化石燃料与生物燃料在化学上并非互相对立的类别

两种燃料在燃烧时，可能产生几乎相同分量的二氧化碳，但其中一种燃料在整个生命周期中，可能向大气增加少得多的化石碳。与此同时，这种「较环保」的燃料，也可能让汽车在使用相同体积燃料的情况下，行驶较短的距离。

那么，哪一种燃料比较好？

继续阅读之前，先作一个预测。假设一辆汽车使用汽油，另一辆使用由近期种植的甘蔗制成的乙醇。如果两辆汽车的排气管都会排放二氧化碳，为甚么乙醇仍可能具有环境方面的优势？

关键在于，选择燃料并不只是燃烧反应的问题。你需要同时追踪三件事：燃料能提供多少能量、燃料中的碳来自哪里，以及燃料进入引擎之前经历了哪些生产过程。

01化石燃料与生物燃料在化学上并非互相对立的类别

这里有一个很容易令人混淆的术语问题。

在化学中，有机物主要是指以碳为基础的物质。汽油含有有机化合物，乙醇也是一种有机化合物。因此，乙醇这类生物燃料本身也是有机燃料。

更有意义的比较是：

两者最终都具有生物来源。重要的差别在于时间尺度。

燃烧化石燃料会把碳从长期的地质储存库转移到活跃的碳循环中。燃烧生物燃料同样会释放二氧化碳，但用来制造燃料的植物，可能在近期生长时已从大气中吸收了二氧化碳。

因此，单凭「它会产生 \(\ce{CO2}\)」并不足以比较两种燃料对环境的影响。

02燃料实际上如何发挥作用

燃料储存了化学能。在燃烧过程中，燃料与氧气反应，形成较稳定的产物，通常是二氧化碳和水。

乙醇的完全燃烧反应为：

\[ \ce{C2H5OH(l) + 3O2(g) -> 2CO2(g) + 3H2O(l)} \]

因此，一莫耳乙醇完全燃烧时会产生两莫耳二氧化碳。

在简化模型中，我们经常以辛烷（octane）\(\ce{C8H18}\) 代表汽油。真正的汽油是一种混合物，因此辛烷只是有用的模型，而不是对汽油成分的精确描述。

辛烷的完全燃烧反应可写成：

\[ \ce{2C8H18(l) + 25O2(g) -> 16CO2(g) + 18H2O(l)} \]

到了这一步，你可能会预测辛烷对环境的影响一定严重得多，因为一个辛烷分子含有八个碳原子，而乙醇只有两个。

但这样的比较并不完整。辛烷分子也大得多，而且每莫耳释放的能量远高于乙醇。要公平比较燃料，我们通常需要问：在提供相同能量的情况下，会产生多少二氧化碳？

03比较燃料可提供的能量

燃烧焓（enthalpy of combustion）\(\Delta H_c\)，是指一莫耳物质在指定条件下完全燃烧时的焓变。

燃烧是放热反应，因此 \(\Delta H_c\) 为负值。数值越负，代表每莫耳释放的能量越多。

例如，假设我们采用以下数据：

• 乙醇：\(\Delta H_c = -1367\ \text{kJ mol}^{-1}\)
• 辛烷：\(\Delta H_c = -5470\ \text{kJ mol}^{-1}\)

乍看之下，辛烷提供的能量似乎约为乙醇的四倍。但这是以每莫耳计算。一莫耳辛烷的质量远大于一莫耳乙醇。

在实际比较燃料时，每克或每公升所提供的能量通常更有用。

计算范例：哪种燃料每克释放的能量较多？

乙醇的莫耳质量为 \(46.1\ \text{g mol}^{-1}\)，燃烧焓为 \(-1367\ \text{kJ mol}^{-1}\)。辛烷的莫耳质量为 \(114.2\ \text{g mol}^{-1}\)，燃烧焓为 \(-5470\ \text{kJ mol}^{-1}\)。

