稻草、秸杆、麦秆、棉秆等生物质,虽然不能吃,但它们烧起来火力旺旺的。
尽管火苗温度不如汽油火焰那么高,但也别瞧不起这类低档能源。
人类有朝一日,如果学会了善用这些中温热源,一斤稻草也能当半斤汽油用。
这个不要复杂的证明,查热力学表就能知道,一级柴火燃烧值20MJ/kg,普通汽油燃烧热值40MJ/kg。
从热值帐面看,1斤稻草的热值,确实与半斤汽油的热值差不多,但在现有动力系统中排不上用场,再好的柴火,也是废柴一捆,它烧出来的热,都管它叫废热,没品味嘛!
所谓废柴、废热或废品,其实是放错了地方的资源。
后面深水区,我将介绍废柴到底该放到哪里用,才能实现1斤稻草顶半斤汽油。
先把重点撂在上面,再来扯点理论的淡。
动力设备之热机,离不开热源与热沉,即heat source 和 heat sink。
工业革命发端于蒸汽机、内燃机的相继发明。
发明者都将化石能源的煤、柴油、汽油作为热源的燃料。
至于热沉,没人动半点心思。方便就手的大气,即我们每天呼吸的空气,自然就当热沉用。
热源之于热沉,正如电池阳极之于阴极。
无论热源温度多么高,孤立浸淫其中的任何热机,都不会产生可用的动力;正如只有阳极或者正极的电池,无法驱动负载电路。
所以,谁若吹嘘发明了单热源发动机,那一定是大忽悠,因为违背了热力学第二定理!
现实:当今全球大规模使用的各类热机,热转功效率都不咋样,例如满大街跑的汽车效率也就20%~25%,柴油车略强些,但也就30%那个谱。
也就是说,燃料烧得化为乌有,放出的总热量,仅有可怜巴巴的小部分满足做功的目标需求,绝大部分热量去哪了?当然是热沉了!即废热都去加热空气了,恰如洗澡水都倒进了下水道。
投入使用的热机每年都在不停增长,超期服役的老旧热机、老爷车,也流亡二手市场,迟迟不肯谢幕。
买电池的时候,你的价款涵盖了正极和负极材料的成本;用车的时候,你频频花钱买汽油当热源,可偏偏没给默默无闻的大气热沉一分钱。这种不合理,终于导致了各国开始征收碳税了。
顶着这种现实,全球气候不升温才怪。
抱怨二氧化碳排放造孽了气候变暖?依我看CO2不过是方便的替罪羔羊。
按理说,CO2的单位浓度的温室效应,远低于水蒸气,而且CO2就算飙升到今天的412ppm,对比常年平均3%即3000ppm的高浓度水蒸气,也是小巫见大巫。
别叽歪CO2不能像水蒸气那样经常通过降雨回归地表,但蒸发量与降水量是平衡的,不影响年平均浓度。其实,跟降雨一样,降碳也在进行,只是看不见而已,植物光合作用就是在降碳嘛。
巧就巧在CO2的排放量增长曲线,与全球各类热机保有量的增长曲线是吻合的。
所以,谴责替罪的CO2,其实歪打正着,暗戳了“真凶”-- 动力需求带动下的大气热沉的过快熵增!
