農田將生產液化空氣,農民加入新能源產業大軍!

來源: 2022-05-20 12:21:09 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (20271 bytes)

Liquid-Nitrogen-Pour-ChefSteps.jpg

序曲    

    稻草、秸杆、麥稈、棉稈等生物質,雖然不能吃,但它們燒起來火力旺旺的。

    盡管火苗溫度不如汽油火焰那麽高,但也別瞧不起這類低檔能源。

    人類有朝一日,如果學會了善用這些中溫熱源,一斤稻草也能當半斤汽油用。

    先把重點撂在上麵,再來扯點理論的淡。

理論    

    動力設備之熱機,離不開熱源與熱沉,即heat source 和 heat sink。

    工業革命發端於蒸汽機、內燃機的相繼發明。

    發明者都將化石能源的煤、柴油、汽油作為熱源的燃料。

    至於熱沉,沒人動半點心思。方便就手的大氣,即我們每天呼吸的空氣,自然就當熱沉用。

    熱源之於熱沉,正如電池陽極之於陰極

    無論熱源溫度多麽高,孤立浸淫其中的任何熱機,都不會產生可用的動力;正如隻有陽極或者正極的電池,無法驅動負載電路。

    所以,誰若吹噓發明了單熱源發動機,那一定是大忽悠,因為違背了熱力學第二定理!

    現實:當今全球大規模使用的各類熱機,熱轉功效率都不咋樣,例如滿大街跑的汽車效率也就20%~25%,柴油車略強些,但也就30%那個譜。

    也就是說,燃料燒得化為烏有,放出的總熱量,僅有可憐巴巴的小部分滿足做功的目標需求,絕大部分熱量去哪了?當然是熱沉了!即廢熱都去加熱空氣了,恰如洗澡水都倒進了下水道。

    投入使用的熱機每年都在不停增長,超期服役的老舊熱機、老爺車,也流亡二手市場,遲遲不肯謝幕。

   買電池的時候,你的價款涵蓋了正極和負極材料的成本;用車的時候,你頻頻花錢買汽油當熱源,可偏偏沒給默默無聞的大氣熱沉一分錢。這種不合理,終於導致了各國開始征收碳稅了。

    頂著這種現實,全球氣候不升溫才怪。

    抱怨二氧化碳排放造孽了氣候變暖?依我看CO2不過是方便的替罪羔羊。

    按理說,CO2的單位濃度的溫室效應,遠低於水蒸氣,而且CO2就算飆升到今天的412ppm,對比常年平均3%即3000ppm的高濃度水蒸氣,也是小巫見大巫。

    別嘰歪CO2不能像水蒸氣那樣經常通過降雨回歸地表,但蒸發量與降水量是平衡的,不影響年平均濃度。其實,跟降雨一樣,降碳也在進行,隻是看不見而已,植物光合作用就是在降碳嘛。

    巧就巧在CO2的排放量增長曲線,與全球各類熱機保有量的增長曲線是吻合的。

    所以,譴責替罪的CO2,其實歪打正著,暗戳了“真凶”-- 動力需求帶動下的大氣熱沉的過快熵增!

    熱力學斷言:宇宙的熵永遠隻升不降,總有一天,“熱寂”一定會到來。

    人類唯一可做的,隻能是放緩熱機的增長量,同時盡可能提高熱功效率,以期推遲熱寂。

    大家都要討生活,追求愜意的好日子,所以,放緩熱機的增長量不現實,唯一現實的是提高功效。

    理想卡諾熱機是功效的極限,現實的熱機效率,都要在理想值下打個折。

    極限功效η=(TH - TL)/TH,這裏TH=工質的高溫做功溫度,TL=工質向熱沉散熱溫度。

    把周圍空氣作熱沉時,升效隻能指望提升TH,相當於竭盡提高燃燒溫度。

    例如:若追求86%的理論功效,TL = 27°C, 則TH = 1870°C。

    目前化石燃料熱機的TH,在考慮經濟性的條件下,都已做到極限了,上述那個高溫望塵莫及,因為燃燒的火苗最高溫度也遠遜之。

    老話說得好,退一步海闊天空。

    如果改用大量液氮做熱沉,TL = -196°C,達到同樣86%理論功效,則高溫需求TH急降至300°C。

    此時,燒稻草都能輕鬆應付,燒汽油更是殺雞用牛刀;但交通工具仍要用此“牛刀”也無可非議,畢竟該應用要講究爆發力。

    而且,燒生物質配液氮的能源消耗與生產,整體碳足跡是零,即net-zero,因為種植物吸收的CO2,與燒植物釋放的CO2,大致抵消了,且都在地表進行,不像化石能源從老深的地下摳出來,憑空給地表增添CO2。

熱沉產業化

    問題是哪來用之不竭的液氮?

