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Physics版 - 农田将生产液化空气，农民加入新能源产业大军！

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k****o
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序曲
稻草、秸杆、麦秆、棉秆等生物质，虽然不能吃，但它们烧起来火力旺旺的。
尽管火苗温度不如汽油火焰那么高，但也别瞧不起这类低档能源。
人类有朝一日，如果学会了善用这些中温热源，一斤稻草也能当半斤汽油用。
先把重点撂在上面，再来扯点理论的淡。
理论
动力设备之热机，离不开热源与热沉，即heat source 和 heat sink。
工业革命发端于蒸汽机、内燃机的相继发明。
发明者都将化石能源的煤、柴油、汽油作为热源的燃料。
至于热沉，没人动半点心思。方便就手的大气，即我们每天呼吸的空气，自然就当热沉
用。
热源之于热沉，正如电池阳极之于阴极。
无论热源温度多么高，孤立浸淫其中的任何热机，都不会产生可用的动力；正如只有阳
极或者正极的电池，无法驱动负载电路。
所以，谁若吹嘘发明了单热源发动机，那一定是大忽悠，因为违背了热力学第二定理！
现实：当今全球大规模使用的各类热机，热转功效率都不咋样，例如满大街跑的汽车效
率也就20%~25%，柴油车略强些，但也就30%那个谱。
也就是说，燃料烧得化为乌有，放出的总热量，仅有可怜巴巴的小部分满足做功的目标
需求，绝大部分热量去哪了？当然是热沉了！即废热都去加热空气了，恰如洗澡水都倒
进了下水道。
投入使用的热机每年都在不停增长，超期服役的老旧热机、老爷车，也流亡二手市场，
迟迟不肯谢幕。
买电池的时候，你的价款涵盖了正极和负极材料的成本；用车的时候，你频频花钱买汽
油当热源，可偏偏没给默默无闻的大气热沉一分钱。这种不合理，终于导致了各国开始
征收碳税了。
顶着这种现实，全球气候不升温才怪。
抱怨二氧化碳排放造孽了气候变暖？依我看CO2不过是方便的替罪羔羊。
按理说，CO2的单位浓度的温室效应，远低于水蒸气，而且CO2就算飙升到今天的412ppm
，对比常年平均3%即3000ppm的高浓度水蒸气，也是小巫见大巫。
别叽歪CO2不能像水蒸气那样经常通过降雨回归地表，但蒸发量与降水量是平衡的，不
影响年平均浓度。其实，跟降雨一样，降碳也在进行，只是看不见而已，植物光合作用
就是在降碳嘛。
巧就巧在CO2的排放量增长曲线，与全球各类热机保有量的增长曲线是吻合的。
所以，谴责替罪的CO2，其实歪打正着，暗戳了“真凶”-- 动力需求带动下的大气热沉
的过快熵增！
热力学断言：宇宙的熵永远只升不降，总有一天，“热寂”一定会到来。
人类唯一可做的，只能是放缓热机的增长量，同时尽可能提高热功效率，以期推迟热寂。
大家都要讨生活，追求惬意的好日子，所以，放缓热机的增长量不现实，唯一现实的是
提高功效。
理想卡诺热机是功效的极限，现实的热机效率，都要在理想值下打个折。
极限功效η=(TH - TL)/TH，这里TH=工质的高温做功温度，TL=工质向热沉散热温度。
把周围空气作热沉时，升效只能指望提升TH，相当于竭尽提高燃烧温度。
例如：若追求86%的理论功效，TL = 27°C，则TH = 1870°C。
目前化石燃料热机的TH，在考虑经济性的条件下，都已做到极限了，上述那个高温望尘
莫及，因为燃烧的火苗最高温度也远逊之。