热力学断言:宇宙的熵永远只升不降,总有一天,“热寂”一定会到来。
人类唯一可做的,只能是放缓热机的增长量,同时尽可能提高热功效率,以期推迟热寂。
大家都要讨生活,追求惬意的好日子,所以,放缓热机的增长量不现实,唯一现实的是提高功效。
理想卡诺热机是功效的极限,现实的热机效率,都要在理想值下打个折。
极限功效η=(TH - TL)/TH,这里TH=工质的高温做功温度,TL=工质向热沉散热温度。
把周围空气作热沉时,升效只能指望提升TH,相当于竭尽提高燃烧温度。
例如:若追求86%的理论功效,TL = 27°C, 则TH = 1870°C。
目前化石燃料热机的TH,在考虑经济性的条件下,都已做到极限了,上述那个高温望尘莫及,因为燃烧的火苗最高温度也远逊之。
老话说得好,退一步海阔天空。
如果改用大量液氮做热沉,TL = -196°C,达到同样86%理论功效,则高温需求TH急降至300°C。
此时,烧稻草都能轻松应付,烧汽油更是杀鸡用牛刀;但交通工具仍要用此“牛刀”也无可非议,毕竟该应用要讲究爆发力。
而且,烧生物质配液氮的能源消耗与生产,整体碳足迹是零,即net-zero,因为种植物吸收的CO2,与烧植物释放的CO2,大致抵消了,且都在地表进行,不像化石能源从老深的地下抠出来,凭空给地表增添CO2。
问题是哪来用之不竭的液氮?
既然不像大气那样现成的可免费使用,那就只有大规模发展液氮生产了。
依赖电网开动液化机器,早已工业化生产了,只是市场狭窄而已;一旦液氮的消费链暴涨,现有的电驱产能是远远不够的。
当今先进的制程,能耗大约为:每生产1kg液氮,耗电0.5kwh,即1.8MJ/kg。就算大部分电网能量用来液化空气,恐怕也满足不了市场需求。
咋办?呼唤农民加入主流能源生产大军吧!
如今碳排放政策收紧,农村年年发愁如何处理收获后的庄稼秆枝叶。
当柴火烧吧,也远远用不完,况且很多乡村都改烧液化石油气了。
老传统吧,人类几千年的农耕历史,就是简单的秸杆还田。据说,很多地方的这个传统也废掉了,还不是为了环保呗,只是科学界是否认可其环保性,那还是个问题,反正政策制定者先认了。
别烦恼了,开发烧柴火的热机,用它驱动液化机器,不就得了?
柴火火焰温度上不去,也不像燃料油那样可以泵送,凑合着还能把烧煤锅炉改成烧柴火锅炉,反正喂料靠铲 煤也罢,靠自动传送带也罢,这些套路都可用之于格式化(切碎)后的干柴。
锅炉配老古董瓦特蒸汽机,驱动液化机器,应该不成问题,就是功效极低,也就7%~11%,比烧煤还低那么一点点,因为柴焰温度逊于煤焰。
这条路显然不可取,因为柴火燃烧热量最终90%都被大气热沉吸收,只比放野火好那么10%不到。
所以,以大气为热沉的热机,可被柴火一票否决;剩下就只有选液氮做热沉的热机。
柴火温度虽然太过温柔,但将工质加热到300度还是不成问题;依前面匡算,这样的理想热机,功效竟然也能飙升至86%!
本来嘛,拉你农民进来一起玩能源大产业,就是为了让你大量生产液氮;你倒好,贪图86%的高功效,就必须先搞柴火-液氮热机,岂不尚未见到液氮产品的影子,竟然先要变成液氮消费大户?
别怕,有句老话说得好:不会花钱的人,也肯定不会挣大钱!
