① 大连化物所直接转化二氧化碳为汽油大家有什么看法
正好最近在准备oral，introction里面涉及到sustainable energy的问题。看到有很多知友提出了热力学上的能量转化问题，即你用了很大的能源去制备氢气，提供足够高的温度或者过电位还原二氧化碳从而制备的甲醇，其所能提供的能量是不可能超出消耗的能源的。这是个很好也很尖锐的问题。事实上，制备得到的甲醇的化学能也许是仅仅占消耗的电能或者热能的10%或更少，而消耗这些甲醇会产生等量的二氧化碳，加上在裂解石油天然气产氢的时候释放的二氧化碳，似乎二氧化碳的排放量也并没有减少。这几乎让这篇文章和类似领域的研究成了一场笑话。其实，scientist是最会算账的（不然phd的工资也不会这么低，手动捂脸），NSF和国家基金委的人也不傻，不会把钱花在完全没有用的地方。
这其中有几个概念需要了解清楚，1.地球上的能源很多，我们不缺能量，而能够直接利用的能源很少，。为什么这么说呢，除了化石能源，我们有风，水，地热，太阳能，核能等无数足够丰富的能源，但我们能够直接利用的能源只有能够直接燃烧的生物质能，通过转化效率大约40%-50%的内燃机把化学能转化为动力利用起来。当然我们也用电，电能也是一种可以被我们直接利用的清洁能量，但可惜的是电能不是能源，并不存在一座存储了无限电能的矿场供人类直接插上十亿个充电宝供电。人类有无数的方法可以用来发电，但没有足够有效的方法来储存电能。父亲在水利行业和计算机领域做研究，参与过葛洲坝和三峡大坝水轮发电机的自动化控制，小时候在父亲给我讲大坝蓄水发电的时候我就问他，为什么不把蓄起来的水都放掉来解决夏天供电不足的问题呢。事实是，水电厂，火电厂产出的电流通过过无数变电站和输电线和耗电系统直接相连，根据最低木板原理，其实输入功率是由输出功率决定的，即用多少电发多少电，多发的电全部浪费在电网里无法保存。
虽然我们有电容器，超级电容器，锂离子电池，硫酸铅蓄电池等等储电装置，但说到底还是把电能转化成了化学能和电势能，且设计目的是为了循环充放电而不是储能，而且势必无法制造几百亿个锂离子电池来长时间储存电能。所以三峡大坝的最大的目的不是发电而是储能和调节分配能源，把能量通过重力势能的形式储存起来，在枯水季通过适当放水来发电。所以每年汛期强行开闸放水调节洪峰的时候你都能看到水利部长一脸肉疼的表情，因为放走的都是能源和白花花的银子。
2 太阳能，风能能提供丰富但是不稳定的能源因此暂时无法接入电网正常使用。尤其是太阳能，受到环境的影响太大没有稳定输出。所以我们迫切需要的能够存储电能的清洁无污染的物质which最好还能直接利用。答案显而易见，燃料。燃料包括但不限于氢气，氨气，甲烷，甲醇，乙醇，4-8碳的烷烃等等等等。如何最大限度的利用这些能源已经研究了很多年，毕竟理论上内燃机的效率是有上限的。最好的利用方法目前看来是3.燃料电池，其化学能转化为电能的理论上限是100%，而电动机的效率又远高于内燃机，因此燃料电池的设计将会逐渐取代内燃机。However，除了燃料电池自身的催化剂问题要解决之外，燃料从哪里来。化石能源总有消耗完的一天，而且这一天的确不远了。其他燃料，比如氢氧燃料电池，氧气空气中有，氢气怎么办呢，现阶段大部分人工制造的氢气来自于对甲烷的steam re-forming，这个过程消耗了极大的能量，仅提供合成氨所用到的氢气量就占了世界能源年消耗量的1%，年二氧化碳排放量的3%。所以我们当然不能通过消耗化石能源来制备用于燃料电池的氢气，太太太太太败家了，石油工业可不仅仅可以提供汽油，它几乎是所有有机合成工业原材料的提供商，而这些原材料大多现阶段我们无法通过简单的无机分子合成得到。
4.不用石油那氢气怎么得到，光解水或者电解水，我们有丰富的电而不能储存。电解水就是一个极好的储存能源的办法，氢气在cathode上析出，氧气在anode上析出，电能转换成了化学能存储在氢气里。同时，可以把电解水和太阳能电池联合在一起制备PEC来进行光解水，利用无处不在的太阳能分解水来储存能源。氢气作为气体，自然在储存上有很大的难题，譬如难压缩，易燃易爆不稳定，难以释放等等，因此以MOF和Pd材料来储氢又是一个新的领域。制备出来的氢气还能做什么呢，用来还原二氧化碳制备甲醇或者多碳醇烃，或者还原氮气都是很好的选择。更有甚者，直接通过水和二氧化碳在加电压的情况下生成氧气和醇类，这类装置被称为人工树叶，可以进行人工光合作用固碳固氮，伯克利的杨培东和Yaghi都是这个领域的佼佼者。所以，当光解水技术和电催化技术成熟商业化后，还原二氧化碳的氢气和能量可以完全来自于太阳能和水，因此不用担心生产过成的能量转化效率，我们只是把我们无法直接使用的无数能量存储起来了部分而已，总归是赚的（连带着海水淡化技术也需要进一步发展才行ToT）
