《化學(xué)與人類生活(柳一鳴)第三章 化學(xué)與能源 教學(xué)課件 第三節(jié) 新能源》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化學(xué)與人類生活(柳一鳴)第三章 化學(xué)與能源 教學(xué)課件 第三節(jié) 新能源（62頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院第三節(jié)第三節(jié) 新能源新能源化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 太陽能是一種巨大、無污染、潔凈、安全、巨大、無污染、潔凈、安全、經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的自然能源。太陽的中心溫度為800萬到4000萬K，在太陽內(nèi)部，持續(xù)地發(fā)生著使氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ木酆戏磻?yīng)聚合反應(yīng)，同時(shí)釋放出巨大的能量。雖然，太陽輻射的熱量只有二十二億分之一到達(dá)地球表面，但每秒鐘到達(dá)地面的總能量還是高達(dá)8105億千瓦（相當(dāng)于500萬噸煤）。相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬

2、多倍，因此太陽能的開發(fā)和利用有因此太陽能的開發(fā)和利用有著廣闊的前景。著廣闊的前景。一一.太陽能太陽能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院1.1.利用太陽能的歷史利用太陽能的歷史 1961年，由聯(lián)合國主持的國際新能源會(huì)議在意大利羅馬召開，研究太陽能利用研究太陽能利用是主要議題之一。當(dāng)時(shí)，許多國家已十分重視太陽能利用的研究。后來，由于石油生產(chǎn)迅速石油生產(chǎn)迅速，對(duì)太陽能的興趣一度降低。70年代初開始的影響全球的能源危機(jī)能源危機(jī)再一次激起了對(duì)太陽能的熱情，許多國家都投入很大的人力和物力進(jìn)行太陽能利用的研究。但是，太陽能的發(fā)展道路并

3、不平坦，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)差別大，反認(rèn)識(shí)差別大，反復(fù)多，發(fā)展時(shí)間長。復(fù)多，發(fā)展時(shí)間長?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 人類利用太陽能有三個(gè)途徑：光熱轉(zhuǎn)換光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換和光化轉(zhuǎn)換光化轉(zhuǎn)換。1 1）光熱轉(zhuǎn)換）光熱轉(zhuǎn)換太陽池太陽池2.2.太陽能的轉(zhuǎn)換太陽能的轉(zhuǎn)換太陽池太陽池通常是一種人造的鹽鹽水池水池，池底呈黑色，鹽水濃度隨池深而增加，能抑制池中的對(duì)流作用。經(jīng)太陽輻射一段時(shí)間，池底溫度大大高于池面溫度?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院化化學(xué)學(xué)

4、與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 光電轉(zhuǎn)換即將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。目前，太陽能用于發(fā)電的途徑有二，一是熱發(fā)電一是熱發(fā)電，就是先用聚熱器把太陽能變成熱能，再通過汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；二是光發(fā)電二是光發(fā)電，就是利用太陽能電池的光電效應(yīng)，將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? 2）光電轉(zhuǎn)換）光電轉(zhuǎn)換太陽能電池太陽能電池化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 光化轉(zhuǎn)換即先將太陽能太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能化學(xué)能，再轉(zhuǎn)換為電能等其它能量其它能量。目前，太陽能光化轉(zhuǎn)換正在積極探索研究中。3

5、 3）光化轉(zhuǎn)換）光化轉(zhuǎn)換第一節(jié)第一節(jié) 太陽能太陽能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院3.3.利用太陽能技術(shù)和發(fā)展概況利用太陽能技術(shù)和發(fā)展概況 太陽能利用技術(shù)太陽能利用技術(shù)是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利直接轉(zhuǎn)化和利用用的技術(shù)。利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能稱為太陽能光伏技術(shù)太陽能光伏技術(shù)；把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并加以利用屬于太陽能熱利太陽能熱利用技術(shù)用技術(shù)。化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院全球累計(jì)光伏發(fā)電裝機(jī)容量發(fā)展趨勢全球累計(jì)光伏發(fā)