比较两者每克释放的能量。

步骤 1：使用燃烧焓的绝对值。

我们要比较的是释放的能量，因此使用正的绝对值 \(1367\ \text{kJ mol}^{-1}\) 和 \(5470\ \text{kJ mol}^{-1}\)。

步骤 2：计算一克乙醇释放的能量。

\[ \frac{1367\ \text{kJ mol}^{-1}}{46.1\ \text{g mol}^{-1}} = 29.7\ \text{kJ g}^{-1} \]

步骤 3：以相同方法计算辛烷。

\[ \frac{5470\ \text{kJ mol}^{-1}}{114.2\ \text{g mol}^{-1}} = 47.9\ \text{kJ g}^{-1} \]

步骤 4：解释结果。

每克辛烷约释放 \(47.9\ \text{kJ}\)，而每克乙醇约释放 \(29.7\ \text{kJ}\)。

因此，在燃料质量相同的情况下，辛烷释放的能量明显较多。

这在实际应用上十分重要。使用乙醇的车辆，一般需要消耗更大的燃料质量，而且通常也需要更大的燃料体积，才能获得相同的化学能。

04为甚么乙醇每克所含的能量较少

乙醇的化学式为：

\[ \ce{C2H5OH} \]

辛烷等碳氢化合物只含有碳和氢：

\[ \ce{C8H18} \]

乙醇本身已含有氧。从化学角度来看，与碳氢化合物中的碳相比，乙醇中的碳原子已经部分被氧化。

你可以把燃烧过程想像成沿著能量斜坡向下移动，最终到达 \(\ce{CO2}\) 和 \(\ce{H2O}\)。碳氢化合物从斜坡较高的位置开始，而乙醇因为分子中已经含有氧，所以相当于已经沿斜坡下降了一部分。

这个比喻有助于比较化学能，但并不代表个别化学键真的会「沿斜坡向下掉落」。焓取决于反应物与生成物之间的总能量差。

最重要的是实际结果：乙醇每单位质量所含的能量，低于汽油等常见碳氢化合物燃料。

05排气管排放的二氧化碳只反映部分情况

现在回到最初的问题。

当乙醇和碳氢化合物燃料提供相同能量时，它们是否可能产生质量相近的二氧化碳？

令人意外的是，答案是可能的。

计算范例：比较提供相同能量时释放的二氧化碳

假设一部引擎需要 \(10.0\ \text{MJ}\) 的化学能。比较乙醇和辛烷完全燃烧时产生的二氧化碳。

使用以下数据：

• 乙醇：\(\Delta H_c = -1367\ \text{kJ mol}^{-1}\)
• 辛烷：\(\Delta H_c = -5470\ \text{kJ mol}^{-1}\)
• \(\ce{CO2}\) 的莫耳质量 \(= 44.01\ \text{g mol}^{-1}\)

假设引擎将两种燃料的化学能转换成其他形式能量时，效率相同。

步骤 1：将所需能量转换为千焦耳。

\[ 10.0\ \text{MJ} = 10\,000\ \text{kJ} \]

步骤 2：计算所需乙醇的物质的量。

\[ n(\text{乙醇}) = \frac{10\,000\ \text{kJ}}{1367\ \text{kJ mol}^{-1}} = 7.32\ \text{mol} \]

根据反应式：

\[ \ce{C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O} \]

每莫耳乙醇会产生两莫耳 \(\ce{CO2}\)。

\[ n(\ce{CO2}) = 2(7.32)=14.6\ \text{mol} \]

因此：

\[ m(\ce{CO2}) = 14.6\ \text{mol}\times44.01\ \text{g mol}^{-1} \approx 644\ \text{g} \]

步骤 3：计算所需辛烷的物质的量。

\[ n(\text{辛烷}) = \frac{10\,000\ \text{kJ}}{5470\ \text{kJ mol}^{-1}} = 1.83\ \text{mol} \]

