I. 새로운 연료 전지 개발
연료 전지는 가스 연료 (예: 수소, 메탄 등) 를 사용합니다. ) 산소와 직접 반응하여 전기를 생산하고, 효율이 높고, 오염이 적으며, 매우 유망한 에너지 이용 방식이다. 전통적인 연료 전지는 수소를 연료로 사용하는데, 수소는 준비와 저장이 어려워 연료 전지 비용이 많이 든다. 미국 펜실베이니아 대학의 연구원들은 메탄과 같은 탄화수소를 사용하는 신형 연료 전지를 설계했는데, 그 비용은 수소를 연료로 사용하는 전통적인 연료 전지보다 훨씬 낮다. 연구진은 값싼 탄화수소를 연료로 사용하려고 시도했지만 화학반응의' 찌꺼기' 는 니켈 배터리의 정극에 쉽게 쌓여 길을 열었다. 구리와 도자기의 혼합물로 배터리 양극을 만들어' 찌꺼기' 쌓기 문제를 해결했다. 새로 개발된 연료 전지는 메탄, 에탄, 톨루엔, 부텐, 부탄을 연료원으로 사용할 수 있으며 미생물 발효를 통해 메탄과 기타 탄화수소를 생산할 수 있어 신형 연료 전지를 개발하는 풍부하고 광범위한 원료원이 될 수 있다. 현재, 이 신형 연료 전지의 에너지 변환 효율은 여전히 낮기 때문에 더 많은 연구와 개선이 필요하다.
둘째, 이중 용도 바이오 에너지 개발.
대부분의 군용 무기 (예: 기동장비, 민간차량 등) 는 휘발유와 디젤을 연료로, 수소를 연료로 사용하는 것이 더 이상적이다. 그 특징은 (1) 청결하고 환경을 오염시키지 않는 것이다. (2) 열효율이 높고 가솔린의 약 3 배; (3) 바이오 수소 생산은 잠재력이 있다. 이 때문에 생명기술을 최대한 활용해 수소를 생산하는 것이 유망할 것이다. 레드 슈도모나스를 생산균으로 하고 전분을 원료로 수소를 생산하면 좋은 효과를 얻을 수 있다. 1 g 전분을 소비할 때마다 수소 1 ml 을 생산할 수 있다. 수소를 소량의 다른 연료와 섞으면 휘발유와 디젤을 대체할 수 있다. 에탄올은 또한 깨끗한 바이오 연료로, 용도가 광범위하여 휘발유와 디젤을 대체할 수 있다. 일본, 캐나다 등은 유전자 기술을 통해 건설된' 공학 효모' 를 통해 고산효소 활성을 이용하여 섬유소를 가수 분해하여 에탄올을 생산한다. 포도당을 에탄올로 효과적으로 바꿀 수 있는' 공학 대장균' 도 있습니다. 이 에탄올은 휘발유나 디젤 대신 사용할 수 있으며, 언제든지 모바일 장비에 대량의 바이오 연료를 공급할 수 있다. 사실, 박테리아나' 공학균' 뿐만 아니라 수소나 에탄올을 생산할 수 있는 조류나 다른 미생물들도 있습니다. 캘리포니아 대학 등 연구원들은 Chlamydomonasreinhadtii 라는 녹조류 (진핵생물) 가 지속적으로 대량의 수소를 생산할 수 있는 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다. 관건은 성장 환경을 통제하고 성장 영양액에서 황을 제거하는 것이다. 이런 상황에서 조류는 광합성을 멈추고 산소를 생산하지 않는다. 혐기성 조건 하에서 조류는 다른 방법으로 아데노신 삼인산염에 필요한 에너지를 생산하고 저장된 에너지를 이용하여 최종 수소 생산 목표를 달성해야 한다. 일반적으로 이 천연 조류의 수소 생산량은 매우 낮다. 따라서, 한편으로는 필요하거나 성장을 방해하는 핵심 요소를 통제해야 한다. 반면에 분자 유전 기술을 이용하여 조류의 특성을 개조하여 수소 생산 능력을 높이다. 각종 생물을 최대한 활용해 군민 겸용 청정생물에너지를 개발하는 것은 잠재력이 있다는 것을 알 수 있다.
마이크로 시스는 수소 에너지를 얻는 가장 저렴한 방법입니다.