老话说得好，退一步海阔天空。
如果改用大量液氮做热沉，TL = -196°C，达到同样86%理论功效，则高温需求TH急降
至300°C。
此时，烧稻草都能轻松应付，烧汽油更是杀鸡用牛刀；但交通工具仍要用此“牛刀”也
无可非议，毕竟该应用要讲究爆发力。
而且，烧生物质配液氮的能源消耗与生产，整体碳足迹是零，即net-zero，因为种植物
吸收的CO2，与烧植物释放的CO2，大致抵消了，且都在地表进行，不像化石能源从老深
的地下抠出来，凭空给地表增添CO2。
热沉产业化
问题是哪来用之不竭的液氮？
既然不像大气那样现成的可免费使用，那就只有大规模发展液氮生产了。
依赖电网开动液化机器，早已工业化生产了，只是市场狭窄而已；一旦液氮的消费链暴
涨，现有的电驱产能是远远不够的。
当今先进的制程，能耗大约为：每生产1kg液氮，耗电0.5kwh，即1.8MJ/kg。就算大部
分电网能量用来液化空气，恐怕也满足不了市场需求。
咋办？呼唤农民加入主流能源生产大军吧！
如今碳排放政策收紧，农村年年发愁如何处理收获后的庄稼秆枝叶。
当柴火烧吧，也远远用不完，况且很多乡村都改烧液化石油气了。
老传统吧，人类几千年的农耕历史，就是简单的秸杆还田。据说，很多地方的这个传统
也废掉了，还不是为了环保呗，只是科学界是否认可其环保性，那还是个问题，反正政
策制定者先认了。
别烦恼了，开发烧柴火的热机，用它驱动液化机器，不就得了？
柴火火焰温度上不去，也不像燃料油那样可以泵送，凑合着还能把烧煤锅炉改成烧柴火
锅炉，反正喂料靠铲煤也罢，靠自动传送带也罢，这些套路都可用之于格式化（切碎
）后的干柴。
锅炉配老古董瓦特蒸汽机，驱动液化机器，应该不成问题，就是功效极低，也就7%~11%
，比烧煤还低那么一点点，因为柴焰温度逊于煤焰。
这条路显然不可取，因为柴火燃烧热量最终90%都被大气热沉吸收，只比放野火好那么
10%不到。
所以，以大气为热沉的热机，可被柴火一票否决；剩下就只有选液氮做热沉的热机。
柴火温度虽然太过温柔，但将工质加热到300度还是不成问题；依前面匡算，这样的理
想热机，功效竟然也能飙升至86%！
本来嘛，拉你农民进来一起玩能源大产业，就是为了让你大量生产液氮；你倒好，贪图
86%的高功效，就必须先搞柴火-液氮热机，岂不尚未见到液氮产品的影子，竟先要变成
液氮消费大户？
别怕，有句老话说得好：不会花钱的人，也肯定不会挣大钱！
我的独门绝技，让农民一边消耗液氮，一边生产液氮，就看液氮热沉的热机之输出的能
量，够不够驱动后级的液化机器产生更多的液氮；答案是肯定有盈余的，虽然70%的液
氮产量要馈送给前级热机消耗，以保可持续有盈余的液氮生产。
盈余的30%产量，有三条出路：
a 上市销售，适当留点给家里液氮消耗型空调使用；
b 加码热机反馈量，滚雪球式扩大再生产；
c 不要盈余，全反馈给热机，同时给热机另加发电机负载，发出的电供自家使用，以及
外卖给社区电网。
显然，在我的这个热机-液化机连轴运转的发明中，热机端的液氮可比喻为种子，液化
机端的液氮可比喻为种子成熟后的收获，后机反馈给前机液氮，可比喻为留种再生产。
农民开始从事液氮生产前，要外购少量的液氮做种子，城市液氮厂家满足这个不成问题
。种子液氮勿需太多，保证热机可启动就行了，之后扩大生产规模，只需滚动将液氮收
获全部投入种子，直至产能达标后，才可将盈余的液氮自由支配。
传统汽车不是也要从电瓶借点“种子”能量，才能启动跑起来吗？所以，别嫌我的发明
也要借液氮“种子”，讲真，能量换来换去就那么回事，星星之火，可以燎原嘛。