每莫耳辛烷会产生八莫耳二氧化碳。

\[ n(\ce{CO2})=8(1.83)=14.6\ \text{mol} \]

因此：

\[ m(\ce{CO2}) = 14.6\ \text{mol}\times44.01\ \text{g mol}^{-1} \approx 644\ \text{g} \]

步骤 4：解释这个看似奇怪的结果。

根据这些简化数据，乙醇和辛烷在释放相同能量时，产生的二氧化碳质量几乎一样。

因此，支持生质乙醇的主要环境论点，并不是它的废气不含二氧化碳。事实上，它显然会产生二氧化碳。

真正的差别在于这些碳来自哪里。

06化石碳与近期吸收的碳

想像大气有一个「碳银行帐户」。

生物质在生长过程中，透过光合作用从大气中提取二氧化碳。燃烧由这些生物质制成的燃料，会将其中部分碳送回大气。

化石燃料的情况则不同。它的碳在地质时间尺度上一直被封存在地下。燃烧化石燃料，会把这些原本储存的碳转移到大气中。

然而，如果我们假设每一笔碳的存入与提取都会自动发生，或两者的数量必然相等，这个银行帐户的比喻便不再适用。种植、收割、运输、加工和精炼生物质都需要资源，也可能产生额外的温室气体排放。

因此，我们不应自动将生物燃料描述为「碳中和」。

07如何利用生物质生产乙醇燃料

一种常见的生产途径，是从生物质中取得碳水化合物。

糖类可以进行发酵：

\[ \ce{C6H12O6(aq) -> 2C2H5OH(aq) + 2CO2(g)} \]

葡萄糖会产生乙醇和二氧化碳。

接著，必须从发酵混合物中分离乙醇。蒸馏需要能量，因为必须加热混合物，并将乙醇与大量水分离。

若乙醇要用作燃料，可能还需要进一步去除水分。

这带出一个重要的环境问题：加工所需的能量来自哪里？

如果生质乙醇工厂在种植作物、制造肥料、运输生物质及蒸馏乙醇的过程中，消耗大量化石燃料，那么它对温室气体排放的整体影响，可能远不如简单的植物生长示意图所呈现的那样理想。

08评估任何燃料的实用方法

在 HSC 考试中，比较燃料的答案应避免只用「可再生」或「清洁」等单一词语作判断。

相反，应从能量、环境和实际应用三个方面进行比较。

「有可能再生」这个说法很重要。如果森林被砍伐的速度快于生物质重新生长的速度，即使把所产生的燃料称为可再生燃料，也不会令环境破坏消失。

09最容易令人误解的观念：生物燃料等于碳中和

学生可能会这样推论：

植物吸收 \(\ce{CO2}\)。我们把植物制成乙醇。燃烧乙醇时，会释放相同的 \(\ce{CO2}\)。因此，净排放量为零。

这是一个有用的初步模型，但它忽略了系统中的几个部分。

更完整的生命周期评估可能包括：

• 种植、收割及加工原料所消耗的能量
• 运输生物质和乙醇所使用的燃料
• 分离和纯化发酵产物所需的能量
• 肥料生产及农业活动造成的排放
• 土壤碳含量的变化
• 清除现有植被的影响
• 水资源使用
• 作物是否取代粮食生产或其他土地用途
• 副产物及废弃物的处理方式

因此，生物燃料的生命周期温室气体排放量可以低于化石燃料，但不代表它的排放量为零。

如果生产途径效率低，或造成重大土地用途变化，生物燃料的环境表现也可能很差。

「生物」一词只告诉你燃料的来源，并不能直接判定它对环境的最终影响。

10完全燃烧也不是必然发生的

前面的燃烧方程式都假设发生完全燃烧。

要达到完全燃烧，必须有足够氧气，使碳形成 \(\ce{CO2}\)，氢形成 \(\ce{H2O}\)。

当氧气不足时，不完全燃烧可能产生一氧化碳及含碳微粒。

例如，乙醇可能形成一氧化碳：

\[ \ce{C2H5OH + 2O2 -> 2CO + 3H2O} \]

