生長發育所需的氮素營養物質。氮素是合成蛋白質和核酸所不可缺少的原料。食用菌主要利用的有機氮源是蛋白質、蛋白腖、尿素、氨基酸等，食用菌也能少量利用氨、銨鹽和硝酸鹽等無機氮，但生長速度遲緩。
⑧ 生物質的應用是什麼
生物質的應用包括大量至關重要的而且常常可以反映政策的內容，包括能源、環境、農業、全球貿易、交通運輸和土地使用規劃等，這些內容極為復雜。生物質是極為豐富且有多種用途的可再生資源，目前佔全球初級能源供應12%的份額，也佔到了歐洲共同體初級能源供應的4%。各種假設與預測表明，2030—2050年，生物質在全球能源需求中將會達到15%～35%的比重。到2030年，歐洲共同體的初級生物能源潛力總量將達2.5億～2.9億噸石油當量，而在2003年，僅為0.69億噸石油當量。
生物質燃料生產可能的途徑
然而，如果沒有任何補貼，生物質往往會無法與今天廣泛使用的用於發電或汽車燃料的化石燃料競爭。但是，這種缺憾可能會變得並不重要，在能源供給中，生物質將會具有更大的潛能。
用生物質作為一種能量資源是自然碳循環的一部分，因為燃燒時釋放到大氣層中的二氧化碳量基本上等於在光合作用光合作用是指在生物體內從光能轉化為化學能的一系列酶—催化劑過程。它的初始物質是二氧化碳和水，能量來源是光（電磁、輻射）；而終端產物是氧（含有能量的）和碳水化合物，如蔗糖、葡萄糖、澱粉。這一過程是可以論證的最重要的生物化學途徑，因為地球上所有的生物都直接或間接地依靠這種作用。這是一種發生在較高等植物、藻類以及細菌（如藍藻）體內的一種復雜的過程。中被生物質所吸收的量。培育和轉化生物質給料（指供送入機器或加工廠的原料）的非能源密集型加工技術具有一種二氧化碳平衡功能。生物質可以提供的能源形式包括熱量、電力、氣體的，液體的或固體的加熱燃料和汽車燃料。三種主要的生物質能轉化加工技術為：（1）熱化學技術，如燃燒、熱解和汽化；（2）生物技術，如發酵和酶的水解；（3）油脂化學技術，如植物油和動物脂肪的煉制。
從廣義上講，生物燃料（可以培育或栽培的稱為「農業燃料」）定義為由源自死亡不久的生物體（絕大部分為植物）構成的固體、液體或氣體燃料。據此，可以與化石燃料區別開來，後者源自死亡已久的生物質。從理論上講，生物燃料可以產自任何（生物學的）碳源。最常見的植物都是具有能夠俘獲太陽能的光合作用的植物。許多不同的植物和源自植物的物質都可被用於生物燃料的製造。生物燃料的應用已經遍布全球，在歐洲、亞洲和美洲的生物燃料工業正在蓬勃發展，最常見的用途是車用液體燃料。所以，可再生的生物燃料的使用可以減少人們對石油的依賴性並提高能源的安全性。生物燃料的生產與使用的各種當代的要素有緩解石油價格的壓力、食品與燃料之爭、碳排放的水平、可持續性生物燃料生產、森林的濫伐與土壤流失的影響、人權方面的內容、減少貧困的潛力、生物燃料價格、能源的平衡與效率以及集中於分散生產的模式等。
最大的技術挑戰之一，就是研發一些用特殊手段將生物質能轉化為可供車用的液態燃料的方式。為達此目的，有兩種最常用的戰略：（1）增加糖類作物（甘蔗、甜菜、甜高粱等）或澱粉（玉米、穀物等）的產量，然後將其做發酵處理，生成乙醇（酒精）；（2）增加那些能夠（自然地）生產油脂的植物，如油棕櫚樹、大豆或藻類的產量。當這些油料被加熱時，它們的黏度就會下降，這樣就可以在柴油發動機內進行直接燃燒，也可以將這些油經過化學處理後產生燃料（如生物柴油）；木材和木材的副產品可以被轉化為生物燃料，如木（煤）氣、甲醇或乙醇燃料。