回到这个问题本身，二氧化碳本身是我们所痛恨的温室效应的几个主要罪魁祸首之一，内燃机和火电不可避免会造成大量排放二氧化碳，而所有的国家为了经济发展不会轻易减少排放量。这时候转化二氧化碳就显得尤为重要了。既然有希望看到通过太阳能风能这种清洁能源转化二氧化碳为燃料，工业给料来代替日渐稀少的化石能源，何乐而不为呢。这个领域要走的路很长很长，有人认为这是个坑，有人认为这不可能商业化，有人认为这篇文章只是小小的进展，甚至连突破都算不上，还有人说科研是拿着钱在做毫无意义的哗众取宠。但是你们从第一段的描述就应该可以看出，这个方向是目前材料科学家能想到的解决问题的最合适的方法之一（当然生物界，地质界有自己的一套思路），这个方法不是单独的一个领域，而是数十个领域叠合在一起的研究，每一个领域负责解决这个技术的一部分问题，因此当你孤立的看待每一个领域的时候往往会觉得此研究毫无意义甚至荒谬，但当你整体的看待这个问题，居高临下看到整个问题的解决方法是如何一点点被拼凑成一个精密的庞然大物的时候，你才会感叹于人类智慧之光的伟大。每一篇文章都在尝试解决技术上的小问题，都在尝试提供一种解决问题的新思路，或证明，证伪其他人提出的想法。正是所有研究人员的努力和未雨绸缪，才会让我们在面对未来可能出现的危机时不惊慌失措手忙脚乱，we always think ahead。（不过，前几天带实验课和学生聊天的时候也说到，科研的优先级是肯定低于经济发展，农业发展，军事和教育的，一定是先保证人类能够存活，人民吃饱穿暖安居乐业的前提下，才合适将多余的资金大量的投入科研。而基础科研的成果大多在很多年内都是无法直接兑换成核心竞争力和金钱的，所以川普削减了科研的funding去造边境长城也无可厚非，毕竟全球变暖造成的毁灭可远没有失业率提高5个点和敌国新部署的核武器的威胁来的直接和快速，更别提希格斯粒子，暗物质引力波，宇宙微波背景辐射，癌细胞突变这些和日常生活完全不在一个尺度上的研究）
② 最简单的有机物
甲烷，在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯。
也是含碳量最小（含氢量最大）的烃，也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。
甲烷主要是作为燃料，如天然气和煤气，广泛应用于民用和工业中。作为化工原料，可以用来生产乙炔 、氢气、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、四氯化碳和氢氰酸等。
(2)家里能存储碳源吗扩展阅读：
另外，英国《自然·通讯》杂志7日发表的一篇能源论文称，科学家展示了利用太阳能将二氧化碳转化为甲烷的新方法。这种用温室气体生产燃料的方式，或将能为人类提供一种可持续能源。
太阳的热辐射能清洁且可持续，但是要储存它却十分困难，因为电池只有有限的存储容量和寿命。所以研究人员提出，用太阳光的能量生产燃料是一种可行的解决方案。
此次，韩国基础科学研究所的科学家团队，建立了一种利用太阳能将二氧化碳转化为甲烷的新系统。他们首先用到的是氧化锌，这是一种常见于物理防晒霜的矿物质，屏蔽紫外线的原理为吸收和散射，其电子可以接受紫外线中的能量发生跃迁，而当材料的粒径尺寸远小于紫外线的波长时，就可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射。
利用氧化锌有效地转移太阳光能后，研究人员再添加氧化铜晶体。当阳光照射在混合物上时，电荷开始流动。在碳酸水（含二氧化碳）中，这些电荷推动一种复杂的化学反应，成功将二氧化碳转化为纯度达99％的甲烷。
③ 纤维素分解菌的生存环境中如果有其他可利用的碳源，还一定需要纤维素吗
如果有其他可利用的碳源，确实不一定需要纤维素，但是这个实验要求的，纤维素必须是唯一碳源，哪怕是为了增加繁殖速度也应该增加纤维素，选择培养吗！如果有其他可利用的碳源，确实不一定需要纤维素，但是这个实验要求的，纤维素必须是唯一碳源，哪怕是为了增加繁殖速度也应该增加纤维素，选择培养吗！如果有其他可利用的碳源，确实不一定需要纤维素，但是这个实验要求的，纤维素必须是唯一碳源，哪怕是为了增加繁殖速度也应该增加纤维素，选择培养吗！
④ 真菌用什么方式储存碳水化合物
摘要 真菌无法自己产生碳水化合物。，需要外来有机物供其生存。
⑤ 白灵菇可以用开水炒过,冷冻保存吗
白灵菇可以用开水炒过,冷冻保存，白灵菇一般适宜保存在2-4℃环境条件下。可以7-10天左右。食用菌常用的保存方式，除了烘干保存。鲜菇可以采用低温保存。但是时间不能太长。还有一种就是腌渍保存。这个可以长期保存。
一、冷冻保鲜方法介绍：
1.保鲜液保鲜通过用保鲜剂对菇体进行喷洒或在保鲜剂中浸泡菇体，以达到补充水分、碳源，抑制衰老物质形成，从而延长菇品保鲜期的目的。保鲜液有许多种类，主要是由糖、杀菌剂、植物生长调节剂等物质依不同比例配制而成的一种水溶液。可用纯天然矿物营养保鲜剂麦饭石进行保鲜，首先将新鲜菇体装入塑料盒中，以麦饭石水浸没菇体，然后置于0℃以下低温条件下保鲜，保鲜期可达70天。而且氨基酸含量与鲜菇差别不大，色泽、口感很好，无开伞、发霉、褐变等现象出现。