真实引擎的情况比单一化学方程式复杂得多。温度、氧气供应、引擎设计及燃烧条件都会影响产物。

因此，另一种常见的简化推论也不成立：仅仅知道燃料含有氧，并不能保证它一定完全燃烧，或燃烧时完全不产生污染物。

11为甚么乙醇的物理性质很重要

燃料除了能释放能量，还必须适合储存、运输和使用。

乙醇含有极性的 \(\ce{-OH}\) 基团，而且能形成氢键。因此，它的物理性质与汽油中的非极性碳氢化合物有明显差异。

特别是，乙醇与水具有高度互溶性。因此，在储存及处理燃料时，水分污染可能成为重要问题。

分子间作用力也会影响沸腾特性等性质，而这在从发酵混合物中分离乙醇时尤其重要。如果你对这个关联还不熟悉，可以阅读醇类分子间作用力指南，从分子层面深入理解。

如果一种燃料虽然在化学上表现出色，但储存、运输、分离或使用它需要不合理的大量能量，或需要不适合的基础设施，那么它的优点便可能失去实际意义。

12比「可再生与不可再生」更好的判断方法

比较燃料时，可以依照以下顺序思考。

1. 每单位质量或体积的燃料可以提供多少有用能量？
2. 燃料燃烧时会形成哪些产物？
3. 燃料中的碳来自哪里？
4. 生产燃料需要消耗哪些能量和资源？
5. 燃料原料能否以可持续方式补充？
6. 在储存、运输和使用过程中，会遇到哪些实际问题？

请注意，没有任何单一准则可以决定最终答案。

汽油在能量密度方面具有优势。生质乙醇在碳循环方面可能具有优势。然而，某一种乙醇生产途径是否真正具有环境优势，还取决于农业活动、加工过程及土地使用方式，这些因素可能增加或削弱它的优势。

这正是 HSC 题目通常要求的比较深度。

13题目与解答

题目 1

一份含有 \(2.00\ \text{mol}\) 乙醇的样本进行完全燃烧。

使用 \(\Delta H_c(\text{乙醇})=-1367\ \text{kJ mol}^{-1}\)。

计算：

a. 释放的能量
b. 产生的二氧化碳的物质的量
c. 产生的二氧化碳质量。

使用 \(M(\ce{CO2})=44.01\ \text{g mol}^{-1}\)。

解答 1

\(2.00\ \text{mol}\) 乙醇完全燃烧会释放 \(2.73\times10^3\ \text{kJ}\) 能量，并产生 \(176\ \text{g}\) 二氧化碳。

燃烧方程式为：

\[ \ce{C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O} \]

对于 a 小题，释放能量的绝对值为：

\[ E = n|\Delta H_c| = 2.00\ \text{mol}\times1367\ \text{kJ mol}^{-1} = 2734\ \text{kJ} \]

因此：

\[ E=2.73\times10^3\ \text{kJ} \]

对于 b 小题，莫耳比为：

\[ 1\ \text{mol 乙醇}:2\ \text{mol }\ce{CO2} \]

因此：

\[ n(\ce{CO2})=2(2.00)=4.00\ \text{mol} \]

对于 c 小题：

\[ m=nM = 4.00\ \text{mol}\times44.01\ \text{g mol}^{-1} = 176.04\ \text{g} \]

所以质量约为：

\[ 176\ \text{g} \]

一个容易犯的错误是认为，由于植物生长时吸收了二氧化碳，所以生质乙醇燃烧时不会产生二氧化碳。这是生命周期层面的论点，而不是燃烧反应的结果。化学方程式清楚显示，乙醇完全燃烧时确实会产生 \(\ce{CO2}\)。

题目 2

一个简化的汽油模型使用辛烷，其 \(\Delta H_c=-5470\ \text{kJ mol}^{-1}\)，莫耳质量为 \(114.2\ \text{g mol}^{-1}\)。