6、電裝機(jī)容量發(fā)展趨勢(1(1）太陽能光伏發(fā)電技術(shù)）太陽能光伏發(fā)電技術(shù)化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 (2 2）太陽能熱利用技術(shù)）太陽能熱利用技術(shù) 30多年來，我國各種太陽能熱利用技術(shù)獲得不同程度的發(fā)展。其中太陽能熱水器技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最迅速，是20世紀(jì)70年代以來我國可再生能源領(lǐng)域中產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可再生能源領(lǐng)域中產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最成功的范例。1）太陽能熱水器）太陽能熱水器化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院2 2）太陽能建筑）太陽能建筑01

7、0203040中國中國北歐建筑采暖平均能耗（W/m2）北京實(shí)施節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)之前北歐北京實(shí)施節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)之后建筑采暖平均耗能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 我國有非常豐富的太陽能資源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為5.01019kJ，全國各地太陽年輻射總量達(dá)335 837kJ/cm2a（相當(dāng)于225285kg 標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量），中值為 586kJ/cm2a。我國太陽能資源分布按照接受太陽能輻射量的大小接受太陽能輻射量的大小，全國可分為5 5類地區(qū)類地區(qū)。3 3）太陽能熱發(fā)電）太陽能熱發(fā)電化化學(xué)學(xué)與與

8、人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院1980-2008年中國太陽能光伏電池年度裝機(jī)、累計(jì)裝機(jī)及年度產(chǎn)量年中國太陽能光伏電池年度裝機(jī)、累計(jì)裝機(jī)及年度產(chǎn)量化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 核能核能(又名原子能)是利用原子核發(fā)生變化原子核發(fā)生變化時(shí)釋放的能量，是正在迅速崛起的一種新的能源，是2020世紀(jì)人類的一項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)世紀(jì)人類的一項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)，并已取得了十分重

9、要的成果。二二.核核 能能 2000年以美國為首10個(gè)有意發(fā)展核能利用的國家聯(lián)合組成了“第四代國際核能論壇第四代國際核能論壇”(GIF)(GIF)，目標(biāo)是要在2030年左右建成第四代首堆?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 進(jìn)入新世紀(jì)，隨著對(duì)能源需求的增加需求的增加、核電技技術(shù)的發(fā)展術(shù)的發(fā)展以及對(duì)核電產(chǎn)業(yè)認(rèn)識(shí)的深入認(rèn)識(shí)的深入，核電越來越受到希望增加能源供應(yīng)多樣性，保障能源安全的國家青睞，比如，世界上最大的3個(gè)煤消費(fèi)

10、大國中國、美國和印度都計(jì)劃大力發(fā)展其核電產(chǎn)業(yè)?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院中國、印度和美國的核電能力化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 1)核子結(jié)合能 原子核集中了原子99.9%99.9%以上以上的質(zhì)量，而直直徑不及原子直徑的萬分之一徑不及原子直徑的萬分之一，在原子核內(nèi)如此狹小的空間，都帶正電的質(zhì)子彼此間靜電斥力很大，但仍能與質(zhì)量大致相

11、同的中子聚集在一起，這是這是什么原因呢？什么原因呢？原因在于相鄰核子（質(zhì)子、中子）之間存在著強(qiáng)強(qiáng)相互作用強(qiáng)核力。當(dāng)核子因彼此間強(qiáng)核力的吸引作用而緊密結(jié)合成穩(wěn)定的原子核時(shí)，會(huì)釋放出巨大的能量，這種能量叫核子結(jié)合能（又稱原子能或核能）。1核電的發(fā)電原理化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與能源化學(xué)與能源 核子結(jié)合平均結(jié)合能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院（1）曲線左面的輕核聚變輕核聚變成為一個(gè)較重核；（2）曲線右面的重核裂變重核裂變成兩個(gè)質(zhì)量中等的核，兩種方法都是使平均結(jié)合能低的核轉(zhuǎn)變成平均結(jié)合能高的核，因此而出現(xiàn)“質(zhì)

12、量虧損”，均可產(chǎn)生巨大的能量。如下圖所示，原子能的釋放有兩個(gè)途徑：原子能的釋放有兩個(gè)途徑：化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 要大規(guī)模和平利用裂變能必須滿足兩個(gè)必須滿足兩個(gè)條件：條件：第一，重核裂變要形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，第二鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須是可控的。實(shí)現(xiàn)可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置稱為反應(yīng)堆。重核發(fā)生裂變的方式有兩種方式有兩種，一種是重原子核自發(fā)地碎裂成兩個(gè)半塊，大約釋放出200MeV的能量，這稱為自發(fā)裂變。另一種是原子核在外來粒子的轟擊下發(fā)生裂變，稱為誘發(fā)裂變。2)核裂變能及其應(yīng)用化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖

