除了發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電力,,還對(duì)廢熱加以利用的“熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”作為能源利用效率高的節(jié)能技術(shù)逐漸得到推廣。
而且進(jìn)一步有效利用廢氣中所含二氧化碳的“熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”也開始受到關(guān)注,。熱電冷三聯(lián)產(chǎn)分為兩種,,即將二氧化碳用于促進(jìn)作物生長發(fā)育的“農(nóng)業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)”,和用于廢堿液中和等的“工業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)”,。在全球范圍內(nèi),,農(nóng)業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的利用越來越多。
綜合熱效率超過90%
位于美國加利福尼亞州卡馬里奧的Houweling’s Tomatoes在面積達(dá)125英畝(約0.5平方公里)溫室中,,每年生產(chǎn)著幾百萬個(gè)西紅柿,。該農(nóng)場(chǎng)僅種植非轉(zhuǎn)基因作物,還從保護(hù)地球環(huán)境的角度出發(fā),,致力于開展可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè),,因此而聞名全球。通過鋪設(shè)面積達(dá)5英畝(約2萬平方米)太陽能電池板,、循環(huán)利用雨水罐中的水等,,減輕環(huán)境負(fù)荷。
Houweling’s Tomatoes還于2012年8月安裝了全美也少見的高效率分散型能源系統(tǒng),。設(shè)置了美國通用電氣公司制造的8.7兆瓦的燃?xì)鈾C(jī),。由此構(gòu)筑了熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),,將發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)闇厮糜跒闇厥壹訙?,同時(shí)將二氧化碳濃度較高的燃?xì)鈾C(jī)廢氣送入溫室,,以促進(jìn)作物的生長發(fā)育。
整套設(shè)備的發(fā)電效率為45.5%,,包括廢熱利用在內(nèi),,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的綜合熱效率超過90%。送入溫室的廢氣中的二氧化碳每年可達(dá)到2.14萬噸,。燃?xì)鈾C(jī)主要在地區(qū)電力需求達(dá)到高峰的白天運(yùn)轉(zhuǎn),,因此還可為負(fù)荷平均化做貢獻(xiàn)。
送入溫室的二氧化碳白天用于作物的光合作用,,可促進(jìn)作物的生長發(fā)育,。對(duì)于廢氣中所含的一氧化碳(CO)、碳化氫(HC),、氮氧化物(NOx)及其他微量有害物質(zhì),,通過利用催化劑進(jìn)行處理,也將含量降低到地區(qū)大氣污染管理標(biāo)準(zhǔn)以下,。
提高二氧化碳濃度,,增加收獲量
在美國,將燃?xì)鈾C(jī)廢氣中所含的二氧化碳用于農(nóng)業(yè)的嘗試剛剛開始,,但在歐洲,,已經(jīng)出現(xiàn)了很多事例。通用電氣已在全球供應(yīng)了800多臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)用于溫室栽培,,通過約2吉瓦(GW)的發(fā)電系統(tǒng),,將廢氣用于促進(jìn)作物的生長發(fā)育。該公司內(nèi)部率先研究利用廢氣中的二氧化碳的是設(shè)在荷蘭的研究所,。溫室栽培業(yè)較為發(fā)達(dá)的荷蘭早已開始將獨(dú)立發(fā)電設(shè)備及鍋爐產(chǎn)生的二氧化碳用于農(nóng)業(yè),。
在日本,大阪燃?xì)夤?、農(nóng)業(yè)及食品產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究機(jī)構(gòu)花卉研究所等一直在致力于采用農(nóng)業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),。大氣中的二氧化碳濃度通常為360PPM(1PPM為100萬分之1),但花卉研究所的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),,如果將二氧化碳濃度提高到700~1000PPM左右,,葉菜收獲量會(huì)增加25~30%,水果會(huì)增加20%左右,,花卉會(huì)增加40%左右,。
作為在田地中的實(shí)際應(yīng)用事例,大阪燃?xì)庠?jīng)與茨城縣筑波市合作,在該市的花卉栽培農(nóng)戶構(gòu)筑了使用燃?xì)鈾C(jī)的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),。業(yè)務(wù)用途方面,,豐田汽車公司旗下從事花卉生產(chǎn)及銷售業(yè)務(wù)的Toyotafloritech公司也采用了使用微型燃?xì)廨啓C(jī)的熱電冷三聯(lián)產(chǎn),每年大約生產(chǎn)400萬盆花卉,。
