摘要：（1）人類主要使用化石能源，如石油，煤炭和天然氣。化石能源有枯竭的一天。人類迫切需要一種替代能源。本文介紹的光液，即醇類燃料（液態陽光）可以讓人類完全擺脫化石能源的依賴。
（2）光液作為能源替代方案、是以秸稈等生物質為原料，太陽能聚光熱能為能源來源，通過秸稈厭氧發酵產沼氣，沼渣碳化產碳源。得到碳氫氧復合物為傳熱工質、碳源、沼氣和水通過化學反應得到甲醇、二甲醚等醇類燃料。此類液態、氣態燃料稱為光液。光液作為lightyear結構汽車的燃料。這個方法得到燃料的同時，利用甲醇、水為工質的汽輪機吸收傳熱工質的熱量發電。
（3）本文定性地描述了光液工藝的原理及生產過程。介紹光液的應用場景。
關鍵詞：光熱；沼氣；梁氏光液；發電；厭氧發酵；碳化。
中圖分類號：TK6 生物能及其利用。
引言
當前，太陽能是公認的可持續、綠色環保的能源替代來源。太陽能利用的形式主要有光伏、光熱、綠色植物等形式。這三種形式的太陽能利用效率為，綠色植物：光轉存儲化學能0%~3%。光熱：光轉熱0%~80%、光轉電0%~17%。光伏：光轉電0%~45%。這些轉換效率是實際工程技術能達到的數值。人類要想經濟地使用太陽能作為能源，必需從提高面積單位能源密度、質量單位能源密度和轉換效率這三個方面入手。本文介紹的以秸稈和陽光為原料，太陽能熱效應為能源。利用秸稈厭氧發酵，沼渣碳化得到沼氣、碳【2】。沼氣，碳和水在高溫下通過一連串的化學反應，最終得到甲醇等醇類燃料。并利用炭/氫/氧三種元素組成的復合氣體作為傳熱介紹工質，將太陽能熱能傳遞到水蒸氣/甲醇鍋爐，產生水蒸汽,甲醇蒸汽，推動汽輪機發電。并利用蒸汽余熱，干化沼渣。從沼渣干化設備出來的甲醇蒸汽在厭氧罐外冷卻，并加熱厭氧罐，維持高溫厭氧所需溫度。這種方法稱為梁氏光液方案，英文名稱：LLL，liang light liquids proposal。
“LLL”方案利用了秸稈/生物質聚集，提高了單面面積的能量密度。厭氧產沼氣提高了單位質量的能量密度。吸熱化學反應提高了光熱轉化為化學能、電能的效率。這是一個利用秸稈和陽光產生電力、光液和肥料的方法。遵循了自然界碳循環的規律。
1 “LLL”方案原理及工藝
1.1 “LLL”方案的化學反應計算
1.1.1 反應過程
該化學反應過程是由一系列的吸熱和放熱化學組成。主要反應如下。【1】反應溫度和催化條件在此不展開討論，組成這些反應的氣態物質稱為復合氣體。復合氣體也是光熱發電的工作介質。為了方便計算,反應熱取常溫時的數值,也即是初始原料和最終產物的值。
C+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.390KJ/mol
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-41.194KJ/mol
C(g)+2H2(g)=CH4(g) △H=-74.898KJ/mol
CH4(g)＋H2O(g) = CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.1kJ/mol
C+CO2(g)=2CO(g) △H=+131.390KJ/mol
上面的化學反應可以歸納為:
C+H2O(g)+ CH4(g)+ CO2(g) = 3CO(g)＋6H2(g) △H=+337.490KJ/mol （公式一）
圖一、0.1MPa下碳－蒸汽反應的平衡組成
圖二、2.0MPa下碳－蒸汽反應的平衡組成
圖一，圖二是該連串化學反應的平衡圖。【1】
T>900℃，含有等量的H2和CO，其它組分含量接近于零。T↓，H2O、CO2、CH4含量逐漸增加。高溫，H2和CO含量高。相同T，P↑，H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量減小。低壓、高溫有利于反應的進行。
這是一個化學儲存太陽能的反應。此總反應主要在光熱/高溫條件下進行。以下是放熱反應。主要在水蒸汽鍋爐內膽發生。高壓、低溫有利于反應的進行。
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-41.194KJ/mol
C(g)+2H2(g)=CH4(g) △H=-74.898KJ/mol
這兩個反應不需要催化劑。
而合成甲醇、二甲醚的過程需要催化，也是在主要在水蒸氣鍋爐內膽發生。
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-100.46kJ/mol