2.气调保鲜调节空气中氧气与二氧化碳的含量，以改变贮藏环境中的气体成分。降低氧的含量至2%～5%，提高二氧化碳的含量到5%，这样的贮藏环境能保持白灵菇采摘时的新鲜度，减少损失，且保鲜期长，无污染。最简单的可采用塑料薄膜。一般选用0.12mm厚的无毒聚氯乙烯薄膜或0.075mm～0.2mm厚的聚乙烯塑料薄膜。由于塑料薄膜对气体具有选择性渗透，可使袋内的气体成分自然地形成气调贮藏状态，从而推迟营养物质的消耗和延缓衰老。
3.辐射保鲜辐射处理能有效地减少鲜菇的变质，收到较好的保鲜效果。将八成熟的鲜菇实体装入多孔聚乙烯塑料袋内，以Co-60射线照射，辐射剂量为10万拉德左右，辐射处理后，在温度为10℃左右的条件下贮藏，可较好地保持鲜菇的颜色、气味与质地等，保鲜期在15天以上。
4.冷冻保鲜将白灵菇切成2mm～3mm厚的薄片，用聚乙烯塑料膜封装，在-18℃以下的低温条件冰冻贮存，可保鲜3个月。
二、应注意的问题：
①采收要点。当白灵菇菌盖充分展开，菇色洁白，菌肉坚实，柄长不超过2cm，孢子未大量释放时采收为宜。
②杀青、漂洗。将原料菇及时置于流水槽内轻轻搅拌，洗去泥沙杂质。水洗时应迅速，水量要充足，要轻翻轻放，避免菇体破碎。然后捞到质量分数为0.12%焦亚硫酸溶液内，护色2min～3min。
③处理保鲜液时要控制好保鲜液的浓度及处理时间，一般以10min～20min为宜。
⑥ 细菌不可以保存成为化石吗
可以。
细菌是生物的主要类群之一，属于细菌域。细菌不可以保存成为化石这种说法是错误的，科学家曾在35亿年前的古老地层中发现了类似蓝细菌的化石。蓝细菌比大部分细菌都大，能够分泌一层薄薄的细胞壁。最重要的是，蓝细菌能够形成大的层状结构，这种结构被称为叠层石。如果将这种叠层石磨成薄薄的片，在其中可能发现保存精细的蓝细菌和藻类化石。
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注意事项：
冷冻干燥时，冻结速度缓慢易导致细胞内形成较大的冰晶，对细胞结构造成机械损伤。真空干燥程度也将影响细胞结构，加入保护剂就是为了尽量减轻冷冻干燥所引起的对细胞结构的破坏。细胞结构的损伤不仅使菌种保藏的死亡率增加，而且容易导致菌种变异，造成菌种性能衰退。
斜面低温保藏所用的培养基，碳源比例应少些，营养成分贫乏些较好，否则易产生酸，或使代谢活动增强，影响保藏时间。砂土管保藏需将砂和土充分洗净，以防其中含有过多的有机物，影响菌的代谢或经灭菌后产生一些有毒的物质。
⑦ 碳源和氮源有何作用
凡是构成食用菌细胞和代谢产物中碳素来源的物质，统称为碳源物质，简称碳源。碳源是提供食用菌生长发育碳素的重要营养来源。食用菌吸收的碳约有20%被用来合成细胞原生质和细胞壁的物质，80%被用来维持生命活动所需的能量。氮源是指能提供食用菌生长发育所需的氮素营养物质。氮素是合成蛋白质和核酸所不可缺少的原料。食用菌主要利用的有机氮源是蛋白质、蛋白胨、尿素、氨基酸等，食用菌也能少量利用氨、铵盐和硝酸盐等无机氮，但生长速度迟缓。
⑧ 生物质的应用是什么
生物质的应用包括大量至关重要的而且常常可以反映政策的内容，包括能源、环境、农业、全球贸易、交通运输和土地使用规划等，这些内容极为复杂。生物质是极为丰富且有多种用途的可再生资源，目前占全球初级能源供应12%的份额，也占到了欧洲共同体初级能源供应的4%。各种假设与预测表明，2030—2050年，生物质在全球能源需求中将会达到15%～35%的比重。到2030年，欧洲共同体的初级生物能源潜力总量将达2.5亿～2.9亿吨石油当量，而在2003年，仅为0.69亿吨石油当量。
生物质燃料生产可能的途径
然而，如果没有任何补贴，生物质往往会无法与今天广泛使用的用于发电或汽车燃料的化石燃料竞争。但是，这种缺憾可能会变得并不重要，在能源供给中，生物质将会具有更大的潜能。
用生物质作为一种能量资源是自然碳循环的一部分，因为燃烧时释放到大气层中的二氧化碳量基本上等于在光合作用光合作用是指在生物体内从光能转化为化学能的一系列酶—催化剂过程。它的初始物质是二氧化碳和水，能量来源是光（电磁、辐射）；而终端产物是氧（含有能量的）和碳水化合物，如蔗糖、葡萄糖、淀粉。这一过程是可以论证的最重要的生物化学途径，因为地球上所有的生物都直接或间接地依靠这种作用。这是一种发生在较高等植物、藻类以及细菌（如蓝藻）体内的一种复杂的过程。中被生物质所吸收的量。培育和转化生物质给料（指供送入机器或加工厂的原料）的非能源密集型加工技术具有一种二氧化碳平衡功能。生物质可以提供的能源形式包括热量、电力、气体的，液体的或固体的加热燃料和汽车燃料。三种主要的生物质能转化加工技术为：（1）热化学技术，如燃烧、热解和汽化；（2）生物技术，如发酵和酶的水解；（3）油脂化学技术，如植物油和动物脂肪的炼制。
从广义上讲，生物燃料（可以培育或栽培的称为“农业燃料”）定义为由源自死亡不久的生物体（绝大部分为植物）构成的固体、液体或气体燃料。据此，可以与化石燃料区别开来，后者源自死亡已久的生物质。从理论上讲，生物燃料可以产自任何（生物学的）碳源。最常见的植物都是具有能够俘获太阳能的光合作用的植物。许多不同的植物和源自植物的物质都可被用于生物燃料的制造。生物燃料的应用已经遍布全球，在欧洲、亚洲和美洲的生物燃料工业正在蓬勃发展，最常见的用途是车用液体燃料。所以，可再生的生物燃料的使用可以减少人们对石油的依赖性并提高能源的安全性。生物燃料的生产与使用的各种当代的要素有缓解石油价格的压力、食品与燃料之争、碳排放的水平、可持续性生物燃料生产、森林的滥伐与土壤流失的影响、人权方面的内容、减少贫困的潜力、生物燃料价格、能源的平衡与效率以及集中于分散生产的模式等。
