燃料補充概念

主要是含碳物質(zhì)或碳氫化合物。按形態(tài)可以分成固體燃料(如煤、炭、木材);

液體燃料(如汽油、煤油、石油);

氣體燃料(如天然氣、煤氣、沼氣);

2.按類型可以分成化石燃料(如石油、煤、油頁巖、甲烷、油砂等);

生物燃料(如乙醇【酒精】、生物柴油等);

核燃料(如鈾235、鈾233、鈾238、钚239、釷232等)

3.指能產(chǎn)生核能的物質(zhì)，如鈾、钚等。

一些氣體燃料可壓縮為液體，如液化石油氣

1.原油:指開采的天然原油不包括以油母頁巖等煉制的原油。

2.奧里乳化油:一種產(chǎn)于南美委內(nèi)瑞拉奧里諾科河油田的瀝青狀高粘稠油經(jīng)乳化自理形成的含水30%的液體。在這種乳化油中，水為連續(xù)相，呈"水包油"狀，其中的瀝青油顆粒一般在10μm左右。乳化油其流動性好于原油;比原油難于著火，閃點>120℃;低位發(fā)熱量為27~29MJ/kg;在5~70℃之外其穩(wěn)定性急劇下降，直至破乳，即油水分離，形成瀝青塊不宜燃用。

3.油母頁巖又稱為油頁巖，是由粉沙、淤泥和低等生物殘體腐解的有機質(zhì)沉積形成的。有機質(zhì)在厭氧細菌的活動下，經(jīng)過瀝青化作用并與摻入的粉沙、淤泥等形成含礦物雜質(zhì)較多的腐泥物質(zhì)，沉積在地下深處，經(jīng)成巖作用和揮發(fā)物質(zhì)散失等物理化學(xué)作用，成為油頁巖層。油頁巖呈淡褐色到暗褐色，暗淡無光澤，經(jīng)干餾可獲得頁巖油。頁巖油經(jīng)煉制可獲汽油、煤油、柴油、潤滑油和石蠟等。含油率和發(fā)熱量是油頁巖工業(yè)用途的重要工藝指標(biāo)，工業(yè)要求最低含油率在4%以上，發(fā)熱量一般在8.4兆焦/千克左右，是煤的25%~50%。

4.油母頁油:將油頁巖打碎并加熱至500℃左右，就可以得到頁巖油。我國常稱頁巖油為人造石油。一般來說，1噸油頁巖可提煉出38至378公升(相當(dāng)于0.3至3.2桶)頁巖油。頁巖油加氫裂解精制后，可獲得汽油、煤油、柴油、石蠟、石焦油等多種化工產(chǎn)品。

撰文 馬修·L·沃爾德(Matthew L. Wald)

翻譯 趙學(xué)慶

如果你有機會來到美國南達科他州蘇福爾斯機場的候機大樓，不妨趁著行李運到前的空閑四處參觀一下。一輛綠白相間的印地賽車(Indy)穿梭在幾條行李傳送帶之間，車身上的貼花圖案標(biāo)明它以乙醇(ethanol)作為燃料;在租車公司的攤位前，有一個醒目的標(biāo)志，提醒客戶不要給出租車加注E85--當(dāng)?shù)爻鍪鄣某壱掖蓟旌先加停@種混合燃油會損壞出租車引擎，因為當(dāng)?shù)氐某鲎廛嚥⒉皇菫檫@種混合燃油而設(shè)計的。

乙醇之鄉(xiāng)蘇福爾斯，是美國將碳水化合物(carbohydrate)轉(zhuǎn)變?yōu)樘細浠衔?hydrocarbon)的推廣中心。

在美國，乙醇熱潮持續(xù)高漲，甚至開啟了一個燃油轉(zhuǎn)換過渡期，規(guī)模之大，恐怕只有40年前電力行業(yè)建造的數(shù)百座核電廠方可媲美。2005年8月，美國國會通過了一項重要能源法案，要求到2012年，將乙醇年產(chǎn)量從2005年時的40億加侖左右增加到75億加侖(1加侖約等于3.8升)，以便取代進口燃油。業(yè)界人士認為，在美國政府的稅收優(yōu)惠和補貼政策扶持下，特別是如果油價仍然居高不下，那么這一目標(biāo)的實現(xiàn)有望大大提前，因為將農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為乙醇的成本，遠遠低于2006年秋天的汽油零售價--每加侖2.50美元。