從2006年的石油價格來看，一些生物燃料已經具備了競爭力（參見下表），如果石油價格長期保持高位的話，研究與開發工作將會使更多的生物燃料投入使用。隨著人們對農作物關注的增加，有三種植物都可供利用：草、樹木和藻類。草和樹生長在乾燥的土地上，但加工處理工藝比較復雜。目前的觀點是將樹的所有生物質（特別是由樹的細胞壁構成的纖維素）轉化為燃料。
與油類和油類產品價格相比的生物燃料價格
發展中國家的生物燃料
許多發展中國家都在建立自己的生物燃料工業。這些國家擁有極為豐富的生物質資源，而隨著人們對生物質和生物燃料需求量的增加，生物質正在變得更有價值。世界各地的生物燃料開發的進度不盡相同，印度和中國等國正在大力發展生物乙醇和生物柴油技術。印度正在擴大麻風樹屬的種植，這是一種可用於生產生物柴油的產油作物。印度的糖酒精研究的目標是在車用燃料中達到5%的份額。中國是一個重要的生物乙醇生產國。開發生物燃料的成本也是非常高昂的。在發展中國家，生物質能可以為生活在農村的人們提供加熱和做飯的燃料。牲畜的糞便和農作物的殘余物常常被用作燃料。國際能源署的數據表明，在發展中國家初始能源中約30%是由生物質提供的。全球20多億人用生物燃料作為他們的初始能源來源，用於戶內做飯的生物燃料的使用往往會產生健康問題和污染。據國際能源署2006年的《世界能源展望》，生物質燃料使用時不通風現象已經造成了全球130萬人的死亡。解決這一問題的方法是改進爐灶和使用替代燃料。然而，燃料具有對生物（尤其是人）的傷害性，而可替代燃料則又過於昂貴。從1980年或更早以來，人們就開始設計生產出極低成本、較高燃燒效率且低污染的生物質能灶具。
「生物燃料的生產一直頗受質疑，因為生物燃料的生產肯定會提高農作物的價格，進而從整體上影響食品安全！」
問題在於教育與分配的缺乏、腐敗橫生以及外國的投資過少等。在沒有幫助或資助（如小額信貸）的情況下，發展中國家的人們往往不能解決這些問題。一些組織，如中間技術開發集團（Intermediate Technology Development Group）的工作就是為那些無法得到生物燃料的人們建立使用這種燃料和替代燃料的設施。
目前生物燃料生產與使用的問題。人們認為生物燃料的優點在於：減少溫室氣體的排放，減少化石燃料的使用，增加國家能源的安全性，加快了農村的發展並為未來提供可持續性能源。生物燃料的局限性在於：生物燃料生產的原材料必須迅速得到補充，而且必須對生物燃料的生產過程進行創新性設計和不斷補充，這樣方能以最低的價格獲得最多的燃料，而且能夠獲得最大的環境效益。廣義而言，第一代生物燃料的生產加工僅能為我們提供極少的份額，造成這種現象的原因如下所述。第二代加工技術能夠為我們提供更多的生物燃料和更好的環境效益，但其加工技術的主要障礙是投資成本：預計建立第二代生物燃料生產加工的成本高達5億歐元。目前，關於生物燃料的有利與不利之間的爭議時常出現。政治學家和大型企業正在推動以農作物為原料的乙醇生物燃料的進程，並以此為石油的替代品。實際上，這一措施正在加速全球糧食價格的飛速上漲，使得亞馬孫河流域的叢林被毀滅，並使全球變暖加劇。
石油價格的調節