    既然不像大氣那樣現成的可免費使用,那就隻有大規模發展液氮生產了。

    依賴電網開動液化機器,早已工業化生產了,隻是市場狹窄而已;一旦液氮的消費鏈暴漲,現有的電驅產能是遠遠不夠的。

    當今先進的製程,能耗大約為:每生產1kg液氮,耗電0.5kwh,即1.8MJ/kg。就算大部分電網能量用來液化空氣,恐怕也滿足不了市場需求。

    咋辦?呼喚農民加入主流能源生產大軍吧!

    如今碳排放政策收緊,農村年年發愁如何處理收獲後的莊稼稈枝葉。

    當柴火燒吧,也遠遠用不完,況且很多鄉村都改燒液化石油氣了。

    老傳統吧,人類幾千年的農耕曆史,就是簡單的秸杆還田。據說,很多地方的這個傳統也廢掉了,還不是為了環保唄,隻是科學界是否認可其環保性,那還是個問題,反正政策製定者先認了。

    別煩惱了,開發燒柴火的熱機,用它驅動液化機器,不就得了?

    柴火火焰溫度上不去,也不像燃料油那樣可以泵送,湊合著還能把燒煤鍋爐改成燒柴火鍋爐,反正喂料靠鏟 煤也罷,靠自動傳送帶也罷,這些套路都可用之於格式化(切碎)後的幹柴。

    鍋爐配老古董瓦特蒸汽機,驅動液化機器,應該不成問題,就是功效極低,也就7%~11%,比燒煤還低那麽一點點,因為柴焰溫度遜於煤焰。

    這條路顯然不可取,因為柴火燃燒熱量最終90%都被大氣熱沉吸收,隻比放野火好那麽10%不到。

    所以,以大氣為熱沉的熱機,可被柴火一票否決;剩下就隻有選液氮做熱沉的熱機。

    柴火溫度雖然太過溫柔,但將工質加熱到300度還是不成問題;依前麵匡算,這樣的理想熱機,功效竟然也能飆升至86%!

    本來嘛,拉你農民進來一起玩能源大產業,就是為了讓你大量生產液氮;你倒好,貪圖86%的高功效,就必須先搞柴火-液氮熱機,豈不尚未見到液氮產品的影子,竟然先要變成液氮消費大戶?

    別怕,有句老話說得好:不會花錢的人,也肯定不會掙大錢!

    我的獨門絕技,讓農民一邊消耗液氮,一邊生產液氮,就看液氮熱沉的熱機之輸出的能量,夠不夠驅動後級的液化機器產生更多的液氮;答案是肯定有盈餘的,雖然70%的液氮產量要饋送給前級熱機消耗,以保可持續有盈餘的液氮生產。

    盈餘的30%產量,有三條出路:

        a 上市銷售,適當留點給家裏液氮消耗型空調使用;

        b 加碼熱機反饋量,滾雪球式擴大再生產;

        c 不要盈餘,全反饋給熱機,同時給熱機另加發電機負載,發出的電供自家使用,以及外賣給社區電網。

    顯然,在我的這個熱機-液化機連軸運轉的發明中,熱機端的液氮可比喻為種子,液化機端的液氮可比喻為種子成熟後的收獲,後機反饋給前機液氮,可比喻為留種再生產。

   農民開始從事液氮生產前,要外購少量的液氮做種子,城市液氮廠家滿足這個不成問題。種子液氮勿需太多,保證熱機可啟動就行了,之後擴大生產規模,隻需滾動將液氮收獲全部投入種子,直至產能達標後,才可將盈餘的液氮自由支配。