乙醇的 \(\Delta H_c=-1367\ \text{kJ mol}^{-1}\)，莫耳质量为 \(46.1\ \text{g mol}^{-1}\)。

一辆车需要 \(30.0\ \text{MJ}\) 的化学能。

计算所需的两种燃料各自的质量，并据此求出所需乙醇质量是辛烷的多少倍。

假设引擎效率相同。

解答 2

车辆需要约 \(1.01\ \text{kg}\) 乙醇或 \(0.626\ \text{kg}\) 辛烷，因此所需乙醇质量约为辛烷的 \(1.62\) 倍。

对于乙醇：

\[ n = \frac{30\,000\ \text{kJ}}{1367\ \text{kJ mol}^{-1}} = 21.9\ \text{mol} \]

接著：

\[ m = nM = 21.9\ \text{mol}\times46.1\ \text{g mol}^{-1} \approx1010\ \text{g} \]

所以：

\[ m(\text{乙醇})\approx1.01\ \text{kg} \]

对于辛烷：

\[ n = \frac{30\,000\ \text{kJ}}{5470\ \text{kJ mol}^{-1}} = 5.48\ \text{mol} \]

接著：

\[ m = 5.48\ \text{mol}\times114.2\ \text{g mol}^{-1} \approx626\ \text{g} \]

所以：

\[ m(\text{辛烷})\approx0.626\ \text{kg} \]

两者的比值为：

\[ \frac{1.01}{0.626}\approx1.62 \]

一个看似合理但错误的方法，是只比较两者的莫耳燃烧焓，然后声称辛烷提供的能量约为乙醇的四倍。这忽略了一莫耳辛烷的质量远大于一莫耳乙醇。若要进行实际的质量比较，相关的数值应是每克所提供的能量。

题目 3

一名学生提出以下论点：

生质乙醇一定比汽油环保，因为乙醇是可再生的，而汽油是不可再生的。

评估这项陈述。你的答案必须考虑燃烧、碳循环、生产过程，以及乙醇的一项实际应用相关性质。

解答 3

这项陈述过于绝对：生质乙醇可能比汽油具有环境优势，但可再生并不代表它在所有情况下都一定比较好。

两种燃料完全燃烧时都会产生二氧化碳。以乙醇为例：

\[ \ce{C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O} \]

重要的差别在于碳的来源。汽油会将长期储存在地质环境中的碳转移到大气。由近期生长的生物质制成的乙醇，则可能让植物近期从大气 \(\ce{CO2}\) 中吸收的碳重新进入循环。

然而，乙醇的生命周期影响也取决于种植、肥料使用、收割、运输、发酵，以及蒸馏等高耗能分离过程。为了种植燃料作物而清除高碳储量的植被，也可能造成额外排放，削弱甚至抵销原本预期的环境效益。

此外，乙醇每单位质量所含的能量低于汽油类碳氢化合物，因此要提供相同的化学能，可能需要更多燃料。

一项实际差异是乙醇与水的相互作用。由于乙醇含有极性的 \(\ce{-OH}\) 基团，而且能形成氢键，因此它容易与水混合。这可能带来与非极性碳氢化合物燃料不同的储存及燃料处理问题。

容易犯的错误，是把「可再生」当成完整的环境评估。可再生性描述的是资源能否在有实际意义的时间尺度内得到补充，并不能衡量所有排放、资源投入或实际后果。

题目 4

一公吨干燥废弃生物质含有 \(18.0\ \text{GJ}\) 的化学能。某地方议会正考虑以下两种用途。

方案 A： 在供暖系统中燃烧生物质，将其化学能的 \(85\%\) 转换为有用热能。这些有用热能将取代一套效率为 \(90\%\) 的天然气供暖系统所提供的热能。每燃烧一吉焦耳天然气，会释放 \(56.0\ \text{kg}\) 的化石来源 \(\ce{CO2}\)。