生物燃料使用的全球安全意義。如果石油需求量的增加未被抑制，則會使石油消費國更易受到傷害，嚴重時會使石油供給中斷並會導致油價劇烈波動。有報道表明，生物燃料可能終有一天會成為一種可替代能源，但是，生物燃料的使用對全球能源安全的意義，經濟的、環境的和公共健康的意義還有待於進一步評估。經濟學家不同意生物燃料生產規模的擴大會影響石油價格的說法。在交易市場上，如果不使用生物燃料的話，石油價格將會比目前的還要高15%，汽油價格也會高出25%。可替代能源的有序供給將有助於平抑汽油價格。生物燃料的使用規模受到了極大的限制，而且成本昂貴，這使得它的價格與石油價格之間存在著極大的差異，由於這種能源成本的基本要素之一就是食品的價格，所以生物燃料的生產也代表著對食品價格的調節作用。
「來源於植物的生物燃料轉化為能量，從本質上講是植物通過光合作用獲得的太陽能的再利用。太陽與可用能（與總量的換算）轉化效率比較表明，太陽能發電板的能量效率是穀物乙醇的100倍，是最好的生物燃料的10倍之多。」
上漲的食品價格——「食品與燃料」之爭。這是一個引起全球爭論的話題。對此，美國國家穀物生產者聯合會（National Corn Growers Association）就認為生物燃料並不是主要原因。一些人認為，問題在於政府對生物燃料支持的結果。另一些人則認為，原因在於石油價格的上漲。食品價格上漲的影響對於較貧窮的國家尤甚。在一些國家中，凍結生物燃料生產的呼聲高漲，那裡的人們認為生物燃料不應與食品生產展開競爭，更不能「人口奪食」！生物燃料生產所追求的目的應該在於不會影響到1億多目前因食品價格上漲而處於危險邊緣的人們的生活。
能源效率在物理學與工程學，包括機械與電子工程學中，能量效率是一個量綱一級量，其值介於0到1之間，當用100相乘時，以百分比表示。在一個處理過程中的能量效率以eta表示，其定義為：效率η=輸出／輸入，式中輸出為機械工作的量（以瓦計），或是處理工程中釋放出來的能量（以焦耳計），而輸入則指輸入供加工處理所使用的能量或工作量。根據能量轉換原理，在一個密閉體系內的能量效率永遠不會超過100%。與生物燃料的能源平衡。用原材料進行生物燃料的生產需要能量（如農作物的種植、最終產品的轉化與運輸以及化肥、滅草劑和殺真菌劑的生產與使用），而且也會對環境產生影響。生物燃料的能量平衡是由燃料生產過程中所輸入的能量與它在汽車發電機內燃燒時所釋放出能量的比較，這會因輔料和預計的使用方式而變化。從向日葵籽生產出來的生物柴油可以產生0.46倍於化石燃料的輸出效率；從大豆產生的生物柴油所產生的輸出效率則可達化石燃料的3.2倍。與從石油煉制的汽油和柴油的輸出效率相比，生物柴油分別是前者的0.805倍，後者的0.84倍。
對於生物燃料來說，生產每英熱單位的能量所需輸入的能量要大於化石燃料：石油可以用泵從地下抽到地面，而且其能量效率要高於生物燃料。然而，這並不是一個用石油取代生物燃料的必需條件，而使用生物燃料也並不會對環境產生影響。人們已經進行了關於生物燃料生產能源平衡計算方面的研究，結果顯示，因所採用的生物質和生產地點不同將會導致能源平衡的極大差異。生物燃料生產的生命周期評估表明，在某些條件下，生物燃料的生產僅僅限制了能量的儲存和溫室氣體的排放。化肥輸入和遠距離的生物質運輸能夠減少溫室效應氣體（GHG）的儲存。