我的独门绝技,让农民一边消耗液氮,一边生产液氮,就看液氮热沉的热机之输出的能量,够不够驱动后级的液化机器产生更多的液氮;答案是肯定有盈余的,虽然70%的液氮产量要馈送给前级热机消耗,以保可持续有盈余的液氮生产。
盈余的30%产量,有三条出路:
a 上市销售,适当留点给家里液氮消耗型空调使用;
b 加码热机反馈量,滚雪球式扩大再生产;
c 不要盈余,全反馈给热机,同时给热机另加发电机负载,发出的电供自家使用,以及外卖给社区电网。
显然,在我的这个热机-液化机连轴运转的发明中,热机端的液氮可比喻为种子,液化机端的液氮可比喻为种子成熟后的收获,后机反馈给前机液氮,可比喻为留种再生产。
农民开始从事液氮生产前,要外购少量的液氮做种子,城市液氮厂家满足这个不成问题。种子液氮勿需太多,保证热机可启动就行了,之后扩大生产规模,只需滚动将液氮收获全部投入种子,直至产能达标后,才可将盈余的液氮自由支配。
传统汽车不是也要从电瓶借点“种子”能量,才能启动跑起来吗?所以,别嫌我的发明也要借液氮“种子”,讲真,能量换来换去就那么回事,星星之火,可以燎原嘛。
说来说去,大家最关心的性能想必是液氮产率,毕竟连液氮“种子”都用上了,若是烧几十斤柴火,换来1斤液氮,那谁都不满意。估计这个产率肯定好得令人吃惊:
烧1斤柴火,扣除70%产量用于反馈热机,以保障可持续生产,还可结余2斤液氮。
碳税的征收,象征着大气热沉不再免费了;反正都是有偿使用,付费买大气热沉,不如付费给液氮热沉;?液氮热沉的新一代热机即将由此被催生出来。
当前加拿大的汽油价格,每升至少含$0.11的碳税,如果农民大规模生产液化空气的话,1升汽油所含碳税,也许可买2升液氮。
至于热源吧,就连不温不火的空气,都能一改从前当免费热沉使用的境况,如今也可华丽转身,当免费热源使用了,就算是冬天-30度的冷空气,加热-196度的液氮,那是绰绰有余。
那么多现存高品位热源生产链,尤其是被社会埋怨很久的化石能源产业,是不是该到了大洗牌的时候?
虽说空气当热源使用没有理论瑕疵,但有影响性能的致命伤。
液氮的热导率仅为可怜的0.13W/mK,相当于水的四分之一;空气的热导率更低至0.024W/mK,指望这两类介质之间高速传热,想都不用想;非要霸王硬上弓,那得巨大笨重的热交换装置。
所以,高品位能源还是不能丢,各有各的用途嘛。
家里液氮空调,顺带做成小热机,用室内空气加热,既制冷又发电,发出的电做大事虽不行,但点亮空调控制面板,驱动风扇,应算小菜一碟。
风驰电掣的汽车,如还用空气加热,那就说不过去了,一来笨重的热交换器可压得车子开不动,二来就算能开起来,也许比自行车速度强不到那里去。
所以,交通动力还得高品位热源。但搭配液氮热沉之后,因热功效率可提升至80%~90%,一下子就可将纯油车的油耗打3折!
液氮热沉汽车也许不再是内燃机,而改为外燃机,此时烧汽油、烧煤、烧柴火,汽车的功效是大致相等的,只不过煤柴的燃料喂送,不易自动化控制。
我的匡算表明,这样配置的液氮汽油车--20升油箱 + 200升液氮罐,耗完液氮汽油跑出的里程数,等于耗完70升汽油车的可跑里程。
一旦这样的车全部替换掉当代纯油车,石油、石化产业链的从业队伍,大可砍去70%,分流的人员可去从事液氮物流业,或其它产业。
这省去的70%高品位热源,完全可让农民种植高生物质产量的能源草顶替。当然,都种植不能吃的能源草也不行,得先解决人类吃饭问题。
土地极多的国家,可以腾出部分农民专种能源草,大量生产液氮;土地资源不足的国家,可让农民种粮为本,用粮食作物的非食用生物质茎枝叶,间接“种”液化空气。
总之,农业残余生物质,只要用起来,它就是个宝:既可以拿去烧当热源使用,也可以加一道工序,就地生产液氮,液氮再拿到任何地方当热沉使用。
格力董事长董明珠,不是早说过未来空调不用电,还能发电卖电吗?
我看过视频,她说的是用光伏技术,真如此的话,肯定不靠谱;没准人家掩遮的技术,其实就是液氮制冷发电的组合机呢?