위에서 이미 녹조류와 미생물이 수소를 생산하는 방법을 언급했는데, 여기서는 미녹조류가 수소를 생산할 전망을 중점적으로 소개했다. 과학자들은 석유와 가스가 고갈될 때 수소가 이상적인 에너지원일 것이라고 예측했다. 관건은 값싼 수소 생산 방법을 찾는 것이다. 일부 전문가들은 일반 연못 녹조류의 수소 생산 능력을 이용하는 것이 가장 현실적인 선택인 경제적이고 실용적이며 광범위하게 분포되어 있다고 생각한다. 녹조류는 작은 하등 식물로 번식이 빠르고 세계 각지에 분포한다. 그것은 물과 햇빛의 조건 하에서 수소를 생산할 수 있다. 인공 통제 하에 녹조류는 필요에 따라 강제로 수소를 생산할 수 있다. 한 실험 연구에 따르면 1 리터 녹조류 배양액은 시간당 수소 3 밀리리터를 생산할 수 있으며, 수소 생산 효율은 더욱 향상되어야 한다고 한다. 주의 2 점: (1) 이 수소 생산 시스템을 개선하기 위해 유전 공학을 사용하면 수소 생산량이 10 배 이상 증가할 수 있습니다. (2) 세포 고정화 기술의 응용은 미세조류의 지속적인 수소 생산 능력을 높일 수 있다. 독일, 캐나다, 일본 등에서' 청정 수소 에너지' 의 발전 계획을 실현하기 위해' 수소 조류 농장' 을 적극 세우고 수소 에너지의 규모화 생산을 실현하기 위해 노력한다. 캐나다는 매일 10 톤의 수소를 생산하는 공장을 지었다. 일본은 수소조류와 광합 세균을 생산하는 효율적인 수소를 연구 중점으로 로켓 엔진에 사용되는 아이스크림과 같은' 지방수소' 를 개발해 로켓 발사 추진력을 높인다. 미국은 2030 년까지 수소에너지를 미국의 주요 에너지로 사용할 것으로 예상된다. 미녹조류와 광합성 미생물이 수소에너지를 생산하는 데는 큰 발전 잠재력이 있는 것 같다.
넷째, 유기쓰레기나 유기폐수를 원료로 사용하여 수소에너지를 생산한다.
일본 북리대 연구원들은 생활쓰레기 고산율로 수소 생산에 좋은 성과를 거두었다. 수소는 청정 에너지로 직접 사용될 수 있을 뿐만 아니라 연료 전지 발전에 양질의 원료를 제공할 수 있으며, 더욱 경제적이고 실용적이며 잠재적인 발전 우위를 가지고 있다. 연구원들은 습산소 세균, 즉' 방추균' 균주 AM2 1B 를 선택해 물로 연마한 남은 음식, 어골 등 생활쓰레기와 섞어 37 C 에서 발효시켜 수소를 생산한다. 실험 결과 65438±0kg 생활쓰레기마다 49 리터의 수소를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 수소 생산 후, 남은 생활쓰레기는 반죽, 무미, 퇴비 등 유기질 비료를 더 회수할 수 있다. 일본 연구원들은 신형 발효설비를 개발해 생활쓰레기 재활용을 통해 수소를 생산하는 것이 생활쓰레기의 수소 생산의 효과를 높이는 데 더 도움이 된다고 한다. 중국 하얼빈 건축대학의 연구원들은 혐기성 활성 진흙을 원료로 하여 미생물 발효를 통해 유기폐수에서 수소를 생산하는 기술을 세웠다. 몇 가지 특징이 있습니다: (1) 발효는 순균종을 사용하지 않습니다. (2) 세포 고정화 기술 없이도 지속적으로 수소를 생산할 수 있다. (3) 수소 생산 시스템 공정 안정성; (4) 얻어진 수소는 순도가 높다. (5) 수소 생산량은 외국의 같은 종류의 작은 실험보다 수십 배나 높다. 현재 연속 수소 생산 파일럿 규모, 생산능력 5.7 입방미터/입방미터, 순도 99% 에 들어갔다. 공업화 생산에 들어가 수소 에너지 발전을 위한 실행 가능한 생물학적 경로를 제공할 것으로 기대된다.