人們可以設計生物燃料生產工廠的位置，以便盡量減少所需運輸的距離，建立農業管理制度，以限制用於生物生產所使用的化肥量。一項關於歐洲溫室氣體排放的研究發現，用農作物種子（如歐洲油菜籽）所製成的生物柴油的「油井—車輪」（WTW）CO2排放量可能幾乎與從化石燃料製取的柴油的CO2排放量相當。這表明一個簡單的結果：產自澱粉類農作物的生物乙醇所產生的CO2排放量幾乎與產自化石燃料的汽油的一樣多。這項研究表明，第二代生物燃料具有低CO2排放量的特點。其他獨立的LCA研究表明，同等當量的生物燃料與化石燃料相比，前者的CO2排放量是後者的50%左右。如果使用了第二代生物燃料生產技術或者減少化肥的生產，則可以減少80%～90%的CO2排放量。通過使用副產品提供熱量（如用甘蔗渣生產乙醇），溫室效應氣體的排放量還將下降。
具有相互依存作用的植物的搭配能夠提高效率。一個實例就是利用來自工業產生的廢熱進行乙醇的生產，然後進行冷卻和循環，用於替代能夠使大氣升溫的水熱蒸發。
水力能由流動的水體產生的能量。
水力能或水動力能是活動著的水產生的力或能量。它可以被聚集起來供人類使用。在進行大規模的商業用電之前，水力能被用於灌溉和多種機械，如水磨坊、紡織機械的運轉、鋸木廠等。在一個工廠（作坊）里，可以通過下落的水產生壓縮空氣，然後利用這種壓縮空氣去推動遠離水源的機械運行。
水力能的利用已有數百年的歷史。在印度，建起了水輪機和水磨坊；在羅馬帝國，人們用水力機械磨麵粉，還用於鋸開木材和石料。從蓄水池內釋放出的水波浪能被用於提取金屬礦——這就是所謂的「水清洗（礦石）法」。水清洗法在中世紀的英國得到了廣泛的應用，後來的人們用此法萃取鉛和鋅。再後來，該法演化為水力選礦法，廣泛應用於美國加利福尼亞州的黃金礦的淘選工藝中。在中國和其他遠東地區，人們用水力作為「水輪機」，將水從地下抽到地表，引入灌溉的水渠中去。19世紀30年代是世界上運河的修築高峰期，人們利用一種傾斜面的鐵路藉助水的能量在陡峭的上坡、下坡上拉動河裡的駁船行駛。直接的機械能傳遞需要利用當地的瀑布，如19世紀後半葉，在美國密西西比河的聖安東尼（Saint Anthony）瀑布，水的落差可達50英尺，人們在那裡建起了許多代客加工的磨坊，這些磨坊的建立促進了明尼阿波利斯（美國明尼蘇達州東南部城市）的發展。水力能的利用也呈現網狀發展，利用多條管線從源頭將具有壓力的液體（如泵）輸往終端用戶，以供機械的運行。如今，水力能的最大用途就是發電，它可以使人們用上來自水力的廉價能量。
⑨ 二氧化碳捕獲與儲存
CO2捕獲與儲存(Carbon Capture and Storage，CCS)技術的雛形源於20世紀70年代美國用CO2進行驅油來提高石油採收率(Enhanced OilRecovery，EOR)的技術。經過近40年的研究和實踐，逐步發展成為氣候變化背景下減排溫室氣體的重要技術手段之一。近年來，歐洲成為CCS技術研發的先驅(中科院武漢文獻情報中心，2011)。
根據《IPCC特別報告———二氧化碳捕獲和封存》(政府間氣候變化專門委員會(IPCC)，2005，以下簡稱「IPCC特別報告」)，CCS技術是指把CO2從工業或相關能源的源里分離出來，輸送到一個儲存場地，並長期與大氣隔絕的過程。
IPCC特別報告認為，CCS技術是穩定大氣溫室氣體濃度減緩行動組合中的一種選擇方案(IPCC，2005)。尚包括提高能源效率、向低含碳量燃料轉變、核能、可再生能源、增加生物匯以及非CO2溫室氣體的減排等。從應用層面上簡單地說，CCS技術就是把化石燃料燃燒產生的CO2進行捕獲並將其安全地儲存於地下深部的地質構造中(陳文穎等，2007)，從而減少CO2向大氣環境的排放。