    傳統汽車不是也要從電瓶借點“種子”能量,才能啟動跑起來嗎?所以,別嫌我的發明也要借液氮“種子”,講真,能量換來換去就那麽回事,星星之火,可以燎原嘛。

熱源產業大洗牌

    液氮熱沉的新一代熱機即將誕生了,就連不溫不火的空氣,都能一改從前當免費熱沉使用的境況,如今也可華麗轉身,當免費熱源使用了,就算是冬天-30度的冷空氣,加熱-196度的液氮,那是綽綽有餘。

    那麽多現存高品位熱源生產鏈,尤其是被社會埋怨很久的化石能源產業,是不是該到了大洗牌的時候?

    雖說空氣當熱源使用沒有理論瑕疵,但有影響性能的致命傷。

    液氮的熱導率僅為可憐的0.13W/mK,相當於水的四分之一;空氣的熱導率更低至0.024W/mK,指望這兩類介質之間高速傳熱,想都不用想;非要霸王硬上弓,那得巨大笨重的熱交換裝置。

    所以,高品位能源還是不能丟,各有各的用途嘛。

    家裏液氮空調,順帶做成小熱機,用室內空氣加熱,既製冷又發電,發出的電做大事雖不行,但點亮空調控製麵板,驅動風扇,應算小菜一碟。

    風馳電掣的汽車,如還用空氣加熱,那就說不過去了,一來笨重的熱交換器可壓得車子開不動,二來就算能開起來,也許比自行車速度強不到那裏去。

    所以,交通動力還得高品位熱源。但搭配液氮熱沉之後,因熱功效率可提升至80%~90%,一下子就可將純油車的油耗打3折!

    液氮熱沉汽車也許不再是內燃機,而改為外燃機,此時燒汽油、燒煤、燒柴火,汽車的功效是大致相等的,隻不過煤柴的燃料喂送,不易自動化控製。

    我的匡算表明,這樣配置的液氮汽油車--20升油箱 + 200升液氮罐,耗完液氮汽油跑出的裏程數,等於耗完70升汽油車的可跑裏程。

    一旦這樣的車全部替換掉當代純油車,石油、石化產業鏈的從業隊伍,大可砍去70%,分流的人員可去從事液氮物流業,或其它產業。

    這省去的70%高品位熱源,完全可讓農民種植高生物質產量的能源草頂替。當然,都種植不能吃的能源草也不行,得先解決人類吃飯問題。

    土地極多的國家,可以騰出部分農民專種能源草,大量生產液氮;土地資源不足的國家,可讓農民種糧為本,用糧食作物的非食用生物質莖枝葉,間接“種”液化空氣。

    總之,農業殘餘生物質,隻要用起來,它就是個寶:既可以拿去燒當熱源使用,也可以加一道工序,就地生產液氮,液氮再拿到任何地方當熱沉使用。

    

能源草候選清單

    1、芒屬草 miscanthus

miscanthus.jpeg

 

    2、柳枝稷 switch grass

switchgrass.jpg

 

    3、拜登草 Bidens pilosa

        別誤會成拜登的佩洛西,真的有這個拉丁語學名。

        中文俗名:鬼針草、鹹豐草、同治草。

        嗬嗬,中外帝王都跟這草扯上關係了,堪稱帝王草不為過吧?

bidensPilosa.jpg

 

    我的創新世界能源新秩序理論,已經發表在美國主流媒體EnergyCentral上,有興趣的讀者可點擊參考文獻給出的鏈接。

 

參考文獻

Farming liquid air as major energy commodity

https://energycentral.com/c/pip/farming-liquid-nitrogen-major-energy-commodity

 




更多我的博客文章>>>

所有跟帖: 

一個不切實際的幻想 -huiming1234- 給 huiming1234 發送悄悄話 huiming1234 的個人群組 (506 bytes) () 05/26/2022 postreply 02:49:49

加跟帖:

  • 筆名:      密碼: 保持登錄狀態一個月,直到我退出登錄。
  • 標題:
  • 內容(可選項): [所見即所得|預覽模式] [HTML源代碼] [如何上傳圖片] [怎樣發視頻] [如何貼音樂]
回到頂部