實際上，據(jù)美國可再生燃料協(xié)會(Renewable Fuels Association)介紹，2006年美國的乙醇產(chǎn)量超過50億加侖。與每年約1,400億加侖汽油和柴油消耗量相比，雖然這一數(shù)量還顯得微不足道，但是乙醇產(chǎn)量在一年內(nèi)卻增長了50%。美國能源部(DOE)負責(zé)能效和可再生能源的副部長安迪·卡斯納(Andy Karsner)稱，由于高油價增加了乙醇的市場吸引力，開發(fā)商紛紛修建乙醇工廠。他斷言美國將出現(xiàn)一個乙醇繁榮期，"類似于19世紀(jì)50年代賓夕法尼亞州的石油熱"。

這股熱潮真能給人們帶來好處嗎?實際上，我們生產(chǎn)乙醇的方式并沒有多大優(yōu)勢。美國所有的商業(yè)乙醇燃料都用玉米粒制造，采用能量密集型的生產(chǎn)方式。一些研究表明，煉制一加侖乙醇所耗用的能量，甚至高于它燃燒時所提供的能量。即使一些支持玉米乙醇的研究，也只能證明它的能源凈收益微乎其微;另一種持反對意見的研究則表明，同原油-汽油循環(huán)比起來，玉米-乙醇循環(huán)在減少溫室氣體方面的作用，幾乎可以忽略不計。

在乙醇生產(chǎn)廠商完善纖維素(cellulose)乙醇生產(chǎn)方法之前，玉米乙醇毫無經(jīng)濟或環(huán)保意義。纖維素是組成玉米稈、樹木及其他草本植物草莖的木質(zhì)成分，對它的管理和收割只需要耗費較少的能源。但是，雖然科學(xué)家知道某些基于生物學(xué)的加工方法，可以轉(zhuǎn)化纖維素中的糖分，但是一些試圖生產(chǎn)纖維素乙醇的公司，迄今也未能形成商業(yè)規(guī)模的批量生產(chǎn)。甘蔗是最佳植物能源，它所擁有的可用于制造乙醇的糖分含量，遠遠高于玉米稈和草本植物中的含量，但是美國缺乏巴西那樣的氣候條件和廉價勞動力，無法對甘蔗進行開發(fā)利用。

要實現(xiàn)用纖維素生產(chǎn)乙醇，就需要對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)工藝進行重大改進。否則，乙醇仍將是幾乎沒有任何凈收益的、難于利用的產(chǎn)品，美國也將繼續(xù)依賴進口石油。

玉米乙醇:可再生能源?

不少人一直把用玉米生產(chǎn)的乙醇視為"可再生能源"。據(jù)最新調(diào)查統(tǒng)計，生產(chǎn)一加侖玉米乙醇可謂"入不敷出"，所耗用的其他能量(如天然氣、柴油)幾乎接近或甚至高于它所產(chǎn)生的能量。況且，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中排放的二氧化碳，也有悖于"清潔能源"的初衷。

美國生產(chǎn)的大部分乙醇，都被用作汽油的一類添加劑，它可以按1∶9的比例與汽油混合使用，這是普通引擎能夠使用這種混合燃油而不遭致?lián)p壞的最高比例。在有些地區(qū)，主要是在農(nóng)業(yè)區(qū)，駕駛員能夠購買到E85混合燃油，這種混合燃油含有85%的乙醇和15%的普通無鉛汽油(unleaded regular gasoline)，主要供專門設(shè)計的"柔性燃料"(flexible fuel)引擎使用。對于普通引擎而言，乙醇與蒸餾酒中所含的酒精一樣，會腐蝕掉引擎和燃油系統(tǒng)中的密封件。數(shù)百萬輛汽車都裝備了這種引擎(不過許多車主都并不知情)，然而E85銷售點卻只有幾百個，而且目前這一燃油供應(yīng)鏈的擴展速度極為緩慢。

盡管如此，玉米乙醇仍然發(fā)展迅猛，部分原因在于，在美國華盛頓哥倫比亞特區(qū)，它擁有一支由農(nóng)業(yè)州參議員和眾議員組成的強有力的兩黨支持者隊伍。此外，它還得到了一些非農(nóng)業(yè)州地區(qū)人士的支持，這些人認為美國應(yīng)減少對進口石油的依賴。由于玉米能年復(fù)一年栽種和收獲，鼓吹者便認為乙醇是一種可再生燃料。美國可再生燃料協(xié)會還印發(fā)了一本裝幀精美的宣傳小冊子，暗示每年消耗75億加侖乙醇，就意味著少進口1.79億桶外國石油。這一水平大約相當(dāng)于美國15天的石油進口量--雖然不能"藥到病除"，但至少開了一個好頭。