一、二氧化碳捕獲和儲存的主要組成部分
CCS技術主要包括CO2捕獲、運輸和儲存三大主要環節(圖1－1)。
1.碳源
聯合國氣候變化框架公約(UNFCCC，1992)將溫室氣體的「源」定義為任何向大氣中釋放產生溫室氣體、氣溶膠或其前體的過程、活動或機制。溫室氣體的「匯」為從大氣中清除溫室氣體、氣溶膠或其前體的過程、活動或機制。「點源」是指局限在一個單點位置的排放源(ICPP，2005)。
CO2主要由化石燃料燃燒所排放，排放源既包括大型燃燒設備，如燃煤發電廠;也包括小型分散源，如汽車發動機、居民和商業用戶使用的燃燒爐。還可從一些工業生產過程、石油天然氣加工處理以及焚燒森林植物等過程中排放。CO2的捕獲主要用於較大的CO2點源，包括大型化石燃料或生物能源設施、主要CO2排放工業企業、天然氣生產、合成燃料廠以及基於化石燃料的制氫工廠等(師春元等，2006)。
全球大於10×104t/a的CO2固定排放源情況見表1－1。這些排放源分布在全球各地，其中北美(美國中西部和東部)、歐洲(西北部地區)、東亞(中國東部沿海)和南亞(印度次大陸)是四個特殊的排放群。相比之下，大范圍的生物質排放源數量則要少得多。同時，上述排放源並不都適合進行CO2的捕獲。
目前，中國各區域CO2排放量差異顯著，呈現由東南部沿海向中部和西部地區遞減的趨勢。高排放區域主要集中在東南部沿海經濟發達地區和內蒙古、河南等少數內陸省份，總體形成內蒙古—河北—遼寧—山東—江蘇—浙江的高排放帶(以環渤海區和長三角區為主)和珠三角高排放區。
圖1－1CO2捕獲和儲存(CCS)主要組成部分示意圖(據CaptureReady.com新聞通訊雙周刊，2011)
表1－1全球大於10×104t/a的CO2排放量固定排放源情況
2.捕獲
CO2的捕獲(Capture)是指將CO2從化石燃料燃燒產生的煙氣中分離出來，並將其壓縮的過程。對於大量分散型的CO2排放源尚難實現碳的捕獲(ICPP，2005;巢清塵等，2006)。CO2的捕獲主要用於大規模排放源，如大型化石燃料或生物能源設施、主要CO2排放型工業、天然氣生產、合成燃料工廠以及基於化石燃料的制氫工廠等。
目前，燃煤電廠主要有燃燒前脫碳、燃燒後脫碳和富氧燃燒技術3種不同的捕獲技術(許世森等，2009)。
燃燒前脫碳技術(PCDC):是指在碳基燃料燃燒前，首先將其化學能從碳中轉移出來，然後再將碳和攜帶能量的其他物質進行分離，這樣就可以實現碳在燃料利用前進行捕獲。最典型的是整體煤氣化聯合循環發電技術(IGCC)。IGCC是結合了煤氣化技術與聯合循環發電技術的新型發電技術。它對氣化得到的煤氣進行變換反應，使煤氣轉變為CO2和H2，最終將燃料化學能轉移到H2上，然後再對CO2和H2進行分離。
基於IGCC的PCDC處理的氣體具有高的氣體壓力和CO2濃度，從而使得物理吸附法比化學吸附法更能體現出優勢。分離CO2的典型物理吸收法是聚乙二醇二甲醚法(Selexol法)和低溫甲醇法(Rectisol法)。這兩種方法都屬於低溫吸收過程，Selexol法的吸收溫度一般為－10～15℃，低溫甲醇法的吸收溫度一般為－75～0℃。另外，這兩種技術能夠同時脫除CO2和H2S，且凈化度較高，可在系統中省去脫硫單元，但相應需要採用耐硫變換技術。
目前國內外提出的多項降低CO2排放的潔凈煤發電計劃中，絕大部分是基於IGCC發電技術的，並集成了燃料電池、氫氣輪機、碳捕獲與儲存等技術手段，最終實現包括CO2在內的溫室氣體近零排放。