이산화탄소 배기 가스를 원료로 사용하여 새로운 에너지 원을 개발하십시오.
CO2 는 중요한 온실가스 중 하나일 뿐만 아니라 화공 원료이기도 하다. CO2 의 방출과 흡수가 동적 균형에 도달하지 못하면 생태 환경에 악영향을 미칠 수밖에 없다. 따라서 CO2 와 같은 배기가스를 어떻게 더 변환할지 연구하여 자원화 활용을 실현하는 것은 중요한 의의가 있다. 그중 에너지 이용을 실현하는 것은 주목할 만한 연구 과제다. 적어도 화학과 생물학적 방법으로 CO2 를 에너지로 바꿀 수 있다.
(1) 화학법은 촉매제를 사용한다: 끓는 돌을 고효율 촉매제로 사용하고 약 99% 의 활성 알루미늄 입자가 텅스텐과 텅스텐을 흡착한다. 1: 4,300 C,1기압의 CO2 와 산소의 비율에 따라 최소한 90% 의 CO2 를 메탄으로 변환할 수 있으며 전환율은 10 기압에 이를 수 있다. 물론 수소와 로듐의 비용을 줄이는 문제도 있습니다. 얻은 메탄은 에너지와 화공 원료를 제공할 뿐만 아니라 CO2 를 포함한 온실효과도 줄였다.
(2) 조류의 생물 이용: 앞서 언급했듯이, 조류, 특히 마이크로단세포 조류는 원핵이든 진핵이든 모두 CO2 를 흡수하여 광합성을 하여 녹색의 새로운 에너지를 생산하는 가장 효과적인 방법이다. 대량의 미세조류는 증식 과정에서 CO2 를 충분히 이용하여 조명 조건 하에서 유기물을 합성하여 태양열을 저장한다. 미세조류의 바이오 매스는 거대한' 저장 탱크' 라고 할 수 있다. 따라서, 그것을 고체 연료나 건조 연료로 만드는 것은 실행 가능하며, 영국에서 전기를 생산하는 데 사용된다. 또한 해조류를 포함한 다양한 조류의 바이오매스를 발효시켜 메탄과 기타 에너지를 생산하는 데도 사용할 수 있다. 미세조류 세포를 고정화하여 수소를 연속적으로 생산하기를 희망합니다. 각종 조류의 특정 기능 때문에' 에너지 저장소' 이자' 에너지 공급창고' 로 필요한 청정에너지를 얻는다. 따라서 일부 전문가들은 이산화탄소로 바이오에너지, 특히 수소에너지를 생산하는 것이 금세기에 유망한 이상적인 에너지 공급이 될 것이라고 전망했다.
미생물 발효에 의한 에탄올 생산은 유망하다.
에탄올은 일반적으로 알코올로 알려져 있으며, 의약과 화공뿐만 아니라 앞으로 개발해야 할 무공해 청정 에너지이자 중요한 재생 에너지 중 하나이다. 그것은 연료가 완전하고 효율이 높으며 오염이 없는 특징을 가지고 있다. 휘발유를 희석하여 만든' 에탄올 휘발유' 는 납 휘발유를 대체할 수 있으며, 효능은 약 15% 를 높일 수 있다. 보도에 따르면 브라질은 에탄올 휘발유나 알코올을 연료로 사용하는 수십만대의 자동차를 개조해 대기오염을 크게 줄였다고 한다. 에탄올이 자동차 연료에서 우월성을 보여 주었다면, 에탄올을 가장 좋은 방법으로 생산하는 방법은 무엇입니까? 그중에서 가장 경제적이고 실용적인 에탄올 생산 방식은 진지하게 고려해야 할 두 가지 측면이 있다. 하나는 버려진 농업짚을 이용하여 연료 에탄올을 생산하는 것이다. 두 번째는 녹조류를 배양하여 에탄올을 생산하는 것이다. 전자로 볼 때, 짚은 전 세계적으로 많은 양의 농작물 폐기물이다. 우리나라는 매년 6 억 5 천만 톤의 짚이 생산되어 오염된 환경을 직접 소각한다. 이들 짚 중 일부라도 연료 에탄올 생산에 사용하면 국리민을 이롭게 해 생태 환경을 보호하는 데 도움이 된다. 