2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-20.59kJ/mol
鍋爐內膽分層，入口溫度500℃，最高溫度700℃，出口溫度420℃。
甲醇及復合氣體從鍋爐內膽出來，進入沼渣碳化室，將沼渣碳化。甲醇及復合氣體溫度降為400℃。在沼渣碳化室內，甲醇及有害雜質被分離，400℃甲醇蒸汽進入甲醇鍋爐和沼渣干化爐，降溫到200℃，經加壓泵加壓60bar，200℃的液態甲醇通過高壓泵打入甲醇鍋爐。甲醇鍋爐帶動汽輪機發電。
當混合氣體內的碳元素過量，將復合氣體加熱到1000℃，炭單質會析出。得到1000℃的木炭作為固態儲熱介質。也可以直接加熱木炭,作為儲能。過熱的木炭在沒有太陽光的時候，與水蒸氣、二氧化碳生成CO(g)、2H2(g)。此種熱存儲的效率非常高，無腐蝕。
圖三、 LLL光液生產流程示意圖
1.1.2 原理討論
秸稈含碳量在38±5%之間【3】。1噸干秸稈含碳0.33 ~0.41噸.假定整個化學反應過程碳元素沒有丟失。1mol的碳得到1mol甲醇，則有1噸干秸稈產1噸甲醇。
發電量該如何計算呢？
假設熱源無限大，最高溫度達到1000℃。使得化學反應充分。（實際最高溫度680℃，該系統反應即可進行）。
由1.1.1的化學反應過程得知，當熱源溫度一定時。整個化學反應達到平衡。經過汽輪機之后CO和H2的比例減少。公式一左邊向右邊偏移，吸熱反應進行。太陽光熱能通過化學能和復合氣體的熱能傳遞到鍋爐內膽。理論上，發電量跟聚光面積有關、傳熱工質溫度有關。假定進入水蒸氣鍋爐內膽的復合氣體溫度為500℃，則有水蒸氣最高溫度為420℃。水蒸汽汽輪機入口溫度400℃，壓力不確定，出口溫度180℃。180℃水蒸氣利用64℃甲醇冷卻，利用朗肯循環發電。
由此可知，整個系統的光熱轉光電效率實際能達到的值由水汽輪機和甲醇汽輪機的效率這兩個部分組成。由于熱能得到階梯利用，400℃度碳化沼渣，200~400℃干燥沼渣和甲醇汽輪機發電機。64~120℃用來給高溫沼氣厭氧罐加熱。
這個系統最大的能源價值在于，甲醇等醇類燃料。這些燃料的能量來自太陽能和甲烷。
2 “LLL”光液的優劣勢
2.1 “LLL”光液與光伏對比
光伏發電的優勢是運維的成本低廉。“LLL”光液的建造、運維的成本未知，但優勢已經很明顯了。那就是能量的可存儲性和能源利用率高。隨著光液產業成熟，成本不斷降低。
2.2 “LLL”光液的應用場景
“LLL”光液可以利用在任何有陽光、有植物的地方。所有的植物，如秸稈，竹子，樹木都可以粉碎后發酵產沼氣，沼渣碳化和陽光一起產生光液。
2.3 “LLL”光液能量存儲性能"LLL"
“LLL”光液的生產過程是能量的存儲和釋放過程。那么這個系統儲存多少能量，釋放了多少能量呢？
2.3.1 化學儲能
以秸稈為例說明，秸稈碳含量38±5%之間，高位熱值15~17MJ/KG[4]。按每噸秸稈含炭元素38%，并完全利用得到約1噸甲醇。查化工手冊知甲醇高位熱值22.7MJ/KG，低位熱值19.9MJ/KG。秸稈熱值取最大值17MJ/KG，借助里太陽能光熱，秸稈的能量等價地完全轉化到甲醇。并吸收太陽能增加了33.5%轉化到甲醇。
太陽能的光熱儲存是以化學能，熱能存儲的。由1.1.1的公式一，復合氣體中CO、H2的化學儲能為3.52MJ/KG。這還不是“LLL”光液系統的儲能的最高值，該系統的的儲能最高值在：
CH4(g)=C(g)+2H2(g) △H=+74.898KJ/mol
C+CO2(g)=2CO(g) △H=+131.390KJ/mol
C+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.390KJ/mol
總反應方程式為:
CH4(g)+CO2(g)+H2O(g)=3CO(g)+6H2(g) △H=+206.288KJ/mol
這個三個公式得知，在化學反應充分、流化床有效分離CO，H2情況下。以CH4(g)、CO2(g)、H2O(g)和炭為原料，化學儲能甲烷為12.9MJ/KG,碳為10.95MJ/KG。
2.3.2 高溫儲能
這個系統有一個固態碳高溫儲能，1000℃的單質碳儲存能力跟碳熱比容、碳質量有關。
復合氣體的內能也是儲能的一部分。
2.3.3 “LLL”光液系統儲能能力
由此，總儲能=高溫碳單質儲能+復合氣體內能+已轉化甲烷存儲化學能+已轉化碳化學能。
2.4 “LLL”光液系統光熱及光電轉換效率
根據目前太陽能光熱利用效率[5]。太陽能發電利用[6] 。槽式聚光最高溫度390℃，最高效率20％,年平均效率11~16％。碟式聚光最高溫度750℃，最高效率29.4％,年平均效率12~25％ 。