最大的技术挑战之一，就是研发一些用特殊手段将生物质能转化为可供车用的液态燃料的方式。为达此目的，有两种最常用的战略：（1）增加糖类作物（甘蔗、甜菜、甜高粱等）或淀粉（玉米、谷物等）的产量，然后将其做发酵处理，生成乙醇（酒精）；（2）增加那些能够（自然地）生产油脂的植物，如油棕榈树、大豆或藻类的产量。当这些油料被加热时，它们的黏度就会下降，这样就可以在柴油发动机内进行直接燃烧，也可以将这些油经过化学处理后产生燃料（如生物柴油）；木材和木材的副产品可以被转化为生物燃料，如木（煤）气、甲醇或乙醇燃料。
从2006年的石油价格来看，一些生物燃料已经具备了竞争力（参见下表），如果石油价格长期保持高位的话，研究与开发工作将会使更多的生物燃料投入使用。随着人们对农作物关注的增加，有三种植物都可供利用：草、树木和藻类。草和树生长在干燥的土地上，但加工处理工艺比较复杂。目前的观点是将树的所有生物质（特别是由树的细胞壁构成的纤维素）转化为燃料。
与油类和油类产品价格相比的生物燃料价格
发展中国家的生物燃料
许多发展中国家都在建立自己的生物燃料工业。这些国家拥有极为丰富的生物质资源，而随着人们对生物质和生物燃料需求量的增加，生物质正在变得更有价值。世界各地的生物燃料开发的进度不尽相同，印度和中国等国正在大力发展生物乙醇和生物柴油技术。印度正在扩大麻风树属的种植，这是一种可用于生产生物柴油的产油作物。印度的糖酒精研究的目标是在车用燃料中达到5%的份额。中国是一个重要的生物乙醇生产国。开发生物燃料的成本也是非常高昂的。在发展中国家，生物质能可以为生活在农村的人们提供加热和做饭的燃料。牲畜的粪便和农作物的残余物常常被用作燃料。国际能源署的数据表明，在发展中国家初始能源中约30%是由生物质提供的。全球20多亿人用生物燃料作为他们的初始能源来源，用于户内做饭的生物燃料的使用往往会产生健康问题和污染。据国际能源署2006年的《世界能源展望》，生物质燃料使用时不通风现象已经造成了全球130万人的死亡。解决这一问题的方法是改进炉灶和使用替代燃料。然而，燃料具有对生物（尤其是人）的伤害性，而可替代燃料则又过于昂贵。从1980年或更早以来，人们就开始设计生产出极低成本、较高燃烧效率且低污染的生物质能灶具。
“生物燃料的生产一直颇受质疑，因为生物燃料的生产肯定会提高农作物的价格，进而从整体上影响食品安全！”
问题在于教育与分配的缺乏、腐败横生以及外国的投资过少等。在没有帮助或资助（如小额信贷）的情况下，发展中国家的人们往往不能解决这些问题。一些组织，如中间技术开发集团（Intermediate Technology Development Group）的工作就是为那些无法得到生物燃料的人们建立使用这种燃料和替代燃料的设施。
目前生物燃料生产与使用的问题。人们认为生物燃料的优点在于：减少温室气体的排放，减少化石燃料的使用，增加国家能源的安全性，加快了农村的发展并为未来提供可持续性能源。生物燃料的局限性在于：生物燃料生产的原材料必须迅速得到补充，而且必须对生物燃料的生产过程进行创新性设计和不断补充，这样方能以最低的价格获得最多的燃料，而且能够获得最大的环境效益。广义而言，第一代生物燃料的生产加工仅能为我们提供极少的份额，造成这种现象的原因如下所述。第二代加工技术能够为我们提供更多的生物燃料和更好的环境效益，但其加工技术的主要障碍是投资成本：预计建立第二代生物燃料生产加工的成本高达5亿欧元。目前，关于生物燃料的有利与不利之间的争议时常出现。政治学家和大型企业正在推动以农作物为原料的乙醇生物燃料的进程，并以此为石油的替代品。实际上，这一措施正在加速全球粮食价格的飞速上涨，使得亚马孙河流域的丛林被毁灭，并使全球变暖加剧。
石油价格的调节
生物燃料使用的全球安全意义。如果石油需求量的增加未被抑制，则会使石油消费国更易受到伤害，严重时会使石油供给中断并会导致油价剧烈波动。有报道表明，生物燃料可能终有一天会成为一种可替代能源，但是，生物燃料的使用对全球能源安全的意义，经济的、环境的和公共健康的意义还有待于进一步评估。经济学家不同意生物燃料生产规模的扩大会影响石油价格的说法。在交易市场上，如果不使用生物燃料的话，石油价格将会比目前的还要高15%，汽油价格也会高出25%。可替代能源的有序供给将有助于平抑汽油价格。生物燃料的使用规模受到了极大的限制，而且成本昂贵，这使得它的价格与石油价格之间存在着极大的差异，由于这种能源成本的基本要素之一就是食品的价格，所以生物燃料的生产也代表着对食品价格的调节作用。
“来源于植物的生物燃料转化为能量，从本质上讲是植物通过光合作用获得的太阳能的再利用。太阳与可用能（与总量的换算）转化效率比较表明，太阳能发电板的能量效率是谷物乙醇的100倍，是最好的生物燃料的10倍之多。”