然而，這只是玉米乙醇的表面風(fēng)光而已，實際上它仍有不少問題。第一個問題在于，一標(biāo)準(zhǔn)桶(42加侖)乙醇只相當(dāng)于大約28加侖汽油，因為一標(biāo)準(zhǔn)桶普通無鉛汽油含有約11.9萬英熱單位(Btu，1英熱單位約為1,055焦耳)能量，相比之下，一標(biāo)準(zhǔn)桶乙醇只含有8萬英熱單位能量。因此你給油箱加滿E85混合燃油時，其實只相當(dāng)于加了2/3油箱的汽油。即使一加侖乙醇的售價更為便宜，但要行駛一加侖汽油所能行駛的里程，你必須購買更多的乙醇。

第二個問題則在于，美國缺少生產(chǎn)乙醇所需要的某些資源。美國的玉米資源確實豐富，玉米地從蘇福爾斯機場四周一直連綿延伸到遠方。但制造乙醇需要耗費大量的天然氣。燃油用乙醇的生產(chǎn)方法與酒用乙醇的制造方法基本相同。酵母(yeast)消耗掉糖分而釋放出酒精和二氧化碳，所獲得的產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾，讓酒精蒸發(fā)，然后將酒精收集起來加以冷凝。各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要用天然氣來加熱。目前，生產(chǎn)一加侖乙醇(含有8萬英熱單位能量)，需要大約3.6萬英熱單位的天然氣。

20世紀(jì)90年代，美國國會力圖通過一些法案，鼓勵乙醇制造廠商生產(chǎn)更多乙醇，支持一些農(nóng)業(yè)州的經(jīng)濟發(fā)展。當(dāng)時天然氣較為便宜，每百萬英熱單位的天然氣平均價格約為3美元，而到2005年冬天，天然氣價格已飚升至14美元。此外，高需求量必然會刺激天然氣價格向上攀升。雖然乙醇支持者認為乙醇燃料是未來可持續(xù)能源的一個組成部分，但是耗費的大量天然氣，卻是不可再生的，甚至難以支持現(xiàn)在的需求。美國乙醇產(chǎn)量正在下降，加拿大乙醇產(chǎn)量也滿足不了人們的消費需求。具有諷刺意味的是，為了制造"本土"乙醇，美國將不得不從北美洲以外的地區(qū)進口更多的天然氣。

一些乙醇生產(chǎn)廠商正在用煤替代天然氣，但這又有悖于人們對于清潔能源和可再生能源的定義。燒煤會釋放大量的二氧化碳，這樣一來，使用乙醇燃料的汽車對氣候變化造成的影響，反而要比原來使用普通汽油的汽車嚴(yán)重得多。理論上講，一家乙醇生產(chǎn)廠為了生產(chǎn)乙醇，可從電力公司購買電力來提供生產(chǎn)所需熱量，但是對于許多美國電力公司來說，那樣就可能意味著，要燃燒更多的煤和天然氣來滿足這一用電需求。

生產(chǎn)乙醇還需要一些其他形式的能源。乙醇不像汽油或柴油那樣可以用管道來輸送，因為這類輸送管道很容易進水，雖然水不會與汽油或柴油混合，但是卻能與乙醇混合，一旦混合就會破壞乙醇的燃料熱值。因此，為了將乙醇運往市場，就需要動用卡車，有時還需要長途運輸，這就必須消耗柴油。此外，聯(lián)合收割機收割玉米作物也要耗用柴油，而種植玉米所用的化肥，其生產(chǎn)過程也離不開天然氣。

上述一些問題成了計算乙醇"凈能量平衡"的關(guān)鍵因素。這一話題引起了人們激烈爭論。2005年，美國康奈爾大學(xué)的農(nóng)學(xué)教授戴維·皮門特爾(David Pimentel)宣稱，制造一加侖乙醇所耗費的能量，超過了它燃燒時產(chǎn)生的能量。一些持相反意見的人則反駁說，皮門特爾幾乎沒有考慮乙醇副產(chǎn)品的價值，其中一些能夠用作家畜飼料(可取代栽種部分用作飼料的玉米)，而且他將一些與乙醇無關(guān)的能源成本也統(tǒng)統(tǒng)算到了乙醇頭上，甚至包括了乙醇工廠工人的用餐成本。但是，這些分析家都一致認為，即使乙醇的凈能量值為正，增益也十分微小。同一年，美國生物科學(xué)學(xué)會(American Institute of Biological Sciences，縮寫為AIBS)的一份重要研究報告斷定，用玉米生產(chǎn)的乙醇所能產(chǎn)生的能量，僅比生產(chǎn)玉米乙醇所需的能量多出10%左右。與巴西用甘蔗生產(chǎn)乙醇高達370%的能量產(chǎn)出相比，這一數(shù)據(jù)顯然微不足道。

