一种新思路正开始形成产业,即开发垃圾这一潜在的能源。最基本的例子是把有机垃圾转化成生物煤气——一种可作燃料的气体,其成分类似天然气一一主要是甲烷。现时北爱尔兰贝尔法斯特的Queen大学的化学家们已经开发出一项有效地燃烧生物煤气而不产生污染副产品的新技术。正是其污染物阻碍了这一能源的开掘和利用。
生物煤气的产生过程就如周自然界一直在发生的有机物的分解。在沼泽、积水的泥土,甚至在我们的热源管道系统内,热熔有机物中的细菌在绝氧(没有空气)条件下把它们转化为甲烷。
通过厌氧菌分解垃圾,像把污水、腐烂的植物置入气密容器中都可制造气态燃料,并且还含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、水等成分;同时还可分解出作为土壤营养的安全物质。
有如此的潜能,则可把处理城市和农业垃圾时产生的生物煤气作为一种新能源。但唯一的缺陷是:有机物、尤其是植物中含有富氧成分,在绝氧降解过程中氮转化成了氨。当气体在空气中燃烧时氨又被转化为氧化氮(NOX)。 这会引起各式各样的空气污染,包括城市的烟雾和酸雨。其他矿物燃料、煤和石油也在产生严重污染问题,生物煤气燃烧的生成物再混人正在设法消除的汽车尾气,则给环境保护增添了麻烦。所以NOX问题严重地影响了生物煤气的环保形象。
理想的解决办法是在燃烧时通过催化剂作用使氨转化成氮气(N2),让氮原子组成双原子结构的氮气分子,从而阻止其氧化。氮气是空气中含量最大的成分,是无害的。原先的催化剂在生物煤气燃烧时氨——氮气的转化率还不到70%。去年贝尔法斯特的两位研究人员罗伯特·伯奇(Robert Burch)和巴里·索里沃德( Barry Southward) 发明了一种氨——氮气的转化率达85%的催化剂,但燃烧温度要达到600℃以上才起作用。高温限止了燃烧过程的能效。
最近这两位研究员又报道了一个新的催化剂,在200心的燃烧温度下保持85%的氨——氮气转化率。该催化剂是一块以氧化铝(矾石)为基质的精细合金,含有氧化铜和少量铂。燃烧时部分氨分子会粘附到铂微粒表面并转化成氧化氮(NOX), 然后再与另一部分粘附在氧化铜上的形成碎片状的氨起反应,生成氮气和水。
正如这两位研究员在《化学通信》上 所论述的:这一发明使生物煤气在一次完全燃烧过程中,完成了在富氧和稀氧混合物之间氨到氮气的完全转化。这样,生物煤气清洁的燃烧可在任何地区进行。
[Nature, 2000年7月6日]