上涨的食品价格——“食品与燃料”之争。这是一个引起全球争论的话题。对此，美国国家谷物生产者联合会（National Corn Growers Association）就认为生物燃料并不是主要原因。一些人认为，问题在于政府对生物燃料支持的结果。另一些人则认为，原因在于石油价格的上涨。食品价格上涨的影响对于较贫穷的国家尤甚。在一些国家中，冻结生物燃料生产的呼声高涨，那里的人们认为生物燃料不应与食品生产展开竞争，更不能“人口夺食”！生物燃料生产所追求的目的应该在于不会影响到1亿多目前因食品价格上涨而处于危险边缘的人们的生活。
能源效率在物理学与工程学，包括机械与电子工程学中，能量效率是一个量纲一级量，其值介于0到1之间，当用100相乘时，以百分比表示。在一个处理过程中的能量效率以eta表示，其定义为：效率η=输出／输入，式中输出为机械工作的量（以瓦计），或是处理工程中释放出来的能量（以焦耳计），而输入则指输入供加工处理所使用的能量或工作量。根据能量转换原理，在一个密闭体系内的能量效率永远不会超过100%。与生物燃料的能源平衡。用原材料进行生物燃料的生产需要能量（如农作物的种植、最终产品的转化与运输以及化肥、灭草剂和杀真菌剂的生产与使用），而且也会对环境产生影响。生物燃料的能量平衡是由燃料生产过程中所输入的能量与它在汽车发电机内燃烧时所释放出能量的比较，这会因辅料和预计的使用方式而变化。从向日葵籽生产出来的生物柴油可以产生0.46倍于化石燃料的输出效率；从大豆产生的生物柴油所产生的输出效率则可达化石燃料的3.2倍。与从石油炼制的汽油和柴油的输出效率相比，生物柴油分别是前者的0.805倍，后者的0.84倍。
对于生物燃料来说，生产每英热单位的能量所需输入的能量要大于化石燃料：石油可以用泵从地下抽到地面，而且其能量效率要高于生物燃料。然而，这并不是一个用石油取代生物燃料的必需条件，而使用生物燃料也并不会对环境产生影响。人们已经进行了关于生物燃料生产能源平衡计算方面的研究，结果显示，因所采用的生物质和生产地点不同将会导致能源平衡的极大差异。生物燃料生产的生命周期评估表明，在某些条件下，生物燃料的生产仅仅限制了能量的储存和温室气体的排放。化肥输入和远距离的生物质运输能够减少温室效应气体（GHG）的储存。
人们可以设计生物燃料生产工厂的位置，以便尽量减少所需运输的距离，建立农业管理制度，以限制用于生物生产所使用的化肥量。一项关于欧洲温室气体排放的研究发现，用农作物种子（如欧洲油菜籽）所制成的生物柴油的“油井—车轮”（WTW）CO2排放量可能几乎与从化石燃料制取的柴油的CO2排放量相当。这表明一个简单的结果：产自淀粉类农作物的生物乙醇所产生的CO2排放量几乎与产自化石燃料的汽油的一样多。这项研究表明，第二代生物燃料具有低CO2排放量的特点。其他独立的LCA研究表明，同等当量的生物燃料与化石燃料相比，前者的CO2排放量是后者的50%左右。如果使用了第二代生物燃料生产技术或者减少化肥的生产，则可以减少80%～90%的CO2排放量。通过使用副产品提供热量（如用甘蔗渣生产乙醇），温室效应气体的排放量还将下降。
具有相互依存作用的植物的搭配能够提高效率。一个实例就是利用来自工业产生的废热进行乙醇的生产，然后进行冷却和循环，用于替代能够使大气升温的水热蒸发。
水力能由流动的水体产生的能量。
水力能或水动力能是活动着的水产生的力或能量。它可以被聚集起来供人类使用。在进行大规模的商业用电之前，水力能被用于灌溉和多种机械，如水磨坊、纺织机械的运转、锯木厂等。在一个工厂（作坊）里，可以通过下落的水产生压缩空气，然后利用这种压缩空气去推动远离水源的机械运行。
水力能的利用已有数百年的历史。在印度，建起了水轮机和水磨坊；在罗马帝国，人们用水力机械磨面粉，还用于锯开木材和石料。从蓄水池内释放出的水波浪能被用于提取金属矿——这就是所谓的“水清洗（矿石）法”。水清洗法在中世纪的英国得到了广泛的应用，后来的人们用此法萃取铅和锌。再后来，该法演化为水力选矿法，广泛应用于美国加利福尼亚州的黄金矿的淘选工艺中。在中国和其他远东地区，人们用水力作为“水轮机”，将水从地下抽到地表，引入灌溉的水渠中去。19世纪30年代是世界上运河的修筑高峰期，人们利用一种倾斜面的铁路借助水的能量在陡峭的上坡、下坡上拉动河里的驳船行驶。直接的机械能传递需要利用当地的瀑布，如19世纪后半叶，在美国密西西比河的圣安东尼（Saint Anthony）瀑布，水的落差可达50英尺，人们在那里建起了许多代客加工的磨坊，这些磨坊的建立促进了明尼阿波利斯（美国明尼苏达州东南部城市）的发展。水力能的利用也呈现网状发展，利用多条管线从源头将具有压力的液体（如泵）输往终端用户，以供机械的运行。如今，水力能的最大用途就是发电，它可以使人们用上来自水力的廉价能量。
⑨ 二氧化碳捕获与储存