13、南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)圖3-22 25 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院美國向日本所投原子彈美國向日本所投原子彈蘑菇云蘑菇云化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 核裂變反應(yīng)堆有可能產(chǎn)生水污染水污染和放射性污放射性污染染。廢熱和由此產(chǎn)生的熱污染有可能造成水污染，這是熱能發(fā)電的固有特征。核反應(yīng)堆的熱污染特別嚴(yán)重，因?yàn)樗膹U熱全部都要從冷卻水中排出，其防治措施與火力發(fā)電廠相同。放射性污染可能來源于反應(yīng)堆

14、正常運(yùn)轉(zhuǎn)、意外事故、燃料開采和制備以及廢料回收處理等過程。反應(yīng)堆正常運(yùn)轉(zhuǎn)反應(yīng)堆正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的放射性是由堆中的冷卻劑帶出的，過程中產(chǎn)生的放射性是由堆中的冷卻劑帶出的，但經(jīng)過凈化循環(huán)使用處理后，電站排放的放射性但經(jīng)過凈化循環(huán)使用處理后，電站排放的放射性可大幅減小，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害?？纱蠓鶞p小，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 為了防止放射性物質(zhì)的泄露，核電廠在設(shè)計(jì)時(shí)采用了多道屏障多道屏障，層層封隔層層封隔，縱深防御縱深防御。通常反應(yīng)堆有3道屏障：第一道是屏障為燃料元件包殼燃料元件包殼，它能夠把核

15、燃料裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)密封起來；第二道是屏障為壓力容器壓力容器（反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界），設(shè)計(jì)中有特殊措施防止一回路水泄露；第三道是屏障為安全殼安全殼，能承受極限事故的內(nèi)壓、溫度劇增和自然災(zāi)害等。化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 但是，今年日本福島核電站外的供電設(shè)備因強(qiáng)烈的8級(jí)地震造成無法工作，因處理不善，冷卻水因處理不善，冷卻水無法進(jìn)入傳入到反應(yīng)堆，使堆芯水位下降，核燃料無法進(jìn)入傳入到反應(yīng)堆，使堆芯水位下降，核燃料棒露出水面而無法冷卻，使熱量在容器內(nèi)集積，水棒露出水面而無法冷卻，使熱量在容器內(nèi)集積，水在堆芯輻射的作用

16、下分解為氫氣和氧氣因無法排出在堆芯輻射的作用下分解為氫氣和氧氣因無法排出而產(chǎn)生爆炸，產(chǎn)生的輻射不但引起周圍而產(chǎn)生爆炸，產(chǎn)生的輻射不但引起周圍3030公里的人公里的人缺離，而且引起全世界對(duì)核電站安全的高度關(guān)注。缺離，而且引起全世界對(duì)核電站安全的高度關(guān)注。在日常生活中，人們經(jīng)常受到各種輻射，不同輻射劑量對(duì)人體的影響有所不同。當(dāng)短時(shí)間的輻射劑量低于100毫西弗的時(shí)候，對(duì)人體沒有危害。高于4000毫西弗時(shí)，對(duì)人體是致命的?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院日本福島核電站示意圖日本福島核電站示意圖化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座

17、座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 釋放原子能釋放原子能的另一個(gè)有效途徑是利用聚變反應(yīng)聚變反應(yīng)，在輕核區(qū)核子的平均結(jié)合能上升最快，因此輕核聚變釋放的原子能巨大。且聚變材料氛在海水中聚變材料氛在海水中儲(chǔ)量豐富儲(chǔ)量豐富，足以滿足人類未來上億年的能源需求。3)3)核聚變能的應(yīng)用核聚變能的應(yīng)用化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院核聚變示意圖核聚變示意圖化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 中國的核反應(yīng)堆技術(shù)始于1955年