에탄올을 휘발유 첨가물로 기존 납 휘발유 첨가물인 MTBE (메틸-T-부틸 에테르) 를 대체하면 휘발유 사용 효율을 높이고 생태 환경을 보호하는 데 큰 상업적 잠재력을 가질 수 있다. 2 년 전 미국이 연료로 사용한 에탄올의 양은 465,438+0 만 ~ 5 만 8600 톤으로 미국 에탄올 소비의 약 83 ~ 87% 를 차지했다. 현재 우리나라 연료 에탄올의 생산과 시장은 모두 공백이다. 그러나 에탄올은 휘발유에 효과적인 산소 첨가제로서 장점이 있다. 미국에서는 8% 의 가산 휘발유가 에탄올을 첨가했지만, 현재 MTBE 의 유일한 대체품은 에탄올이다. 캘리포니아는 적어도 65,438+00,000 의 지하수가 유출된 MTBE 오염이 있고 미국은 65,438+04% 의 식수우물이 오염되었다는 보도가 나왔다. MTBE 는 동물의 발암물질로 인간의 건강에 잠재적으로 해롭다. 한편, 정부는 휘발유에 MTBE 첨가제를 사용하는 것을 금지하고 있습니다. 반면에 에탄올을 대안으로 적극적으로 개발하는 생산. 캘리포니아의 한 주에서는 향후 2 년 동안 하루에 3 만 5 천 배럴의 에탄올이 필요하고 (주: 미국 1 통 = 3 1.5 갤런), 5 년 후 수요는 9 만 5 천 배럴이다. 이를 위해 미국 에탄올 생산자들은 에탄올 생산 능력을 확대하고 있다. MTBE 의 금지가 에탄올 산업에 무한한 기회를 가져왔다는 것은 의심의 여지가 없다. 연료 에탄올을 개발할 수 있는 기회를 잡고 친환경 신에너지를 개발해야 한다는 점도 알 수 있다. 우리나라에서는 각종 버려진 짚을 최대한 활용해 자원화 이용이나 에너지 활용을 실현하는 것은 조건, 능력, 기술면에서 완전히 가능하다. 매년 6543 억 8 천만 톤의 짚으로 연료 에탄올을 생산하기만 하면 에탄올 생산량은 2000 만 톤에 달할 수 있다. 관련 전문가의 경제평가에 따르면 짚이 에탄올을 생산하는 비용은 식량발효로 에탄올을 생산하는 비용보다 낮다고 합니다. 정유 공장에서 휘발유를 생산하는 비용보다 높지만 휘발유 첨가제 MTBE 보다 경쟁력이 있다. 짚을 이용하여 연료 에탄올을 생산하는 데는 어느 정도 특징과 장점이 있지만, 그 생산 기술과 효과는 더 탐구되어야 한다. 녹조류가 에탄올을 생산하는 것은 전통적인 미생물 에탄올 생산 노선과는 매우 다르다. 녹조류는 자양진핵 생물로 단세포 클로렐라가 새로운 에너지를 개발할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다. 일본의 한 회사 연구팀은 표층해수에서 TIT- 1 이라는 새로운 조류종을 얻었는데, 이는 클로렐라 (직경 약 10μm) 와 비슷하다. TIT- 1 일반 식물과 마찬가지로 낮에는 CO2 를 전분 저장으로 변환할 수 있고, 약한 빛이나 혐기성 조건에서도 전분을 에탄올로 변환할 수 있으며, 환경오염을 일으키지 않고 대기 중 CO2 를 흡수하여 온실효과를 크게 낮출 수 있으며, 이런 자양과 이양에탄올 생산도 있다.
결론적으로, 위에서 언급한 여섯 가지 측면은 서로 다른 연료나 에너지원에서 어떤 형태를 얻든' 친환경 에너지' 라고 불리며 환경을 오염시키지 않는 청정 바이오 연료나 바이오 에너지로서 미래 에너지 건설의 발전 방향이다. 현대 문명의 진보와 인류의 생존 발전은 청결한 새로운 에너지와 오염되지 않은 생태 환경을 절실히 필요로 하며, 둘 다 밀접한 관련이 있다. 2 1 세기에는 다양한 건설의 필요와 기술의 발전에 따라 친환경 에너지가 더욱 발전할 것으로 예상된다.