CO2捕获与储存(Carbon Capture and Storage，CCS)技术的雏形源于20世纪70年代美国用CO2进行驱油来提高石油采收率(Enhanced OilRecovery，EOR)的技术。经过近40年的研究和实践，逐步发展成为气候变化背景下减排温室气体的重要技术手段之一。近年来，欧洲成为CCS技术研发的先驱(中科院武汉文献情报中心，2011)。
根据《IPCC特别报告———二氧化碳捕获和封存》(政府间气候变化专门委员会(IPCC)，2005，以下简称“IPCC特别报告”)，CCS技术是指把CO2从工业或相关能源的源里分离出来，输送到一个储存场地，并长期与大气隔绝的过程。
IPCC特别报告认为，CCS技术是稳定大气温室气体浓度减缓行动组合中的一种选择方案(IPCC，2005)。尚包括提高能源效率、向低含碳量燃料转变、核能、可再生能源、增加生物汇以及非CO2温室气体的减排等。从应用层面上简单地说，CCS技术就是把化石燃料燃烧产生的CO2进行捕获并将其安全地储存于地下深部的地质构造中(陈文颖等，2007)，从而减少CO2向大气环境的排放。
一、二氧化碳捕获和储存的主要组成部分
CCS技术主要包括CO2捕获、运输和储存三大主要环节(图1－1)。
1.碳源
联合国气候变化框架公约(UNFCCC，1992)将温室气体的“源”定义为任何向大气中释放产生温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动或机制。温室气体的“汇”为从大气中清除温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动或机制。“点源”是指局限在一个单点位置的排放源(ICPP，2005)。
CO2主要由化石燃料燃烧所排放，排放源既包括大型燃烧设备，如燃煤发电厂;也包括小型分散源，如汽车发动机、居民和商业用户使用的燃烧炉。还可从一些工业生产过程、石油天然气加工处理以及焚烧森林植物等过程中排放。CO2的捕获主要用于较大的CO2点源，包括大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放工业企业、天然气生产、合成燃料厂以及基于化石燃料的制氢工厂等(师春元等，2006)。
全球大于10×104t/a的CO2固定排放源情况见表1－1。这些排放源分布在全球各地，其中北美(美国中西部和东部)、欧洲(西北部地区)、东亚(中国东部沿海)和南亚(印度次大陆)是四个特殊的排放群。相比之下，大范围的生物质排放源数量则要少得多。同时，上述排放源并不都适合进行CO2的捕获。
目前，中国各区域CO2排放量差异显着，呈现由东南部沿海向中部和西部地区递减的趋势。高排放区域主要集中在东南部沿海经济发达地区和内蒙古、河南等少数内陆省份，总体形成内蒙古—河北—辽宁—山东—江苏—浙江的高排放带(以环渤海区和长三角区为主)和珠三角高排放区。
图1－1CO2捕获和储存(CCS)主要组成部分示意图(据CaptureReady.com新闻通讯双周刊，2011)
表1－1全球大于10×104t/a的CO2排放量固定排放源情况
2.捕获
CO2的捕获(Capture)是指将CO2从化石燃料燃烧产生的烟气中分离出来，并将其压缩的过程。对于大量分散型的CO2排放源尚难实现碳的捕获(ICPP，2005;巢清尘等，2006)。CO2的捕获主要用于大规模排放源，如大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂等。
目前，燃煤电厂主要有燃烧前脱碳、燃烧后脱碳和富氧燃烧技术3种不同的捕获技术(许世森等，2009)。
燃烧前脱碳技术(PCDC):是指在碳基燃料燃烧前，首先将其化学能从碳中转移出来，然后再将碳和携带能量的其他物质进行分离，这样就可以实现碳在燃料利用前进行捕获。最典型的是整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)。IGCC是结合了煤气化技术与联合循环发电技术的新型发电技术。它对气化得到的煤气进行变换反应，使煤气转变为CO2和H2，最终将燃料化学能转移到H2上，然后再对CO2和H2进行分离。
基于IGCC的PCDC处理的气体具有高的气体压力和CO2浓度，从而使得物理吸附法比化学吸附法更能体现出优势。分离CO2的典型物理吸收法是聚乙二醇二甲醚法(Selexol法)和低温甲醇法(Rectisol法)。这两种方法都属于低温吸收过程，Selexol法的吸收温度一般为－10～15℃，低温甲醇法的吸收温度一般为－75～0℃。另外，这两种技术能够同时脱除CO2和H2S，且净化度较高，可在系统中省去脱硫单元，但相应需要采用耐硫变换技术。
目前国内外提出的多项降低CO2排放的洁净煤发电计划中，绝大部分是基于IGCC发电技术的，并集成了燃料电池、氢气轮机、碳捕获与储存等技术手段，最终实现包括CO2在内的温室气体近零排放。
燃烧后脱碳技术(PCC):是在燃烧设备(锅炉或燃机)后的烟气中捕获或者分离CO2。该技术几乎可用于任何现有的煤基电厂，并且对原有的电厂系统改动较小。现有的绝大多数火力发电技术，包括新建和改造，都只能采用PCC的方法进行CO2的分离。但另一方面，采用PCC方法需要处理的烟气量大、排放压力低、CO2的分压小，投资和运行成本较高。