方案 B： 将生物质转换为乙醇。所得乙醇含有原本生物质能量的 \(55\%\)。乙醇在车辆中取代相同化学能量的汽油。每燃烧一吉焦耳汽油，会释放 \(73.0\ \text{kg}\) 的化石来源 \(\ce{CO2}\)。制造乙醇时使用的化石能源，会令每公吨经加工的生物质额外产生 \(150\ \text{kg}\) 的 \(\ce{CO2}\) 排放。

假设生物质本身能以可持续方式再生，并忽略所有其他排放。

哪个方案能避免更多化石来源的二氧化碳排放？计算两者的差异，并解释为甚么选择生产运输用生物燃料，并不一定是使用生物质的较佳方法。

解答 4

方案 A 能避免更多化石来源的二氧化碳排放：约 \(952\ \text{kg}\)，而方案 B 约为 \(573\ \text{kg}\)，两者每公吨生物质的差异约为 \(379\ \text{kg}\) \(\ce{CO2}\)。

对于方案 A，从生物质获得的有用热能为：

\[ E_{\text{有用}} = 18.0\ \text{GJ}\times0.85 = 15.3\ \text{GJ} \]

效率为 \(90\%\) 的天然气系统需要：

\[ E_{\text{天然气}} = \frac{15.3\ \text{GJ}}{0.90} = 17.0\ \text{GJ} \]

因此，避免的化石来源二氧化碳排放量为：

\[ m(\ce{CO2}) = 17.0\ \text{GJ}\times56.0\ \text{kg GJ}^{-1} = 952\ \text{kg} \]

对于方案 B，乙醇所含的能量为：

\[ E_{\text{乙醇}} = 18.0\ \text{GJ}\times0.55 = 9.90\ \text{GJ} \]

因此，它取代了 \(9.90\ \text{GJ}\) 的汽油。

避免的汽油排放量为：

\[ m(\ce{CO2}) = 9.90\ \text{GJ}\times73.0\ \text{kg GJ}^{-1} = 723\ \text{kg} \]

但是，乙醇制造过程会额外产生 \(150\ \text{kg}\) 的化石来源二氧化碳排放。

因此，净避免排放量为：

\[ 723-150=573\ \text{kg} \]

所以：

\[ 952-573=379\ \text{kg} \]

方案 A 能额外避免约 \(379\ \text{kg}\) 的化石来源 \(\ce{CO2}\) 排放。

容易令人选错的答案是方案 B，因为「以生物燃料取代汽油」听起来像是更先进的环保用途。但这种想法忽略了一项限制：生物质的供应量有限。因此，正确的比较不只是「生物燃料与化石燃料」，而是「这些生物质用于哪一种替代用途，能取代最多的化石燃料？」

转换过程中的能量损失很重要。方案 B 只有 \(55\%\) 的生物质能量保留在乙醇中，而且加工过程也会产生化石来源的排放。方案 A 则利用了更多原有能量来取代另一种化石燃料。

这并不证明生物质永远应该直接燃烧。如果改变效率、被取代的燃料、加工排放量，或所需的能量形式，结果便可能不同。

题目 5

考虑一个理想化的生质乙醇循环，起点是透过光合作用产生的葡萄糖。

假设由大气中的二氧化碳形成一莫耳葡萄糖的过程，可用以下方程式表示：

\[ \ce{6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2} \]

发酵反应为：

\[ \ce{C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2} \]

燃烧反应为：

\[ \ce{C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O} \]