燃燒後脫碳技術(PCC):是在燃燒設備(鍋爐或燃機)後的煙氣中捕獲或者分離CO2。該技術幾乎可用於任何現有的煤基電廠，並且對原有的電廠系統改動較小。現有的絕大多數火力發電技術，包括新建和改造，都只能採用PCC的方法進行CO2的分離。但另一方面，採用PCC方法需要處理的煙氣量大、排放壓力低、CO2的分壓小，投資和運行成本較高。
富氧燃燒技術:是利用空分系統獲得富氧或純氧，然後將燃料與氧氣一同進入專門的純氧燃燒爐進行燃燒，一般需要對燃燒後的煙氣進行重新回注燃燒爐。一方面降低了燃燒溫度;另一方面進一步提高了CO2的體積分數。由於煙氣中CO2的體積分數高，可顯著降低CO2捕獲的能耗，但必須採用專門的純氧燃燒技術，需要專門材料的純氧燃燒設備以及空分系統，這將大幅度提高系統的投資成本。目前，大型富氧燃燒技術仍處於研究階段(黃斌等，2007)。
3.運輸
所謂CO2運輸(Transport)，就是將CO2從捕獲地運往地質儲存場地的過程。CO2的運輸方式主要有管道運輸、公路槽車運輸、鐵路運輸和船舶運輸四種。這四種方式各有優缺點，都存在一定的適用范圍。在技術上，公路槽車和鐵路罐車也是切實可行的方案。然而，除小規模運輸之外，這類運輸與管道和船舶運輸相比則不經濟，不大可能用於大規模的CO2運輸(ICPP，2005)。
公路槽車運輸CO2時，可利用絕緣罐將液態CO2進行運輸。一般而言，公路槽車運輸成本最高，運輸費用可達17美元/(100km·t)，但相對靈活，適合於運量小的場地。
鐵路運輸的成本比汽車槽車低，運輸量比汽車槽車大，但必須依託現有的火車鐵路運輸設施，否則初期投資相對較大。
在某些情況下，需要長途運輸或需將CO2運至海外時，使用船舶運輸CO2則更為經濟，但因需求有限，加之存儲CO2的設備必須要承受高壓或低溫條件，該類運輸規模較小。
目前，最可行的辦法是利用管道輸送。管道是一種已成熟的市場技術，一般將氣態的CO2進行壓縮提高密度，以降低管道的運輸成本。據APEC官方統計，管道運輸成本最低。如果每年管道的運輸量大於1000×104t，運輸費用為2～6美元/(100km·t)，但管道運輸只適用於特定的條件，尤其是要解決運輸過程中的CO2腐蝕和泄漏問題。
4.儲存
CO2儲存(Storage)是指把捕獲、壓縮後的CO2運輸到指定的地點進行長期儲存的過程(劉嘉等，2009)。目前，主要的儲存方式有地質儲存、海洋儲存、礦物固化以及森林和陸地生態系統儲存等。另外，一些工業流程也可在生產過程中利用和存儲少量被捕獲的CO2。
二、二氧化碳主要儲存技術
目前潛在的可用於儲存CO2的技術有地質儲存、海洋儲存、礦物固化以及森林和陸地生態系統儲存(師春元等，2006)。盡管用於工業生產中也是CO2儲存的一種途徑，但由於儲存量少，對減少CO2排放的貢獻率相對較小。圖1－2給出了可能的CCS系統組成示意圖。圖中集中展示了CO2可能的來源、運輸以及儲存方案。
圖1－2可能的CCS系統構成示意圖(據IPCC，2005)
1.地質儲存
CO2地質儲存(CO2geological storage，CGS)就是把從集中排放源分離得到的CO2注入地下深處具有適當封閉條件的地質構造中儲存起來。CO2地質儲存場所多種多樣，主要有沉積盆地內的深部鹹水含水層、開采中或已廢棄的油氣藏和因技術或經濟原因而棄採的煤層，以及開采過的大洞穴、鹽岩溶腔和廢棄的礦藏等(李小春等，2003;張洪濤等，2005;沈平平等，2009)。CO2地質儲存的主要技術方案見圖1－3。
