生物能源：分手吧！这样过得特别好

生物能源：分手吧！这样过得特别好

作者简介

孙亚飞科学松鼠会知名作者，化学达人。点石成金，上天入地，杀人无形，妙手回春——说的不是我，只是我的专业而已。免费兜售一点化学小常识，谈的是火药农药毒药医药，讲的是黄金白银青铜黑铁，品的是酸甜苦辣人生百味。

两千多年前，庄子用“相濡以沫”记录了两条鱼的“爱情”；但显然这是一个冲动战胜理智的行为，因此庄子又在后文补充道：“不如相忘于江湖”——双方就此分手，各自回到广阔的江湖之中，何必为了厮守而忍受这干涸之苦？

然而庄子这句话的故作轻松恰恰也说明，感情一旦建立，就难以割舍。对于有性繁殖的生物而言，正是这份坚守才完成了物种的繁衍。

生命体消亡以后，随之而来的便是分子层面上的各种降解反应。如果正好处在缺氧的环境，生命体中的碳元素不会完全转化为二氧化碳，而是更多地以能源物质存在——如果时间足够长，就可以形成煤炭、石油还有天然气了。

天然气的主要成分是甲烷，是最简单的一种碳氢化合物。相比于煤炭与石油而言，甲烷的形成过程并不困难，短时间内同样可以产生，甚至在很多动物的消化系统中，一些厌氧菌就会将食物转化为甲烷。

或许是因为生命体的意识丧失还不够久远，甲烷也继承了不愿分手的遗志，当它被产生以后，并不愿抛弃共同产生的其他气体，比如氮气、氨气、二氧化碳等等，成为一种成分颇为复杂的混合气体。

在地壳中，这种混合气体经过数百万年直至上亿年的磨练，最终还是没能跑赢沧桑变幻，甲烷气体逐渐被洗礼而净化，成了一种举足轻重的化石燃料。受此启发，人们设计开发了沼气池，将植物体转化为生物能源，但怎么让不同的气体长痛不如短痛地“分手”却成了大问题。

在众多气体中，二氧化碳是最需要拆散的对象，一方面它的产生比例不算低，非常影响沼气的品质，另一方面，它也比较容易腐蚀管道设备。正是因为如此，强行让甲烷与二氧化碳分手，也就成为沼气加工中很重要的一道工艺。

然而，即使是只够充满一个玩具气球的沼气，其中的分子个数也远远超过这个星球上的人类总数。所以，要想彻底分开甲烷和二氧化碳，比起让这个星球上的男人和女人分别居住到南半球与北半球，还要困难几亿倍甚至更多。

一个一个地拆散姻缘？显然科学家们不会采用如此笨拙的办法。在这种时候，还是需要充分利用不同分子间的差异，让它们自主分开。

有一种方法叫膜处理，利用膜的选择性将它们分开。这好比为了把全世界的男人与女人分到两个半球，就先将所有人赶到同一个半球，又在赤道的位置拉起一道闸门，只允许一个性别的人穿到另一个半球，这样如果穿过赤道只是随机过程，总有一个时刻会实现两种性别的完全分离。然而，爱情却牵挂着很多人不愿意来到这赤道边，因此完全分离也只能是存在于理想之中。

膜处理的过程看起来简单，背后应用的科技却是非常尖端。在分子层面上，并没有管理员守在那道闸门，挨个分辨分子的种类，故而所有分子都会自由出入。为了让闸门具有选择性，材料科学家们开发出一些特殊结构的高分子膜，例如常见的聚酰亚胺，与不同气体之间的结合力有所区别，从而可以将不匹配的气体拒之门外。这就好比在上述闸门上安装了一道自动识别系统，效率也高出人力所及，可以轻松获得99%纯度的甲烷。

有一种方法叫吸附法，利用吸附材料将其中某种成分吸附，再到合适的条件下解吸附。如果我们再来研究尝试将地球人分开的疯狂想法，这种方法好比是安置了一队超级绑架团伙，他们只绑架某一种性别，再将其放到指定半球，这样的话，等他们所有人全部绑架完之后，也就实现了这一分手计划。当然，这种办法也不是完全可靠，认错人的事情时有发生，也会比较耗费能量。

还有一种方法叫分离剂，利用化学试剂将不同气体分开，德国、美国不少企业都有开发。这种办法就好比是在南半球开了一家以男性玩家为主要客户的赌场，或是在北半球开了一家shopping mall，专门吸引女性顾客，通过奇妙的化学反应，就可以将他们自动分开。这种方法的好处很明显，就是让分子自发行动，降低了不少成本。同样，这种方法也不可能绝对分离，不过理想的状况也能达到数百万分之一残余，的确已经算是相当干脆的分手了。

那么，如此大费周章地将二氧化碳分离，究竟又有什么意义呢？

我们以中国为例。

过去，中国农村还没有普及煤气灶的时候，绝大多数农业秸秆都被收集了起来，农户将它们作为烹饪燃料。然而，现代农村的秸秆却成了一种无处可去的垃圾，厨房已不再需要这种使用麻烦的固体燃料，直接还田却因为腐烂速度太慢，让再次种植变得困难。正是在这样的两难选择下，很多秸秆在农田中便化道青烟，留下一片雾霾。统计显示，在2014年，我国一共烧掉了1.5亿吨各类秸秆，而它们排向大气中的，也是数以亿吨的废烟废气。

将农业秸秆处理成沼气，自从上世纪70年代就已有大面积推广，但由于沼气的成分复杂，实际用途仍然有限，距离工业化还有很多路要走。如果能够通过技术手段，让生物能源中的不同成分果断分手，那么这种人造天然气必然可以拥有更广阔的使用空间，既可以送到城市里的高楼大厦，也可以给汽车提供动力，还可以避免焚烧秸秆带来的负面效应，可谓是一举多得的循环经济良方。