前面我说过,液氮空调自带小容量发电是可以的,但大容量发电,还得靠烧燃料,尽管有液氮做热沉。
农村只要有够量的柴火,家家实现能源自给自足是可期待的。所用设备还是农民生产液氮的那一套,只不过设备要实现小型化,所产液氮全部用来支撑发电。
不光是液氮空调,液氮冰箱也将顺势推出,都无需电力,还可自身发电;至于看不看得上眼那点电,就是另一回事了。
唯有一个不便之处:得经常补充液氮,没准一大罐液氮用一礼拜就空了。
总之,液氮制冷家电这一块大洗牌是肯定了。
而且制冷用电占电网负荷相当大比重,一旦这一块交给液氮打理,电网轻松多了,夏天再也不愿担心跳闸。
可喜可贺的是,这类家电再也不用昂贵的制冷剂CFC/HFC了,氟利昂早就被认定贡献了大气变暖。
买液氮制冷家电,肯定比买氟利昂制冷家电便宜,因为结构原理都简单太多;动手能力强的人,甚至可以自己打造。
但千万别自作聪明,往闷热的室内直接倾倒液氮,那样会急剧稀释空气中的氧气浓度,从而有窒息危险。安全的简易做法,是用热交换蒸发器循环液氮,等液氮热到不宜再制冷后,排放到室外。
1、芒属草 miscanthus
2、柳枝稷 switch grass
3、拜登草 Bidens pilosa
别误会成拜登的佩洛西,真的有这个拉丁语学名。
中文俗名:鬼针草、咸丰草、同治草。
呵呵,中外帝王都跟这草扯上关系了,堪称帝王草不为过吧?
我的创新世界能源新秩序理论,已经发表在美国主流媒体EnergyCentral上,有兴趣的读者可点击参考文献给出的链接。
Farming liquid air as major energy commodity
https://energycentral.com/c/pip/farming-liquid-nitrogen-major-energy-commodity
1?? 石油在地球内部产生,不用也会氧化掉,这也应是热力学定律;2??二氧化碳会变成碳酸盐岩石,相对较软的碳酸盐岩石会慢慢流入地幔给地心提供生产石油天然气所需的碳氢和氧,这是碳的大循环;3?? 二氧化碳的温室效应基本上全部在于它对地表夜间热輻射中三个特殊波长的吸收(水蒸汽是广谱的吸收)。在现有的400 ppm二氧化碳浓度下这些輻射早已被饱和吸收,也就是说,二氧化碳的浓度再增加它的温室效应也不会增加了。这一点与近二三十年气温变化的趋势是一致的。
以上三点是被主流漠视无现或忽视的。但好象都是很难驳倒的。难得见到有如楼主这样的灼见,多说了几句。
楼主的低HL发动机实在是有创意。但在下有一个小小的问题:这个HL是不是也应该是进气的温度?如果工质要先冷却到液氮温度,热交換器的麻烦先不论,氧气就会先变成液氧了(氧-183,氮-196),如果是这样,是不是会是另外一个小问题?
多谢好文。
家里有空气压缩机,车胎瘪了,有这玩意就方便了。
开空压机,气罐子压力够大了,压缩机就切断电路了。
储进去的能量,怎么取出来,这个你肯定清楚。
液化空气,只是加压用力过猛的结果,通常先将空气加压至几百个大气压,等发烫的罐内空气凉下来后,再来个“欲擒故纵”,突然快速放纵泄压,由于汤逊效应,快速降温至-200摄氏度,刚才还硬杠的空气,一下瘫软成液态,被擒拿至罐底。
像不像孙子兵法的欲擒故纵?
既然费了九牛二虎之力,大量能量储存进了液化空气,这个不用怀疑吧?能量守恒嘛!
至于后续提出能量,走热机啊。
液氮当热沉用,类似于电池负极;负极电位越低,正负极电压差越大,敲出电能越容易。
谢谢提问,不明白欢迎再问。