化學(xué)與社會(huì)生活能源

關(guān)于化學(xué)與社會(huì)生活能源人類文明發(fā)端于火的利用煤炭的使用不僅延長(zhǎng)了燃燒時(shí)間，而且為金屬的冶煉、蒸汽機(jī)的使用奠定基礎(chǔ)。石油化工使人類進(jìn)入了現(xiàn)代社會(huì)未來(lái)的社會(huì)是核能社會(huì)第2頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

能源是人類文明進(jìn)步的先決條件，它的開(kāi)發(fā)和利用是衡量一種社會(huì)形態(tài)、一個(gè)時(shí)代、一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技水平與民眾生活質(zhì)量的重要標(biāo)志。第3頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和世界人口的快速增長(zhǎng)，對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，對(duì)能源質(zhì)量的需求也越來(lái)越高，作為當(dāng)今能源的主體的石油、天然氣、煤，都是不能再生的化石燃料，用去一點(diǎn)就會(huì)少一點(diǎn)。據(jù)科學(xué)家們估計(jì)，現(xiàn)在的化石燃料只能再維持幾十年時(shí)間；另一方面，世界新的技術(shù)革命帶動(dòng)著許多新興工業(yè)蓬勃興起，新的生產(chǎn)體系必然要求改變能源系統(tǒng)，要求采用可再生的、分散的、多樣化的能源。因此，充分利用常規(guī)能源、開(kāi)發(fā)新能源是解決世界能源危機(jī)的重要途徑，是當(dāng)今世界各國(guó)共同追求之一，新能源必將成為世界新的產(chǎn)業(yè)革命的動(dòng)力，成為未來(lái)世界能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)，成為未來(lái)世界能源舞臺(tái)上的主角。第4頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

毫無(wú)疑問(wèn)，化學(xué)在充分利用現(xiàn)有資源和開(kāi)發(fā)新能源方面發(fā)揮著不可替代的作用。首先，通過(guò)化學(xué)手段能夠更好地利用化石燃料。其次，化學(xué)在開(kāi)發(fā)新能源方面也發(fā)揮著重要作用，通過(guò)化學(xué)等方法開(kāi)發(fā)的核能、氫能、太陽(yáng)能等是極具前途的清潔能源。第5頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天能源概述各種能源簡(jiǎn)介

主要內(nèi)容第6頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

能源是指能為人類提供所需能量的自然資源，是指一切能量比較集中的含能體（如煤炭、天然氣等）和能量過(guò)程（如風(fēng)、潮汐）

一、能源概述

1、何謂能源？第7頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天目前人類所能夠使用的能源形式第8頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1、按來(lái)源分

來(lái)自地球以外輻射能、化石資源、生物質(zhì)能、

(太陽(yáng)能)

風(fēng)能、海洋能

來(lái)自地球內(nèi)部地?zé)崮芎秃四?/p>

地球與月球、太陽(yáng)等天體間有規(guī)律運(yùn)動(dòng)形成的能

潮汐能

2、按能源形成條件分：一次能源自然界中未經(jīng)轉(zhuǎn)換可直接使用的能源如：原煤、石油、天然氣、流水、日光、草木二次能源

經(jīng)過(guò)加工或轉(zhuǎn)換后獲得的能源如：汽油、煤油、柴油、電力、氫能、沼氣2、能源分類第9頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3、按能源可否反復(fù)利用分：

可再生能源

水力、風(fēng)、草木燃料、海洋能

非再生能源化石燃料（煤、石油、天然氣）

4、按能源利用狀況分：

常規(guī)能源是指已被廣泛利用的能源（柴草、煤炭、石油、水力等）

新能源是指利用先進(jìn)技術(shù)所獲得的能源或指采用先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)利用傳統(tǒng)的能源（太陽(yáng)能、核能、氫能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮?、煤氣、水煤漿）

能源的分類5、世界能源委員會(huì)將能源分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮艿阮愋汀Ｆ渲?，前三種又稱化石燃料或化石能源。第10頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

加熱大氣加熱海洋光電轉(zhuǎn)換光熱轉(zhuǎn)換風(fēng)能潮汐能海浪能海流能海水溫差能水能古生物固定的太陽(yáng)能人工利用太陽(yáng)能光合作用煤炭石油天然氣生物質(zhì)能太陽(yáng)輻射太陽(yáng)能的利用方式圖

在目前人類所使用的能源中，絕大部分都來(lái)自太陽(yáng)能，太陽(yáng)能的利用方式多種多樣。

能源的分類第11頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1、

化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化

2、

太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能、電能所需的蓄熱材料、光電材料

3、

核能轉(zhuǎn)化為電能：核燃料的提純、富集——化學(xué)處理過(guò)程核廢料的萃取分離反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、元件、包殼材料的防護(hù)水的純化

4、化石燃料的充分利用

5、生物質(zhì)能利用效率的提高3、能源轉(zhuǎn)換中的化學(xué)第12頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

裂變能太陽(yáng)能熱利用技術(shù)大規(guī)模電力系統(tǒng)高效燃燒技術(shù)核能的利用20世紀(jì)能源科學(xué)技術(shù)成就聚變能放射能大容量風(fēng)力發(fā)電技術(shù)能源軟科學(xué)第13頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天21世紀(jì)能源科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向燃料電池核聚變能氫能太陽(yáng)能發(fā)電利用生物質(zhì)能的高效和清潔利用技術(shù)分散能源系統(tǒng)技術(shù)能源軟科學(xué)第14頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