富氧燃烧技术:是利用空分系统获得富氧或纯氧，然后将燃料与氧气一同进入专门的纯氧燃烧炉进行燃烧，一般需要对燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉。一方面降低了燃烧温度;另一方面进一步提高了CO2的体积分数。由于烟气中CO2的体积分数高，可显着降低CO2捕获的能耗，但必须采用专门的纯氧燃烧技术，需要专门材料的纯氧燃烧设备以及空分系统，这将大幅度提高系统的投资成本。目前，大型富氧燃烧技术仍处于研究阶段(黄斌等，2007)。
3.运输
所谓CO2运输(Transport)，就是将CO2从捕获地运往地质储存场地的过程。CO2的运输方式主要有管道运输、公路槽车运输、铁路运输和船舶运输四种。这四种方式各有优缺点，都存在一定的适用范围。在技术上，公路槽车和铁路罐车也是切实可行的方案。然而，除小规模运输之外，这类运输与管道和船舶运输相比则不经济，不大可能用于大规模的CO2运输(ICPP，2005)。
公路槽车运输CO2时，可利用绝缘罐将液态CO2进行运输。一般而言，公路槽车运输成本最高，运输费用可达17美元/(100km·t)，但相对灵活，适合于运量小的场地。
铁路运输的成本比汽车槽车低，运输量比汽车槽车大，但必须依托现有的火车铁路运输设施，否则初期投资相对较大。
在某些情况下，需要长途运输或需将CO2运至海外时，使用船舶运输CO2则更为经济，但因需求有限，加之存储CO2的设备必须要承受高压或低温条件，该类运输规模较小。
目前，最可行的办法是利用管道输送。管道是一种已成熟的市场技术，一般将气态的CO2进行压缩提高密度，以降低管道的运输成本。据APEC官方统计，管道运输成本最低。如果每年管道的运输量大于1000×104t，运输费用为2～6美元/(100km·t)，但管道运输只适用于特定的条件，尤其是要解决运输过程中的CO2腐蚀和泄漏问题。
4.储存
CO2储存(Storage)是指把捕获、压缩后的CO2运输到指定的地点进行长期储存的过程(刘嘉等，2009)。目前，主要的储存方式有地质储存、海洋储存、矿物固化以及森林和陆地生态系统储存等。另外，一些工业流程也可在生产过程中利用和存储少量被捕获的CO2。
二、二氧化碳主要储存技术
目前潜在的可用于储存CO2的技术有地质储存、海洋储存、矿物固化以及森林和陆地生态系统储存(师春元等，2006)。尽管用于工业生产中也是CO2储存的一种途径，但由于储存量少，对减少CO2排放的贡献率相对较小。图1－2给出了可能的CCS系统组成示意图。图中集中展示了CO2可能的来源、运输以及储存方案。
图1－2可能的CCS系统构成示意图(据IPCC，2005)
1.地质储存
CO2地质储存(CO2geological storage，CGS)就是把从集中排放源分离得到的CO2注入地下深处具有适当封闭条件的地质构造中储存起来。CO2地质储存场所多种多样，主要有沉积盆地内的深部咸水含水层、开采中或已废弃的油气藏和因技术或经济原因而弃采的煤层，以及开采过的大洞穴、盐岩溶腔和废弃的矿藏等(李小春等，2003;张洪涛等，2005;沈平平等，2009)。CO2地质储存的主要技术方案见图1－3。
CO2地质储存就是利用CO2具有的超临界特点，即当温度高于31.1℃、压力高于7.38MPa时，CO2进入超临界状态。在超临界状态，CO2是一种高密度气体，并不会液化，只是密度增大，具有类似液态的性质，同时还保留着气体的性能。超临界CO2的典型物理特性为密度近于液体，是气体的几百倍，使得储存空间大大减少;黏度近于气体，与液体相比，要小两个数量级;扩散系数介于气体和液体之间，约为气体的1/100，比液体大几百倍，因而具有较大的溶解能力(韩布兴，2005)。
碳封存领导人论坛(Carbon Sequestration Leadership Forum，CSLF)(2008)指出CO2地质储存机理可以分为两大类:物理贮存和化学贮存。其中，物理贮存包括构造地层贮存、束缚贮存和水动力贮存;化学贮存包括溶解贮存和矿化贮存。
欲实现CO2地质储存必须满足CO2以超临界流体态的形式储存于地下，埋藏深度必须≥800m，CO2－EOR(CO2－EOR即“二氧化碳提高石油回采率”技术，下同)和CO2－ECBMR(CO2－ECBMR即“二氧化碳提高煤层气采收率”技术，下同)除外。CO2地质储存相当于营造一个地下人工气藏，其选址条件主要考虑以下因素:位于地质构造稳定的地区，地震、火山、活动断裂不发育，所储存的CO2向大气泄漏的可能性微小;储层孔隙度和渗透率高，有一定厚度，能达到所需要的存储库容;上覆有不透气的封闭盖层。
图1－3CO2地质储存方案示意图(据IPCC，2005)
与天然气储气库储层条件不同的是还要考虑以下因素:储层压力超过CO2的临界值，在这种压力下CO2受到压缩，密度达到600～800kg/m3，浮力低于天然气而高于原油;较低的地热梯度和地热流值，使CO2在较小的深度下能达到较高的密度;对人类社会和自然环境、资源带来的负面影响小(沈平平等，2009)。