18、，1958年由前前蘇聯(lián)在中國原子能研究院蘇聯(lián)在中國原子能研究院援建的10兆瓦研究性重水反應(yīng)堆，與我國確定的自行研究設(shè)計(jì)核潛艇動(dòng)核潛艇動(dòng)力堆力堆的任務(wù)一起，帶動(dòng)了系列反應(yīng)堆技術(shù)的實(shí)驗(yàn)工作。而1956年至1958年開始興建的水冶廠、鈾同位素分離廠、核燃料元件廠和核燃料后處理廠，則為核電產(chǎn)業(yè)的成形奠定了核燃料的基礎(chǔ)。經(jīng)過50多年的發(fā)展，我國已經(jīng)建立起了較完備的核工我國已經(jīng)建立起了較完備的核工業(yè)體系。業(yè)體系。4.4.中國的核電發(fā)展中國的核電發(fā)展化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 秦山核電站秦山核電站 大亞灣核電站大亞灣核電站 田

19、灣核電站田灣核電站 我國三大核電基地我國三大核電基地化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院我國核電分布圖我國核電分布圖化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 氫是宇宙中最豐富的元素最豐富的元素，在地球上無所不在，含量也非常豐富，是自然界存在最普遍的元素自然界存在最普遍的元素。它有能力為全球提供持續(xù)的能源供應(yīng)，據(jù)估計(jì)，氫構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，存儲(chǔ)量大，地球上的氫主要以化合物的形態(tài)存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。當(dāng)技術(shù)成熟時(shí)，氧氣就可以用豐富的水資源來進(jìn)

20、行制備，故被稱為“永遠(yuǎn)的能源永遠(yuǎn)的能源”。三三.氫氫 能能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 目前主要制氫方法有生物制氫生物制氫、太陽能制氫太陽能制氫和核能制氫核能制氫。生物制氫主要包括發(fā)酵制氫和光合制氫。生物制氫的過程大都在室溫和常壓下進(jìn)行，不僅消耗小，環(huán)境友好，還可以充分利用各種廢棄物。在生物制氫方面，我國走在世界前列，并已于2003年底在哈爾濱市建立了一個(gè)小規(guī)模的生物制氫產(chǎn)業(yè)化示范基地，日產(chǎn)氫氣600立方米。但生物制氫也存在光能利用率低、產(chǎn)氫量小等缺點(diǎn)，離大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)尚有距離。1.1.氫能的制備氫能的制備化化

21、學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 利用太陽能制氫太陽能制氫主要有光解水制氫光解水制氫和氧化物氧化物還原制氫還原制氫兩種方式。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為用太陽光分解水是一種最理想的方法，也可能是未來制造氫氣的基本方法。地球的水資源極其豐富，太陽能也堪稱取之不盡的能源。一旦該制氫技術(shù)成熟，將使人類在能源問題上一勞永逸。但是，水分子中氫和氧原子結(jié)合的化學(xué)鍵相當(dāng)穩(wěn)定，想用光分解水就必須使用催化劑?；瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 日木科學(xué)家最近宣布研制成了分解水的新型

22、分解水的新型催化劑催化劑，在陽光的可見光波段就能把水分解為燃料電池所必需的氧和氫。但這種方法也存在光電轉(zhuǎn)化效率低的問題。利用核能制氫主要有兩種方式核能制氫主要有兩種方式：一種是利用利用核電為電解水制氫提供電力核電為電解水制氫提供電力，另外一種是對(duì)反應(yīng)對(duì)反應(yīng)堆中的核裂變過程所產(chǎn)生的高溫直接用于熱化學(xué)堆中的核裂變過程所產(chǎn)生的高溫直接用于熱化學(xué)制氫制氫。與電解水制氫相比，熱化學(xué)過程制氫的效率較高，成本較低。其理想的氫能源如下所示：化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院氫能系統(tǒng)簡圖氫能系統(tǒng)簡圖化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化

23、學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院氫氧化物的能量轉(zhuǎn)化功能氫氧化物的能量轉(zhuǎn)化功能利用貯氫合金變風(fēng)能為熱能的利用貯氫合金變風(fēng)能為熱能的系統(tǒng)簡圖系統(tǒng)簡圖2.2.氣能源的儲(chǔ)存氣能源的儲(chǔ)存化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 氣態(tài)氫可貯存于地下庫地下庫，也可裝入鋼瓶鋼瓶中。為減小貯存體積，必須先將氫氣壓縮壓縮，為此需消耗較多的壓縮功。一般一個(gè)充氣壓力為20MP的高壓鋼瓶貯氫重量只占1.6%，供太空用的鈦瓶儲(chǔ)氫重量也僅為5%。為提高貯氫量，目前正在研究一種微孔結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)氫裝置，其主體是種微型球，微型球的