“LLL”光液系統采用蝶式+槽式聚光，兩軸定日追蹤。太陽能轉化學能的可以單獨考慮，這個系統的太陽能轉電能轉化率，年平均最低也會達到11%。另外的89%為未吸收、或者被沼渣干化、碳化、高溫厭氧利用。
因蝶式+槽式聚光結構簡單。這樣的系統建造和運維成本也會比目前塔式光熱電站低。
3 “LLL”光液發展展望
3.1 “LLL”光液的潛力
在不考慮經濟因素的情況下“LLL”可以為人類提供所有能源。而中國，只需要將8億噸秸稈利用起來就能滿足全國lightyear結構混動車的燃料需求。而全國生物質總量生產潛力可達650億噸/年[7]，折合33億噸標準煤，相當于每年化石資源消耗總量的3倍以上。所有生物質,如樹木,農作物廢棄物,糞便,廚余垃圾都可以進“LLL”光液系統。如果“LLL”光液系統的太陽能轉化學能為8%、太陽能轉電能為11%。在光照條件如佛山市、聚光面積跟海南島面積和2%生物質總量的條件下,就能獲得至少13億噸甲醇（植物含碳量387~506 g/kg）[8]。同時還有大量的電能。這些燃料和電能足夠全國能源需求。
4 結論
“LLL”光液方案是一種太陽能利用效率高，應用場景廣的太陽能、生物質應用方案。
參考文獻
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作者梁云目前從事生物質利用、餐廚垃圾處理、沼氣發電整廠電氣設計。
Abstract： (1) Humans mainly use fossil energy, such as oil, coal and natural gas. Fossil energy will run out one day. Humans is in urgent need of an alternative energy. The light liquids described in this paper, known as alcohol fuels (liquid sunlight), Humans can completely wean from fossil energy dependence by the light liquids.
(2)As an alternative energy solution, the light solution takes straw/biomass as the raw material and solar thermal effect as the energy source. Biogas can be produced through the straw anaerobic fermentation and biogas residue carbonization. The gas that include H/C/O is obtained as heat transfer medium.Takes carbon source from biogas residue carbonization, biogas and water as the raw material. The methanol, dimethyl and other alcohol fuels are obtained through chemical reaction. Such liquid and gaseous fuels are called light liquids. Light liquid is used as fuel for lightyear structural cars.This method can be used to obtain the fuel, and meanwhile, the steam turbine with methanol/water as working medium can absorb the heat of solar thermal to generate electricity.
(3) This paper describes the principle and production process of LLL qualitatively.The application of LLL is introduced.
Key words: solar thermal effect; Biogas; LLL:Liang light liquids; Power generation; Anaerobic fermentation; Carbide.
作者：梁云