某工厂将一莫耳葡萄糖转换为乙醇，并把所产生的两莫耳乙醇全部作为燃料燃烧。

a. 追踪整个理想化循环中，从大气吸收及向大气释放的二氧化碳。

b. 一名学生说：「每莫耳乙醇会产生两莫耳 \(\ce{CO2}\)，所以要使燃料达到碳中和，作物每生产一莫耳乙醇，只需要吸收两莫耳 \(\ce{CO2}\)。」解释这项推论的错误。

c. 现在假设发酵产生的所有 \(\ce{CO2}\) 都被捕集并永久储存，而不是释放到大气。种植及加工足以制造两莫耳乙醇的生物质所使用的化石能源，会额外产生 \(0.80\ \text{mol}\) 的 \(\ce{CO2}\)。假设生物质完全按照题目所述重新生长，计算整个循环中大气 \(\ce{CO2}\) 的净变化量。

解答 5

一般的理想化循环中，大气 \(\ce{CO2}\) 的净变化量为零；如果发酵产生的二氧化碳被永久储存，并计入题目所述的加工排放，整个循环会从大气中净移除 \(1.20\ \text{mol}\) 的 \(\ce{CO2}\)。

对于 a 小题，光合作用吸收：

\[ 6\ \text{mol }\ce{CO2} \]

接著，发酵释放：

\[ 2\ \text{mol }\ce{CO2} \]

一莫耳葡萄糖会产生两莫耳乙醇。每莫耳乙醇燃烧时会产生两莫耳二氧化碳，因此燃烧共释放：

\[ 2\times2=4\ \text{mol }\ce{CO2} \]

因此，释放的二氧化碳总量为：

\[ 2+4=6\ \text{mol }\ce{CO2} \]

理想化的净变化量为：

\[ 6\ \text{mol 吸收}-6\ \text{mol 释放}=0 \]

对于 b 小题，该学生的结论忽略了发酵过程中释放的二氧化碳。

每产生一莫耳最终的乙醇，原本的葡萄糖中便含有相当于三个碳原子的碳。其中两个碳原子保留在乙醇中，之后在燃烧时以两个 \(\ce{CO2}\) 分子的形式释放。剩下的一个碳原子则在发酵过程中以 \(\ce{CO2}\) 的形式释放。

因此，平均每莫耳乙醇所对应的光合作用，最初从大气中移除了三莫耳二氧化碳，而不是两莫耳：

\[ 3\ \text{mol 吸收} = 1\ \text{mol 发酵时释放} + 2\ \text{mol 燃烧时释放} \]

这是本题的关键。只观察排气管的排放，便会忽略在生产过程较早阶段已经离开生物质的碳。

对于 c 小题，作物仍然移除：

\[ 6\ \text{mol }\ce{CO2} \]

发酵产生的 \(2\ \text{mol}\) 二氧化碳现在被捕集并永久储存，因此不会返回大气。

燃烧释放：

\[ 4\ \text{mol }\ce{CO2} \]

加工过程另外增加：

\[ 0.80\ \text{mol }\ce{CO2} \]

因此，向大气释放的总量为：

\[ 4+0.80=4.80\ \text{mol }\ce{CO2} \]

大气中的净变化量为：

\[ 4.80-6.00=-1.20\ \text{mol }\ce{CO2} \]

因此，在题目所给的假设下，大气净减少：

\[ 1.20\ \text{mol }\ce{CO2} \]

即使是能力较强的学生，最初也可能认为最理想的结果只能是「碳中和」，因为生物燃料中的碳原本来自大气。这里重要的相互关系是：碳可以在循环中的多个阶段离开系统。如果近期被吸收并进入生物质的部分碳能够永久储存，而其余生物质又能重新生长，理想化系统便有可能从整体上移除大气中的碳。

这个结论完全取决于题目的假设。如果生物质没有重新生长、碳储存并非永久、土地清理释放额外的碳，或加工排放量足够大，结果便会改变。

更广泛的启示是，单凭燃料分子本身，无法判断它对环境的影响。燃烧化学告诉我们反应内部发生了甚么；生命周期比较则会追踪反应物的来源，以及反应前后发生的事情。

下一个有用的学习步骤，是将这些比较与实际测量的能量变化联系起来。醇类燃烧焓指南说明如何测定 \(\Delta H_c\)，以及为甚么实验数值经常与公认值不同。