24、薄壁（1-10m)充滿微孔（10-100m)，氫氣貯存在微孔中。微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金屬制造。1 1）高壓氣態(tài)貯存高壓氣態(tài)貯存化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 將氫氣冷卻氫氣冷卻到-253，即可呈液態(tài)，然后可貯存在高真空的絕熱容器高真空的絕熱容器中。目前，一種間壁間充滿中孔微珠的絕熱容器己經(jīng)問世。這種微珠導(dǎo)熱系數(shù)極小，顆粒又非常細(xì)，可完全抑制顆粒間的對(duì)流換熱。將部分鍍鋁微珠(一般約為3%-5%)混入不鍍鋁的微珠中，可有效切斷輻射傳熱。這種新型的熱絕緣容器不需抽真空，其絕熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于普通高真空的絕熱容器，是一種理

25、想的液氫貯存罐，美國宇航局美國宇航局己廣泛采用該容器。2 2）低溫液氫貯存）低溫液氫貯存化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 金屬氫化物貯存金屬氫化物貯存是利用氫與氫化金屬之間的氫與氫化金屬之間的可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)，當(dāng)外界給金屬氫化物加熱時(shí)，它分解為氫化金屬并放出氫氣，反之，氫和氫化金屬構(gòu)成氫化物時(shí)，氫就以固態(tài)結(jié)合的形式儲(chǔ)于其中。氫是一種理想的新的含能體能源，目前液氫已廣目前液氫已廣泛用作航天動(dòng)力和交通方面的燃料。泛用作航天動(dòng)力和交通方面的燃料。氫能在小汽車、卡車、公共汽車、出租車、摩托車和商業(yè)船上的應(yīng)用已經(jīng)成為焦點(diǎn)。很多氫

26、設(shè)備要大量使用才有成本效益，若不先裝設(shè)這些昂貴設(shè)備，則根本無法吸引人使用，也就不會(huì)有相關(guān)產(chǎn)業(yè)。3 3）金屬氫化物貯存）金屬氫化物貯存化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 生物質(zhì)能生物質(zhì)能指的是從生物質(zhì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的能量能量，是一種無限的再生能源再生能源，也是一種有發(fā)展前途的新能源一種有發(fā)展前途的新能源。在生物質(zhì)能中，有薪炭林、沼氣、海藻植物等。根本來說，煤炭、石油、天然氣和泥炭都屬生物質(zhì)能。四四.生物質(zhì)能生物質(zhì)能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院化

27、化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院1.1.生物質(zhì)能的來源生物質(zhì)能的來源生物質(zhì)能的來源是太陽輻射能生物質(zhì)能的來源是太陽輻射能 生物質(zhì)能來源生物質(zhì)能來源 2222nCO+nH O(CH)m+nO太陽輻射葉綠素化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 特定植物種屬的生物質(zhì)能的適合性取決于其把太陽能轉(zhuǎn)換成貯存的化學(xué)能把太陽能轉(zhuǎn)換成貯存的化學(xué)能的效率的效率。與

28、大多數(shù)其它能量轉(zhuǎn)換方法相比，光合作用效率通常十分低，照射到地球表面的所有太陽能只有很小一部分貯存在植物物質(zhì)中。2.2.能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院3.3.利用的主要途徑利用的主要途徑 主要應(yīng)用于農(nóng)村地區(qū)。通過改進(jìn)農(nóng)村現(xiàn)有的改進(jìn)農(nóng)村現(xiàn)有的炊事爐灶炊事爐灶，可以提高燃燒效率（大約在20%左右）。截止到2004年底。我國農(nóng)村地區(qū)已累計(jì)推廣省柴節(jié)煤爐灶億戶，極大緩解了農(nóng)村能源短缺的局面。把生物質(zhì)資源生物質(zhì)資源變成生物質(zhì)能生物質(zhì)能，需要借助技技術(shù)手段術(shù)手段。主要技術(shù)有燃燒、氣化、沼氣、壓縮燃燒、氣化、