CO2地質儲存就是利用CO2具有的超臨界特點，即當溫度高於31.1℃、壓力高於7.38MPa時，CO2進入超臨界狀態。在超臨界狀態，CO2是一種高密度氣體，並不會液化，只是密度增大，具有類似液態的性質，同時還保留著氣體的性能。超臨界CO2的典型物理特性為密度近於液體，是氣體的幾百倍，使得儲存空間大大減少;黏度近於氣體，與液體相比，要小兩個數量級;擴散系數介於氣體和液體之間，約為氣體的1/100，比液體大幾百倍，因而具有較大的溶解能力(韓布興，2005)。
碳封存領導人論壇(Carbon Sequestration Leadership Forum，CSLF)(2008)指出CO2地質儲存機理可以分為兩大類:物理貯存和化學貯存。其中，物理貯存包括構造地層貯存、束縛貯存和水動力貯存;化學貯存包括溶解貯存和礦化貯存。
欲實現CO2地質儲存必須滿足CO2以超臨界流體態的形式儲存於地下，埋藏深度必須≥800m，CO2－EOR(CO2－EOR即「二氧化碳提高石油回採率」技術，下同)和CO2－ECBMR(CO2－ECBMR即「二氧化碳提高煤層氣採收率」技術，下同)除外。CO2地質儲存相當於營造一個地下人工氣藏，其選址條件主要考慮以下因素:位於地質構造穩定的地區，地震、火山、活動斷裂不發育，所儲存的CO2向大氣泄漏的可能性微小;儲層孔隙度和滲透率高，有一定厚度，能達到所需要的存儲庫容;上覆有不透氣的封閉蓋層。
圖1－3CO2地質儲存方案示意圖(據IPCC，2005)
與天然氣儲氣庫儲層條件不同的是還要考慮以下因素:儲層壓力超過CO2的臨界值，在這種壓力下CO2受到壓縮，密度達到600～800kg/m3，浮力低於天然氣而高於原油;較低的地熱梯度和地熱流值，使CO2在較小的深度下能達到較高的密度;對人類社會和自然環境、資源帶來的負面影響小(沈平平等，2009)。
IPCC的研究表明，CO2性質穩定，可以在相當長的時間內被儲存。若地質儲存場地是經過謹慎選址和精心論證、設計、施工與管理的，注入其中的CO2的99%都可儲存1000年以上。
2.海洋儲存
海洋儲存CO2有兩種潛在的途徑。一種是經固定的管道或船舶運輸將CO2注入並溶解到海洋水體中(以1000m以下最為典型);另一種是經由固定的管道和安裝在深度3000m以下海床上的海上鑽井平台將其沉澱，在海底形成一個CO2「湖」，從而延緩CO2分解於周圍環境中(圖1－4)。
被溶解和分解在海洋里的CO2將成為全球碳循環的一部分，並最終與大氣中的CO2達到平衡。在目前進行的一系列實驗室和小規模試驗中，已針對各種方案的技術可行性、相關的物理化學現象以及對海洋生態系統的影響進行了初步研究。現階段，海洋儲存CO2技術仍處於研究階段，尚未得到應用。
3.礦物固化
CO2的礦物固化是模仿自然界中鈣/鎂硅酸鹽礦石的侵蝕和風化過程來實現的，由瑞士學者W.Seifritz於1990年率先提出。該反應過程的通式為:
中國二氧化碳地質儲存地質基礎及場地地質評價
圖1－4海洋儲存CO2方法示意圖(據IPCC，2005)A—溶解型;B—湖泊型
隨後，Dunsmore(1992)研究了用鈣/鎂碳酸鹽礦物固化CO2的方法。這個過程也被稱作增強自然風化，Lackner等(1995)詳細研究了該過程的細節問題。此後，礦物碳酸鹽化研究開始加速，歐美許多國家紛紛設立專門研究機構開展CO2的礦物固化研究工作。
