试析玉米燃料乙醇生命周期系统的热力学分析

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1、天津大学博士学位论文玉米燃料乙醇生命周期系统的热力学分析姓名：张治山申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：袁希钢20050501中文摘要生物乙醇作为一种车用化石燃料的替代能源，其研究和应用在许多国家受到很大关注。近年来我国也开始推动以玉米为主要原料的燃料乙醇的研究、生产和应用。但是，玉米燃料乙醇生命周期系统需要由太阳能和化石能的共同驱动，并且不可避免地伴有二氧化碳等温室气体和其他污染物的排放。因此，研究玉米燃料乙醇的能量平衡、温室气体排放及可再生性等问题对于该生物能源生产系统的建立及其可持续运行具有重要意义。本研究的主要目的就是基于生命周期分析原理，从热力学的角度定量分析我国玉米燃料乙

2、醇的可持续性及其影响因素。1．基于生命周期分析原理和热力学第一定律，建立了玉米燃料乙醇的净能量分析模型和方法。考虑我国玉米农业生产水平、乙醇转化技术和能源结构状况等玉米燃料乙醇生产的实际条件，定量评价了玉米燃料乙醇的能量效率并对其影响因素进行了分析。研究表明：我国玉米燃料乙醇具有一定的净能量盈余，而影响其能量效益的主要因素是乙醇生产过程中蒸馏和脱水工艺的能耗和玉米种植过程中的氮肥、灌溉电力和机械用柴油消耗。2．基于生命周期分析原理，建立了玉米燃料乙醇的碳平衡分析模型和方法。在我国玉米燃料乙醇能量平衡分析的基础上，进一步计算了我国玉米燃料乙醇生命周期系统的净碳排放量并识别出影响其大小的主要因

3、素。研究表明：与汽油相比玉米燃料乙醇整个生命周期的温室气体排放表现为负效应，但通过改进生命周期中碳排放量最多的过程(乙醇转化和氮肥施用等)，完全有可能实现温室气体排放的一定程度的正效应。3．基于生命周期分析原理，利用基于有效能的热力学分析方法对我国玉米燃料乙醇的可再生性及其影响因素进行了分析。研究表明：从有效能的角度分析，我国工业化玉米燃料乙醇循环具有不可再生性，而导致其不可再生的主要因素仍是乙醇转化过程的能耗和玉米种植过程的氮肥施用量。所以，为了提高我国玉米燃料乙醇能源的可再生性，需要进一步提高工业化玉米燃料乙醇循环的技术和热力学完善程度。关键词：玉米，燃料乙醇，生命周期分析，能量平衡，

4、碳平衡，可再生性ABSTRACTTheresearchandapplicationofbioethanolasasubstituteforautomobilefossilfuelshadreceivedgreatattentioninmanyCountries．Inrecentyears，theresearch，productionandutilizationoffuelethanolmostlyproducedfromcornhavebeguntobeimpelledinChina．However,thelifecyclesystemofcornfuelethanolmustbedriv

5、enbybothsolarenergyandfossilenergy,andthelaterinevitablygeneratesgreenhousegasandotherpollutantsemissions．Thusstudiesonenergybalance，carbonbudgetandrenewabilityissuesforcornfuelethanolhavegreatsignificancefortheestablishmentandsustainableoperationofthisbioenergygeneratingscheme．Themainobjectiveoft

6、histhesisistoquantifythesnstainabilityoffuelethanolfromCOrninChina，andanalyzeitsinfluentialfactorsonthebasisoflifecycleanalysisprinciplesfromthepointofviewofthermodynamics．1．Themethodologyandmodelofnetenergyanalysisforcornfuelethanolaredevelopedonthebasisoflifecycleanalysisprinciplesandthefirstlaw

7、ofthermodynamics．Forprevailingconditionsofcornfarming，ethanolproductionandenergysourcesstructureandSOoninChina’energyefficiencyofCOrnfuelethanolisestimatedanditsinfluentialfactorsareanalyzed．Itisshownthatcornfuel