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【思考】光伏发电到底能带我们走多远?

发表于:2016-09-18 10:23:44     来源:果壳网
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木炭生产技术,实际上是在窑内部保留刚够反应所需的空气。需要有足够的燃烧热,产生足以驱走湿气和可挥发物质的热量,并对木材进行热解,但热量不能高到把木头直接烧成一堆灰。窑的管理人员需要随时监视燃烧状态,细心监视窑口排出的烟,随时用粘土打开或者封上通风口来调节整个过程。

欲速则不达,这种严格控制闷烧的低温炼炭方法大约需要一周的时间。以此为基础的同类方法已经沿用千年,但这样生产出来的燃料的用途十分现代。巴西制造的木炭被装车运出森林,输送到鼓风炉,把矿石炼成生铁,后者是现代大规模生产钢材的基本原料。这些“巴西制造”出口到世界各国,在那里被加工成了汽车、水槽、浴缸和厨房用品。

大约三分之二的巴西产木炭来自可持续的种植体系,所以木炭的现代用途有“绿色钢材”的美誉。遗憾的是是剩下三分之一是来自非可持续的原生林砍伐。尽管如此,巴西案例的确提供了一个榜样:在化石能源之外,我们还有什么路径可以供应现代文明所需的原材料。

此外,木材气化可能也是一种相关的选择。使用木材来提供热能和人类的历史一样久远,而仅仅燃烧木头只利用了它三分之一的能量;其他能量则随着气体和蒸汽在燃烧过程中的释放而随风飘散了。在适当的条件下,就算烟也是可燃的。我们不想浪费它。

推动木材的热解并收集产生的气体,比单纯的燃烧更好。如果你点燃一根火柴,就能观察到这一基本原理:明亮的火焰并不直接出现在木头上:它飘舞在火柴梗之上,两者之间有一道清晰的间隔,火焰实际上是由热解的木头所提供的热量支持的,而气体只有在和空气中的氧气相结合时才燃烧。近距离看一根火柴可好玩了。

火柴

一根点燃的火柴可以观察到在木头梗和火焰之间的空隙

为了在受控条件下释放出这些气体,我们得在一个密闭容器里头烤木头。氧气受到严格控制,这样木头不会直接着火。它会发生一种称为高温分解的复杂化学分子分解过程,然后容器底部的这团高温碳化的木炭和分解后的产物进行反应,产生一氧化碳和氢这样的可燃气体。

这样合成的“发生炉煤气”是一种多才多艺的燃料:它可以储藏或经由管道运输,用于街灯或者供暖系统,也可以用于复杂的机械如内燃机。二战汽油短缺时期,世界各地有百万辆以上的木材气汽车保障了民间运输的运作。在占领时期的丹麦,有95%以上的农机、卡车和渔船是由木材气驱动的。大约三公斤木材(取决于它的干燥程度和密度)内含的能量和一升汽油差不多,而气动力汽车的能耗单位是英里/每公斤木材而不是英里/每加仑。战时的气动力汽车大约每公斤木材能行驶1.5英里,今天的设计则在此基础上做了进一步的改进。

但其实,“木瓦斯”除了驱动汽车以外还大有可为。实际上它对于前述任何需要热能的制造过程都适用,比如给制造石灰水泥砖头的窑供能。木瓦斯的发电机组可以轻松为农业和工业设备以及各种泵提供电力。在这一领域,瑞典和丹麦对于可持续森林和农业废料的利用居于世界领先水平,他们将这些能源用于运转发电站里的蒸汽轮机。一旦蒸汽在“热电联供工厂”(CHP)利用完毕,它就被输送到附近城镇和工厂用于供热,使这一CHP电力工厂能够实现90%的能效。这种工厂展示了完全不再依赖化石能源的卓越工业前景。

但我们有多少木材可以用?

那么这算不算就解决了?我们能不能把新的社会重建在木材供能和可再生能源供电的基础上?也许,如果人口相当少的话。但是这里还有个难题。这些可替代选项的前提是幸存者们有能力建造高效的蒸汽涡轮、热电联供工厂和内燃机。我们当然知道怎么做这些东西,但是如果文明已经毁灭了,谁知道这些工艺知识会不会一同消失?如果连知识一起消失了,后人还有多少可能性能够重建它们呢?

在我们自己的历史中,蒸汽引擎的首次成功应用是用于煤矿抽水。这是一个燃料十分充裕的环境,所以最初的设计虽然效率极低也没关系。不断增长的煤产量首先用来融化铁原料,然后把铁塑造成型。铁制部件被用来制造更多的蒸汽引擎,最终用于发掘矿藏或者驱动铸铁厂的鼓风炉。

而且,显然机械工厂也使用蒸汽机制造更多的蒸汽机。只有在蒸汽引擎造好投入使用之后,后续的工程师才能着手改进它的效率以及节能。人们其后研制出降低体积重量以及将它用于运输或工厂化生产的各种方法。换句话说,工业革命的核心存在一个正反馈循环:生产煤、铁和蒸汽机都是互相支撑的。



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