礦物固化主要是指利用含有鹼性和鹼土金屬氧化物的礦石與CO2反應將其固化，生成永久的、更為穩定的諸如碳酸鎂(MgCO3)和碳酸鈣(CaCO3)之類碳酸鹽的一系列過程。
在自然界中，本來就存在著大量的鈣/鎂硅酸鹽礦物，如硅灰石(CaSiO3)、橄欖石(Mg2SiO4)、蛇紋石［Mg3Si2O5(OH)4］和滑石［Mg3Si4O10(OH)2］等。這些鈣/鎂硅酸鹽礦石與CO2之間的反應可以自發地進行，生成穩定的碳酸鹽，但反應過程極其緩慢，不能直接用於工業過程。礦物固化應用於CO2固定時，需要通過過程強化，加速CO2與礦石之間的化學反應，從而達到工業上可行的反應速率並使工藝流程更加節能。除天然的硅酸鹽礦石外，某些含有鈣/鎂的固體廢物也可以作為礦物固化的原料。
CO2以及所有碳酸鹽化合物中，碳元素都處於最高價態形式，相對最穩定。但由於碳酸鹽的標准吉布斯自由能較CO2更低，因而碳酸鹽化合物形式相比CO2更為穩定。礦物固化CO2具有以下優勢(陳駿，2009)。
1)遵循了自然界中CO2的礦物吸收過程，即含鹼金屬或鹼土金屬的礦石與CO2反應，生成熱力學上更為穩定的碳酸鹽礦物，從而實現CO2的永久固化。由於沒有泄漏的風險，因而不需要長期投資進行監測;
2)原料十分豐富，包括含鈣/鎂的天然礦石，如鎂橄欖石、蛇紋石、滑石和水鎂石等，以及超基性岩和基性岩(如玄武岩)等，均可實現大規模CO2地質處置;
3)天然礦石的副產品具有較高的經濟價值，使得礦物固化具有商業化應用潛力;
4)可因地制宜實現排放源的就地固化或者礦石所處的原位固化。因此，研究CO2的礦物固化技術對未來CO2減排具有廣闊的應用前景。
目前，國際上提出了兩種CO2的礦物固化方式:一種為異地(ex-situ)固化。即將礦石等固化原料運送到CO2排放源附近，通過反應裝置將CO2碳酸鹽化，從而達到固化目的;另一種為原位(in-situ)固化。即將CO2直接注入地下多孔的基性—超基性岩岩體中，使CO2與岩石礦物直接反應，轉變為碳酸鹽(圖1－5)。
圖1－5礦物固化CO2流程示意圖(據IPCC，2005)
4.森林和陸地生態系統儲存
最近研究表明，全球生物生長可儲存CO2約20×108t/a(光合作用吸收600×108t/aCO2，通過有機物質的分解又有580×108t/a被釋放出來)。在一個典型森林的生命周期中，每萬平方米森林每年的生物質增長量為3～10t(干基)，約相當於固定等重的CO2。由於森林的成熟需要100年甚至更長的時間，部分儲存的碳可通過樹木的腐爛或燃燒重新釋放回環境。一旦森林成熟，CO2的吸收就增加較少了(師春元等，2006)。
近20年來，中國森林吸收溫室氣體CO2的能力明顯增加，每年工業排放出的CO2平均有5%～8%，約2600×104t被吸收，從而為緩解全球溫室效應作出了積極貢獻。研究發現，20世紀70年代中期以前，由於毀林開荒等因素，中國森林向大氣凈排放了大量的CO2。但在最近20年裡情況發生了逆轉，森林凈吸收CO2的功能明顯增強，近20年共凈吸收約4.5×108t碳，相當於20世紀90年代中期中國工業CO2年均排放量的一半。在被「固定」的碳中，人工林佔了80%。據悉，中國人工林累計面積目前已居世界第一位，森林覆蓋率也上升到16.55%(師春元等，2006)。