摘要：（1）以水、碳、沼气为原料。在铁，锰的催化下，低于800~1600℃的太阳能光热热源，可以生产甲醇、氧气和液态肥料，并得到电能。

　　（2）本文简要介绍光液工艺的基本原理及生产过程。从资源特性上讨论实现的技术路线。

　　0 引言

　　根据研究，光合作用的过程是在含锰的催化剂进行的。这一过程是常温常压下进行的化学反应。如果化学反应条件提高，相当于进行了人工光合作用。本文的研究是在这一指导思路下进行的。

　　 这个基本原理的背景是在另一篇《太阳能光热发电并生产液态阳光一种方法》文章。该基本原理是利用吸热化学反应替代了光合作用将太阳能为化学能。这是一个利用生物质、阳光产生电力、光液和肥料的方法。遵循了自然界碳循环的规律。

　　1  “LLL”基本原理

　　1.1 “LLL”基本化学反应介绍 

　　1.1.1 反应过程

　　该化学反应过程是由一系列的吸热和放热化学组成。主要反应如下示意图。

图 1 基本原理图示

　　如上图所示，这是锰、铁及其复合物组成的在太阳能热源下进行的一系列化学反应。该过程的总反应方程如下：

　　C+H₂O(g)+ CH₄(g)+ CO₂(g) → CH₄O(L)＋O₂(g)  （公式一）

　　该反应的条件是在最高1600℃温度下，利用锰、铁等物质的催化下，通过控制不同的进气原料比，更替地变换进气成分，得到富含CO或H₂的复合气体。该复合气体作为传热介绍给水汽汽轮机发电，降温为400℃，在继续传热给甲醇蒸汽汽轮机发电，降温为200℃。得到一股含CO体积分数20%以上的复合气体，另外一股含H₂体积分数40%以上的复合气体。这两股复合气体在200~250℃催化床的作用下，80~90%的H₂和CO转换为CH₄O。CH₄O经压缩到6~8MPa后，变成液体，气体分离。液体甲醇打入甲醇锅炉蒸汽发电。

　　1.1.2 原理讨论

　　由上面的公式可以知道不同的原料成分组成，需要的能量不一样。产物都可以得到甲醇。需求能量最低的组分如下

　　C+2H₂O(g)+ CH₄(g)= 2CH₄O(L) （公式二）

　　25℃、101kPa下，炭、氢气、甲烷和甲醇理论净热值33MJ/KG、143MJ/KG、56MJ/KG、23MJ/KG。室温燃烧放热反应过程如下：

　　C（s）+0.5O₂（g）=CO（g）△H=-396kJ•mol^-1

　　CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ•mol^-1

　　2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-286kJ•mol^-1

　　CH₃OH（l）+1.5O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=+736kJ•mol^-1

　　公式二的左边假定有12KG炭、36KG水、16KG甲烷（室温，1大气压力），得到64KG的甲醇。如果炭、甲烷直接燃烧。产生热值为1292MJ。经过光液处理后热值为1472MJ。增加180MJ，也就是说甲烷和木炭能量增加14%。1KG甲醇需求2.82MJ能量。

　　能量需求最高的过程是

　　8H₂O(L)+ 2CO₂(g)= 2CH₄O(L)＋5O₂(g) （公式三）

　　该过程需要最少能量为2616MJ。1KG甲醇需求40.88MJ能量。

　　最优的能源需求、最佳产出为甲醇、木炭。光液工艺最佳反应为(在沼气甲烷:二氧化碳=6:4情况下)。

　　4C+16H₂O(g)+6CH₄(g)+ 4CO₂(g) =14CH₄O(L)＋5O₂(g)（公式四）

　　该反应需求能量最少为11734MJ。1KG甲醇需求26.2MJ能量。

　　1.1.3 路线选择 

　　在所有的可能下，降低最高反应温度为400℃~600℃，将会使得这个系统更具备经济竞争力。二氧化锰在530~560℃会释放出氧气，碳和二氧化碳的反应启动温度480℃。这个目标是可以达成。不过工艺过程可能会很长，除非找到一个非常高效的催化反应剂。不然可靠方法还是铁锰反应容器，不同组分交替进料。

　　在日照条件非常好的情况下，选公式三，作为主反应是最佳的。在日照条件很差的情况下，选公式二作为主反应。在生物质资源丰富的地方，选择公式四为主反应。

　　最佳的产出是甲醇、沼渣炭。生物质转化甲醇的年储量是2000~8000吨/平方公里。1平方公里生物质的光液聚光面积需求面积不超过1公顷。1平方公里生物质聚集成本非常低廉。可以得到光液工厂年面积产量密度是0.2~0.8万吨/公顷。

　　聚光器件是整个光液生产最大成本组成，按光热发电约占到40~50%。而在最高反应温度降为400℃~600℃时，可以直接使用槽式聚光，成本将会大幅降低。（作者已经设计出低廉成本的聚光系统，在数月之后公布）。

　　在锰铁最高1600℃直接反应催化的情况下，这个方案的经济性大大折扣。

　　2   “LLL”基本原理的论证仿真实验过程 

　　2.1 “LLL”当前阶段 

　　该原理、工艺的论证还在进行中，仿真也是刚刚启动。由于作者的知识少，能力不足。无法再这么短的时间内完成。可是作者目前所有的学习、研究结果表明这个方案不仅原理上可行，技术实现容易，经济上具备和太阳能光伏、煤炭、石油、天然气直接竞争的潜质。

　　也许十年之后，人类使用能源如同使用水一样，家里有电线、水管和光液管。而光液的容易获得，分布广泛将会使得人人生而平等的理念得到更优物质基础、经济结构的支撑。

　　环境方面，这个系统如果能够实现。人类生活的环境将如原始森林般，毫无污染。

　　但这个过程没有人相信，也没有人去研究。我一个人无法完成这么庞大的系统。

　　3 结论

　　“LLL”光液方案值得学习、研究。（作者：梁云（1985），男，电气工程师，目前从事生物质利用、餐厨垃圾处理、沼气发电整厂电气设计。）

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