说来说去，大家最关心的性能想必是液氮产率，毕竟连液氮“种子”都用上了，若是烧
几十斤柴火，换来1斤液氮，那谁都不满意。估计这个产率肯定好得令人吃惊：
烧1斤柴火，扣除70%产量用于反馈热机，以保障可持续生产，还可结余2斤液氮。
热源产业大洗牌
碳税的征收，象征着大气热沉不再免费了；反正都是有偿使用，付费买大气热沉，不如
付费给液氮热沉；液氮热沉的新一代热机即将由此被催生出来。
税例：当前加拿大的汽油价格，每升至少含$0.11的碳税，如果农民大规模生产液化空
气的话，1升汽油所含碳税，也许可买2升液氮，其蕴藏的当量热值，近似于2*0.25 = 0
.5升汽油。
热源种类繁多，就连不温不火的空气，都能一改从前当免费热沉使用的境况，如今也可
华丽转身，当免费热源使用了，就算是冬天-30度的冷空气，加热-196度的液氮，那是
绰绰有余。
那么多现存高品位热源生产链，尤其是被社会埋怨很久的化石能源产业，是不是该到了
大洗牌的时候？
虽说空气当热源使用没有理论瑕疵，但有影响性能的致命伤。
液氮的热导率仅为可怜的0.13W/mK，相当于水的四分之一；空气的热导率更低至0.024W
/mK，指望这两类介质之间高速传热，想都不用想；非要霸王硬上弓，那得巨大笨重的
热交换装置。
所以，高品位能源还是不能丢，各有各的用途嘛。
家里液氮空调，顺带做成小热机，用室内空气加热，既制冷又发电，发出的电做大事虽
不行，但点亮空调控制面板，驱动风扇，应算小菜一碟。
风驰电掣的汽车，如还用空气加热，那就说不过去了，一来笨重的热交换器可压得车子
开不动，二来就算能开起来，也许比自行车速度强不到那里去。
所以，交通动力还得高品位热源。但搭配液氮热沉之后，因热功效率可提升至80%~90%
，一下子就可将纯油车的油耗打3折！
液氮热沉汽车也许不再是内燃机，而改为外燃机，此时烧汽油、烧煤、烧柴火，汽车的
功效是大致相等的，只不过煤柴的燃料喂送，不易自动化控制。
我的匡算表明，这样配置的液氮汽油车--20升油箱 + 200升液氮罐，耗完液氮汽油跑出
的里程数，等于耗完70升汽油车的可跑里程。
一旦这样的车全部替换掉当代纯油车，石油、石化产业链的从业队伍，大可砍去70%，
分流的人员可去从事液氮物流业，或其它产业。
这省去的70%高品位热源，完全可让农民种植高生物质产量的能源草顶替。当然，都种
植不能吃的能源草也不行，得先解决人类吃饭问题。
土地极多的国家，可以腾出部分农民专种能源草，大量生产液氮；土地资源不足的国家
，可让农民种粮为本，用粮食作物的非食用生物质茎枝叶，间接“种”液化空气。
总之，农业残余生物质，只要用起来，它就是个宝：既可以拿去烧当热源使用，也可以
加一道工序，就地生产液氮，液氮再拿到任何地方当热沉使用。
我的创新世界能源新秩序理论，已经发表在美国主流媒体EnergyCentral上，有兴趣的
读者可点击参考文献给出的链接。
能源草候选清单
1、芒属草 miscanthus
2、柳枝稷 switch grass
3、拜登草 Bidens pilosa
别误会成拜登的佩洛西，真的有这个拉丁语学名。
中文俗名：鬼针草、咸丰草、同治草。
呵呵，中外帝王都跟这草扯上关系了，堪称帝王草不为过吧？
参考文献
Farming liquid air as major energy commodity
http://kiwaho.com/ll

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