29、沼氣、壓縮成型技術(shù)和生物乙醇等。成型技術(shù)和生物乙醇等。1）直接燃燒技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 生物質(zhì)能生物質(zhì)能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 沼氣是有機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下厭氧條件下，經(jīng)過微生物發(fā)酵微生物發(fā)酵生成以甲烷為主的可甲烷為主的可燃?xì)怏w燃?xì)怏w。沼氣發(fā)酵過程可分為兩個(gè)階段，即不產(chǎn)甲烷階段和產(chǎn)甲烷階段。2 2）沼氣技術(shù)）沼氣技術(shù)化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與能源化學(xué)與能源“四位一體四位一體”化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 秸稈氣化

30、集中供氣秸稈氣化集中供氣是我國在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)是以農(nóng)村量大面廣的各種秸稈各種秸稈為原料為原料，在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃的部分生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)饪扇細(xì)獾倪^程。3 3）氣化技術(shù)）氣化技術(shù)化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與能源化學(xué)與能源木材的氣化裝置木材的氣化裝置化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 簡單的說，就是利用木質(zhì)素充當(dāng)黏合木質(zhì)素充當(dāng)黏合劑將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林廢棄劑將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林廢棄物擠壓成固體燃料，提高了其能源密度物擠壓成固體燃料，

31、提高了其能源密度，相當(dāng)于中等煙煤，可明顯改善燃燒特性。4 4）壓縮成砸技術(shù)）壓縮成砸技術(shù)化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與能源化學(xué)與能源 顆粒燃料顆粒燃料-木屑木屑 顆粒燃料顆粒燃料-玉米秸稈玉米秸稈 顆粒燃料顆粒燃料-稻殼稻殼 壓縮成型出的生物質(zhì)燃料壓縮成型出的生物質(zhì)燃料第四節(jié)第四節(jié) 生物質(zhì)能生物質(zhì)能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 生物液體燃料生物液體燃料是以生物質(zhì)生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的液體液體燃料燃料，如生物柴油、乙醇以及二甲醚等，可以用來替代或補(bǔ)充傳統(tǒng)的化石能源。我國已經(jīng)頒布了變性燃料乙醇變性燃料乙醇和車用

32、乙醇汽油車用乙醇汽油兩項(xiàng)產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)。5 5）生物液體燃料）生物液體燃料化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 2007年世界風(fēng)電機(jī)裝機(jī)總量世界風(fēng)電機(jī)裝機(jī)總量前10名的國家是：德國、美國、西班牙、印度、中國、丹麥、意大利、法國、英國和葡萄牙，這10個(gè)國家總裝機(jī)量為81104兆瓦。五五.風(fēng)風(fēng) 能能化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與能源化學(xué)與能源風(fēng)能裝機(jī)量風(fēng)能裝機(jī)量化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與人類系列講座化學(xué)與能源化學(xué)與能源化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與

33、化工學(xué)院 我國潮汐電站潮汐電站建設(shè)始于20世紀(jì)50年代，曾經(jīng)有76座，80年代還有8座，目前僅剩浙江江廈、海山和山東白沙等3座尚在運(yùn)行。其中江廈潮汐試驗(yàn)電站最大，裝機(jī)容量3200kW，全球排名第三。六六.海洋能海洋能化化學(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 地?zé)崮苁且环N清潔的能源，地?zé)岚l(fā)電廠的地?zé)岚l(fā)電廠的NOxNOx排放為零，排放為零，SO2SO2排量很少，排量很少，CO2CO2排量微乎其微，排量微乎其微，與化石燃料發(fā)電廠相比可以大大幅減少溫室氣體與化石燃料發(fā)電廠相比可以大大幅減少溫室氣體排放，從而產(chǎn)生極好的環(huán)境效益。排放，從而產(chǎn)生極好的環(huán)境效益。另外，一個(gè)使用壽命達(dá)30年的大型地?zé)岚l(fā)電廠占地面積發(fā)電廠占地面積只有400m2，同傳統(tǒng)發(fā)電廠相比，大幅節(jié)約用地。我國高溫地?zé)豳Y源主要分布在滇、藏、川西一帶（喜馬拉雅地?zé)釒Щ虻岵氐責(zé)釒В┘芭_(tái)灣。七七.地?zé)崮艿責(zé)崮芑瘜W(xué)學(xué)與與人人類類系系列列講講座座化化學(xué)學(xué)與與能能源源湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院湖南理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院