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生物质能电动汽车与能源转型及第四次工业革命

内容简介:总计分为汽车篇、能源转型篇、工业革命篇、未来篇四篇,汽车篇介绍了以轻便车载外燃发电机、结合高温燃烧及再燃脱硝净化技术的生物质能电动汽车的设想;及廉价的使用(木材、煤炭)高温快速气化发电技术的电动汽车的设想;揭示了作为生物质气化发电瓶颈的高温快速高热值气化技术及生物质气净化技术、新型脱硝技术从而实现车载;详细对比了两类电动汽车技术在乘用车、重卡上应用后的性能参数及技术经济分析;主张从电动重卡入手推广及可能遇到的问题;能源篇提出大量车载发电机取代现有发电厂及电网系统,结合退化耕地进行生态修复大规模种植能源草,并彻底取代化石燃料的能源转型之路;及能源草产业发展面临的大水肥来源困境及解决方案;详述依据高效流体减阻技术设计出高速太阳能飞艇解决生产运输瓶颈、高速管道运输系统及河道大规模乃至跨洋调配各大江河入海淡水,截断磷元素流失路径而缓解磷危机;及空中城市生态系统的建立,和高速太阳能飞艇对军事变革的巨大作用;并以能源草产业发展为契机,推动退化耕地修复并大规模改造各类旱地使粮食产量成十倍提高从而使地球人口承载力提高三倍至五百亿人以上,使陆地大农业得到空前巩固和发展;工业革命篇介绍了进一步推动南北极冰川城市生态、海洋水下城市生态的建立、发展海洋牧场种植海藻等解决碳封存、气候变化及粮食危机、磷危机的设想,并推动高效流体减阻技术在其他领域应用产生革命性影响并爆炸性增长,从而推动新一轮工业革命的设想;指出纳米技术、工业4.0、大数据、云计算、生物基因技术、清洁能源、太空移民技术等都不具备工业革命的独有特征而否定这些是工业革命的说法,并预测了第四次工业革命的发展方向及路线;指出决定各类上层建筑推动人类历史发展的终极因素是科技进步,未来篇从梳理生物纳米技术进展入手分析短时期内向永生社会进军的可能性,论证科技进步是动物进化到人乃至人类文明构建与发展的最终决定性因素,指出永生社会才是人类社会发展的终极目标,及对当今人类社会尤其意识形态可能产生的冲击;进而以此为基础探讨统一意识形态,消灭国家、种族、社会组织形态推动制度创新及消除战争因素与犯罪因素和平走向全球一体化之路。

第一章、概述:

石油、煤炭等化石能源日益枯竭,并引起雾霾、气候变化等巨大环境问题。目前以替代石油燃料为目标的新能源汽车动力技术如:各种石油替代燃料技术,但转化环节多,每多一个环节都会增加巨大的成本,各有各的缺陷,例如生物乙醇成本昂贵,生产量少,还存在与粮争地等问题,而且粮食每年总产量约25亿吨,而能源消耗一百五十亿吨油当量,不是一个数量级;甲醇、二甲醚也存在同样问题,有的还存在毒性;天然气、石油液化气等虽有满意效果,但属于化石燃料,对碳减排基本无效;一度有很多科学家主张转型氢能源燃料电池)等,但氢燃料电池价格更加昂贵,重量大,实际上尚处于研发阶段;而氢获取成本、储运技术、铂催化剂替代、氢气站安全性等远未解决,(据测算使用氢作燃料费用是汽油的数倍乃至八倍,加氢站造价为加油站的数十倍),尚难以商业化;经过反复争论后现在主流科学家大都认为电动汽车尤其纯电动汽车是唯一可行的选择,中国政府就确定其规划为未来汽车发展的主要技术路线,但纯电动汽车动力电池重量大,价格昂贵,且充电时间长,续航里程有限,充电桩建设困难,电力增容投资巨大,电池安全性有待提高且报废后回收处理污染大等,而且电动重卡采用这一研发思路似乎陷入了困境。

在长期研究探索发现生物质能取代化石能源走入死胡同后,又发现燃烧污染尤其高温燃烧(包括内燃机等动力机械内的燃烧过程)难以消除污染后,主流科学家主张能源转型终极目标是氢能源,为消除分散的内燃机燃烧污染,集中发电是减少污染的有效途径,反映到汽车发展路线上,就是确定终极目标发展氢燃料电池汽车,作为过渡发展纯电动汽车,这是目前汽车发展技术路线的由来。汽车未来的发展方向是电动汽车没有大的争议,但是否只有纯电动汽车一条路?有没有可能另辟蹊径直接以可再生的燃料例如常见的生物质燃料直接作为汽车动力、并像现有汽车一样燃料来源广泛、储运补充方便没有里程焦虑、并消除尾气污染?此外随着科技进步,生物质能源真的还是死胡同吗? 有无可能在取得某些技术突破后大规模发展生物质能源?

研发人员确曾长时间把目光投向兼容各种燃料的外燃机在汽车上的应用,汽车名字中的“汽”字就来自最早的蒸汽机汽车;斯特林机发电效率不亚于内燃机,但自重大、输出扭矩小、暖机时间长等不适合用于直接输出动力的汽车发动机,上世纪九十年代国际上就已有定论;此外约一百年前,尤其二战期间,出现过大量以木柴、煤炭为燃料的汽车、坦克等,其主要原理是对木柴、煤炭等燃料高温气化产生(木)煤气,经净化后通入专用内燃机做功,直接输出动力驱动汽车前进,然而由于气化而得的煤气或木煤气燃值低、污染严重、启动慢、动力输出不稳定等原因而逐渐淘汰。虽然一直不断有人研究生物质燃料用于汽车的可能性,例如中国大陆的东北林业大学研究生物质能汽车的动力系统技术揭示了一种单缸四冲程的生物质裂解气汽车发动机[1],虽说利于用现有燃油汽车进行简单改装即可或仅需购买专用的裂解气发动机进行改制,但由于市场上小汽车时速要求百公里以上,所需发动机功率动辄上百马力,现有生物质气的低热值导致发动机较重,且适合车载重量的发动机功率在三十到七十马力以下,相应车速降低根本不能满足要求;而且生物质气热值不稳定,变化太大而造成动力输出不稳,难以满足汽车动力需要;其他类似研究也大都局限于此。

未被注意的是电动汽车出现后,电驱动力系统的高效是公认的,外燃机技术经上百年发展也已今非昔比,那么外燃机发电系统单纯只作为增程器式电源能否避开这些缺陷,若再辅以小容量蓄电池调蓄电量保证启动、暖机等阶段供电的方案是否可行?此外随着各类发电技术的飞速发展,有无可能突破木柴、煤炭气化发电技术的瓶颈?若能解决生物质气化发电技术瓶颈的焦油清除技术后再集成于车载系统,以解决气化气体燃值低、污染大的问题,因为电驱动系统的高效性使电动小汽车百公里耗电在十到十五度左右,前面提到的生物质裂解气发动机[1]是完全可以达到发电量要求的;而且如果可行则这类电动汽车造价将极其低廉,现谨怀抛砖引玉之心与大家共同探讨。至于船舶工程可直接使用生物质锅炉代替燃煤锅炉或燃油发电机组,因技术很简单,就不做讨论了。

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