據(jù)美國阿爾貢國家實驗室運輸研究中心的環(huán)境科學(xué)家王全錄(Michael Wang)估算，考慮到所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)--玉米地施肥、玉米收割、將玉米淀粉漿蒸餾為酒精等等，每生產(chǎn)100萬英熱單位的乙醇，需要耗用74萬英熱單位的化石燃料。雖然乙醇一直被當(dāng)作為農(nóng)產(chǎn)品推廣，但它基本上還是化石燃料的產(chǎn)物。

在減少溫室氣體方面，乙醇帶來的好處更是微乎其微。在2006年1月出版的《科學(xué)》雜志上，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的能源與資源助理教授亞歷山大·E·法雷爾(Alexander E. Farrell)撰文宣稱，乙醇在減少溫室氣體方面的作用"難以確定"。在考察了各種研究報告之后，法雷爾及其合作撰稿人斷定，在排放大氣污染物方面，用天然氣生產(chǎn)的乙醇比汽油產(chǎn)品要稍好一些，但是用煤生產(chǎn)乙醇卻更糟糕。燃燒一加侖汽油釋放大約20磅二氧化碳(1磅約為450克)，其中包括了來自汽車引擎和煉油廠的排放量。盡管乙醇的這一可比數(shù)據(jù)尚存爭論，但到底是稍好一點還是更糟一些，主要取決于乙醇的生產(chǎn)過程。以限制二氧化碳排放量為理由，鼓吹乙醇燃料的說法是靠不住的。

因其無需電池或其他形式的能量，磁力發(fā)電機是一個小巧并可靠的自持點火系統(tǒng)，所以它現(xiàn)今依然被用于許多通用航空應(yīng)用。

磁力發(fā)電裝置的飛機引擎是典型的雙塞，就是每個氣缸有兩個火花塞，每個塞有有它單獨的磁力發(fā)電系統(tǒng)。這樣的安排為其中任一磁力發(fā)電機的損壞提供了替補。雙火花在氣缸中提供了雙火焰前點。這兩個火焰前點減少了完成燃料補充并點燃的所需時間，所以大多數(shù)的燃料在一個相對低的溫度和壓力下已經(jīng)在燃燒中。隨著一個單獨的氣缸中的燃燒壓力升高，較低比例辛烷的混合燃料在遠離初始火焰前點就可以在不可時刻引爆點燃氣缸另一側(cè)的另一個火焰前點。這樣會引起引擎的振蕩。因此，雙火焰前點有助于減少任何給出的引擎和情況下，對辛烷的需求。這對于在約第二次世界大戰(zhàn)期間研制的大多數(shù)的大口徑飛機引擎非常重要。

一些飛機引擎以及一些老式高級轎車都曾使用雙塞系統(tǒng)和一套由磁力發(fā)電點火的火花塞，并且另一套連接到線圈，發(fā)電機，和電池電路。這有效的提高了發(fā)動機的效率，并未降低可信性。磁力發(fā)電機曾一度被認為較可靠的點火源，但存在固定的時間選擇的缺陷。這意味著該時間選擇必須是一個折衷的設(shè)定，而非對最低和最高RPM(每分鐘的轉(zhuǎn)速)的最佳時刻。另一方面，電池點火系統(tǒng)擁有一個先進的時間選擇體統(tǒng)，可以根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速設(shè)定最佳的時間選擇，提高輸出動力和燃油利用率。隨著電池點火系統(tǒng)的可靠性被提高，磁力發(fā)電裝置退出了汽車應(yīng)用的領(lǐng)域。

現(xiàn)代引擎有較小的燃燒室和較少振蕩發(fā)生機率，因為現(xiàn)代引擎的設(shè)計致力于消除氣缸中的熱區(qū)域。這樣的燃燒室由于其設(shè)計的形狀和渦流輸入，減少了對辛烷的需求。因此，它們不再需要雙塞來減少對辛烷的需求。哈雷摩托車的引擎其單叉，冷卻空氣，并有個碩大的"古老的"燃燒室的設(shè)計，仍得益于雙火花塞。對于大多數(shù)容量和燃油型的拉力賽車引擎也是同樣，其引擎設(shè)計(大部分基于1960年代的克萊斯勒 Hemi引擎)需要額外的火焰中心以使用大多數(shù)的在注入期射入的燃料。

許多早期手動的電話都有一個手曲柄"磁發(fā)電"裝置來產(chǎn)生(相對)高壓裝換信號來使其他話機相同(部分)話線的鈴 響并呼叫接線員。這些曾通常被用于由人工操作的遠程鄉(xiāng)村線，由于其缺少"共用的電池"。電話設(shè)備曾是"本地的電池"，包含兩個大的"六號" 碳-鋅 干電池。