IPCC的研究表明，CO2性质稳定，可以在相当长的时间内被储存。若地质储存场地是经过谨慎选址和精心论证、设计、施工与管理的，注入其中的CO2的99%都可储存1000年以上。
2.海洋储存
海洋储存CO2有两种潜在的途径。一种是经固定的管道或船舶运输将CO2注入并溶解到海洋水体中(以1000m以下最为典型);另一种是经由固定的管道和安装在深度3000m以下海床上的海上钻井平台将其沉淀，在海底形成一个CO2“湖”，从而延缓CO2分解于周围环境中(图1－4)。
被溶解和分解在海洋里的CO2将成为全球碳循环的一部分，并最终与大气中的CO2达到平衡。在目前进行的一系列实验室和小规模试验中，已针对各种方案的技术可行性、相关的物理化学现象以及对海洋生态系统的影响进行了初步研究。现阶段，海洋储存CO2技术仍处于研究阶段，尚未得到应用。
3.矿物固化
CO2的矿物固化是模仿自然界中钙/镁硅酸盐矿石的侵蚀和风化过程来实现的，由瑞士学者W.Seifritz于1990年率先提出。该反应过程的通式为:
中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价
图1－4海洋储存CO2方法示意图(据IPCC，2005)A—溶解型;B—湖泊型
随后，Dunsmore(1992)研究了用钙/镁碳酸盐矿物固化CO2的方法。这个过程也被称作增强自然风化，Lackner等(1995)详细研究了该过程的细节问题。此后，矿物碳酸盐化研究开始加速，欧美许多国家纷纷设立专门研究机构开展CO2的矿物固化研究工作。
矿物固化主要是指利用含有碱性和碱土金属氧化物的矿石与CO2反应将其固化，生成永久的、更为稳定的诸如碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3)之类碳酸盐的一系列过程。
在自然界中，本来就存在着大量的钙/镁硅酸盐矿物，如硅灰石(CaSiO3)、橄榄石(Mg2SiO4)、蛇纹石［Mg3Si2O5(OH)4］和滑石［Mg3Si4O10(OH)2］等。这些钙/镁硅酸盐矿石与CO2之间的反应可以自发地进行，生成稳定的碳酸盐，但反应过程极其缓慢，不能直接用于工业过程。矿物固化应用于CO2固定时，需要通过过程强化，加速CO2与矿石之间的化学反应，从而达到工业上可行的反应速率并使工艺流程更加节能。除天然的硅酸盐矿石外，某些含有钙/镁的固体废物也可以作为矿物固化的原料。
CO2以及所有碳酸盐化合物中，碳元素都处于最高价态形式，相对最稳定。但由于碳酸盐的标准吉布斯自由能较CO2更低，因而碳酸盐化合物形式相比CO2更为稳定。矿物固化CO2具有以下优势(陈骏，2009)。
1)遵循了自然界中CO2的矿物吸收过程，即含碱金属或碱土金属的矿石与CO2反应，生成热力学上更为稳定的碳酸盐矿物，从而实现CO2的永久固化。由于没有泄漏的风险，因而不需要长期投资进行监测;
2)原料十分丰富，包括含钙/镁的天然矿石，如镁橄榄石、蛇纹石、滑石和水镁石等，以及超基性岩和基性岩(如玄武岩)等，均可实现大规模CO2地质处置;
3)天然矿石的副产品具有较高的经济价值，使得矿物固化具有商业化应用潜力;
4)可因地制宜实现排放源的就地固化或者矿石所处的原位固化。因此，研究CO2的矿物固化技术对未来CO2减排具有广阔的应用前景。
目前，国际上提出了两种CO2的矿物固化方式:一种为异地(ex-situ)固化。即将矿石等固化原料运送到CO2排放源附近，通过反应装置将CO2碳酸盐化，从而达到固化目的;另一种为原位(in-situ)固化。即将CO2直接注入地下多孔的基性—超基性岩岩体中，使CO2与岩石矿物直接反应，转变为碳酸盐(图1－5)。
图1－5矿物固化CO2流程示意图(据IPCC，2005)
4.森林和陆地生态系统储存
最近研究表明，全球生物生长可储存CO2约20×108t/a(光合作用吸收600×108t/aCO2，通过有机物质的分解又有580×108t/a被释放出来)。在一个典型森林的生命周期中，每万平方米森林每年的生物质增长量为3～10t(干基)，约相当于固定等重的CO2。由于森林的成熟需要100年甚至更长的时间，部分储存的碳可通过树木的腐烂或燃烧重新释放回环境。一旦森林成熟，CO2的吸收就增加较少了(师春元等，2006)。
近20年来，中国森林吸收温室气体CO2的能力明显增加，每年工业排放出的CO2平均有5%～8%，约2600×104t被吸收，从而为缓解全球温室效应作出了积极贡献。研究发现，20世纪70年代中期以前，由于毁林开荒等因素，中国森林向大气净排放了大量的CO2。但在最近20年里情况发生了逆转，森林净吸收CO2的功能明显增强，近20年共净吸收约4.5×108t碳，相当于20世纪90年代中期中国工业CO2年均排放量的一半。在被“固定”的碳中，人工林占了80%。据悉，中国人工林累计面积目前已居世界第一位，森林覆盖率也上升到16.55%(师春元等，2006)。