溫室栽培二氧化碳利用在荷蘭獲得進(jìn)展
作為熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的新形式,,目前受到關(guān)注的是二氧化碳捕獲及利用(CCU)。CCU是從廢氣中積極分離二氧化碳,,將高濃度二氧化碳用于農(nóng)業(yè)及工業(yè),。
原來一直在探討的是二氧化碳捕獲及封存(CCS),即從火力發(fā)電站等的廢氣中分離及捕獲二氧化碳,,將之壓入地下取水層封存起來,后來產(chǎn)生了新的思路,,即探討將分離出的二氧化碳用于經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的用途,,于是又開始稱為CCU。CCS在碳排放交易制度下只能轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)價(jià)值,,但CCU不會(huì)受到碳排放權(quán)交易價(jià)格變動(dòng)的影響,,有可能成為穩(wěn)定的收入源。
作為捕獲的二氧化碳的利用方法,,此前也曾嘗試壓入油田及氣田,,以增加油氣產(chǎn)量,而CCU則是更積極地將二氧化碳用作原料等,。
荷蘭已有了這方面的領(lǐng)先事例,。近幾年來在該國,將煉油廠等化學(xué)工廠排放的二氧化碳用于溫室栽培的業(yè)務(wù)已進(jìn)入軌道,。位于鹿特丹近郊工業(yè)區(qū)的英荷殼牌石油公司煉油廠從2005年起,,將精煉工序產(chǎn)生的二氧化碳濃度提高到100%左右,供應(yīng)給海牙南部的園藝農(nóng)戶溫室,。
當(dāng)?shù)厝細(xì)夤九c建筑公司合資成立的OCAP公司從殼牌石油購買二氧化碳,,通過管線供應(yīng)并銷售給農(nóng)戶。2012年1月,,還建設(shè)了從鹿特丹近郊的從事生物乙醇制造業(yè)務(wù)的Abengona公司供應(yīng)二氧化碳的設(shè)施,。
在工廠中壓縮二氧化碳,并利用管線輸送,。在輸送過程中與空氣混合,,使?jié)舛冉档?%并送入溫室。溫室內(nèi)的二氧化碳平均濃度為通常的2倍左右(760PPM),。據(jù)稱在二氧化碳較多的環(huán)境下,,蔬菜生長可加快25%左右。現(xiàn)在每年總共向約500家農(nóng)戶(溫室總面積約為13平方公里)供應(yīng)30萬噸二氧化碳。
CCU之所以開始受到關(guān)注,,是因?yàn)榭梢韵窈商m一樣,,使工廠與農(nóng)戶聯(lián)動(dòng)。現(xiàn)在瞄準(zhǔn)CCS項(xiàng)目,,從廢氣中高效捕獲二氧化碳的技術(shù)開發(fā)已經(jīng)取得一定進(jìn)展,。如果將來二氧化碳捕獲成本大幅下降,向溫室農(nóng)戶提供二氧化碳的服務(wù)業(yè)務(wù)可行性可能會(huì)提高,。
將二氧化碳用于工業(yè)用途
作為今后利用二氧化碳的一種前景,,還出現(xiàn)了將之作為化學(xué)原料用于工業(yè)用途的嘗試。例如將二氧化碳儲(chǔ)存在碳酸鹽礦物中以制造建筑材料,,或者利用混凝土吸收二氧化碳等舉措,。
并且還確立了以二氧化碳和氫為原料制造甲醇的工藝。不過,,要將化學(xué)性質(zhì)不活躍的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆浣?jīng)濟(jì)價(jià)值的材料及燃料,,需要投入一定的能源。如果這些能源使用化石燃料,,由于會(huì)排放二氧化碳,,因此不會(huì)為解決全球變暖問題做出貢獻(xiàn)。
CCU的最終目標(biāo)是利用可再生能源,,將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫牟牧霞叭剂?。在該研究領(lǐng)域備受關(guān)注的,是利用藻類及人工光合作用制造碳化氫等,。植物可通過光合作用,,利用陽光將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物。
最近備受關(guān)注的,,是利用光合作用在體內(nèi)儲(chǔ)存碳化氫油的藻類,。人工光合作用指的是將金屬催化劑及金屬配位化合物等可量產(chǎn)的設(shè)備作為反應(yīng)場(chǎng),利用太陽能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟瘹涞募夹g(shù),。
近年來在全球,,這方面的研究日趨活躍。在日本,,藻類領(lǐng)域有風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Euglena公司,,人工光合作用領(lǐng)域有松下公司和豐田中央研究所等,已取得了具有劃時(shí)代意義的成果,。
除了促進(jìn)作物生長,,二氧化碳的用途如果能夠擴(kuò)展到通過工業(yè)手法制造碳化氫,二氧化碳供應(yīng)服務(wù)需求會(huì)大幅增加,。這樣一來,,與太陽能及風(fēng)力所發(fā)的電力一樣,以碳循環(huán)為前提的液體碳化氫燃料將成為可再生能源的二次能源(能源介質(zhì)),擺脫化石燃料時(shí)代的能源系統(tǒng)選項(xiàng)會(huì)進(jìn)一步增加,。
通過熱電冷三聯(lián)產(chǎn)及CCU有效利用二氧化碳,,從其發(fā)展可以了解一些今后新一代能源社會(huì)的前景。(生物谷Bioon.com)