二、化石燃料

當(dāng)代工業(yè)的糧食—煤炭當(dāng)代工業(yè)的血液—石油最清潔的化石燃料—天然氣第15頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

煤炭大約在5000年前，人類曾把煤炭作為裝飾品。煤炭是世界上儲(chǔ)存量最豐富的化石燃料之一。世界上煤的總儲(chǔ)存量約為13萬(wàn)億噸。我國(guó)探明的煤炭可采儲(chǔ)存量為7300多億噸，居世界第一，占世界總儲(chǔ)量的45.7%。我國(guó)也是世界第一產(chǎn)煤和用煤大國(guó)。你知道嗎？第16頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

煤是由古生的植物隨著地殼變動(dòng)被埋入地下，經(jīng)過(guò)數(shù)億年的地?zé)岣邷亍⒏邏汉图?xì)菌作用逐漸演化形成的可燃性固體礦物。從本質(zhì)上說(shuō)煤炭中所含的化學(xué)能是植物通過(guò)光合作用從太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化而來(lái)的。煤的形成

采煤第17頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天世界煤炭的儲(chǔ)備和分布

第18頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天中國(guó)煤炭的儲(chǔ)備和分布

第19頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

根據(jù)煤化程度的不同將煤大致分為泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤，其含碳量逐漸升高，燃燒熱值也之間遞增。我國(guó)原煤產(chǎn)量以煙煤為主。

煤的種類泥炭褐煤煙煤無(wú)煙煤四種煤的形成過(guò)程第20頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

煤是一種具有高碳?xì)浔鹊膹?fù)雜混合物，其主要成分是碳和氫，還有少量的氧、氮、硫等。分子式：C125H97O9NS成分：C84.3%H5.1%O7.5%N1.5%S1.6%

水分、揮發(fā)物、無(wú)機(jī)物灰分

煤中的氫并非都可以燃燒，和C、S、P結(jié)合的氫可以燃燒

煤的組成與結(jié)構(gòu)第21頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天煤的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)模型基本結(jié)構(gòu)單元：由數(shù)十個(gè)五元環(huán)和六元環(huán)組成的稠環(huán)化合物煤粒的核心部分：“瀝青類”或“樹脂類”高分子化合物第22頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

煤的化學(xué)加工與轉(zhuǎn)化第23頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、煤炭直接作為燃料存在的問(wèn)題：環(huán)境污染、燃燒率低2、加工的目的：除去所含S、N和無(wú)機(jī)物——解決環(huán)境污染問(wèn)題降低分子量提高氫含量——提高使用價(jià)值3、加工與轉(zhuǎn)化的方式煤的干餾煤的氣化煤的液化水煤漿第24頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天煤的氣化門捷列夫的暢想1、水煤氣將空氣通過(guò)裝有灼熱的焦炭的塔柱，會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)：C（s）+O2（g）==CO2（g）△H=-393.5kJ·mol-1放出的大量熱量可使焦炭的溫度上升到約1500℃。切斷空氣，將水蒸氣通過(guò)灼熱的焦炭，發(fā)生下列反應(yīng)：C（s）+H2O（g）==CO（g）+H2△H=-131.3kJ·mol-12、合成氣將純氧氣和水蒸氣在加壓下通過(guò)灼燒的煤，可使煤中的苯酚等揮發(fā)出來(lái)，并生成一種氣態(tài)混合物燃料，其體積分?jǐn)?shù)為：40%H2、15%CO、15%CH4、30%CO2。第25頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天煤的液化

以煤炭為原料，通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程，生產(chǎn)油品和石油化工產(chǎn)品。主要有兩種方式：直接液化：將煤炭先磨成煤粉，然后與溶劑（煤焦油）、催化劑混合為漿狀物，在溫度為673-773K，壓力為（100～300）×（100～

1000）Pa下加氫直接生產(chǎn)重質(zhì)液體燃料。一般二、三噸煤粉可得一噸液化油。間接液化：將煤粉先氣化成CO和H2，然后用高壓催化合成液體燃料。第26頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

是把煤在隔絕空氣的密閉煉焦?fàn)t內(nèi)加熱，隨著溫度升高，煤中的有機(jī)物質(zhì)逐漸開(kāi)始分解，得到氣態(tài)的爐煤氣、液態(tài)的煤焦油和固態(tài)的焦炭。煤焦油中有很多苯、甲苯、二甲苯、酚類、萘等，是寶貴的化工原料。煤的干餾第27頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天煤干餾的主要產(chǎn)物和用途第28頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

所謂一碳化學(xué)是指以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物（如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等）為原料，用化工的方法制造產(chǎn)品的化學(xué)體系的總稱。廣義的一碳化學(xué)，不僅包括上述四種化合物，還包括如甲醛、甲酸、氫氰酸、甲胺、二氟二氯甲烷等的制造及其衍生物的合成。但當(dāng)今世界上，通常一碳化學(xué)的范疇，主要是指一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇四種物質(zhì)所涉及的有關(guān)內(nèi)容。另外，由于甲烷屬于天然氣化學(xué)；二氧化碳雖然是一種取之不盡，用之不竭的氣體，但人們對(duì)它的研究還不夠，化工上的應(yīng)用并不多；同時(shí)甲烷、二氧化碳及甲醇都可由一氧化碳制造，故狹義的一碳化學(xué)就是指一氧化碳化學(xué)，或稱合成氣（CO＋H2）化學(xué)。

拓展視野—一碳化學(xué)何謂一碳化學(xué)？第29頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

近幾年來(lái)，利用合成氣能夠生產(chǎn)的化工產(chǎn)品不下30～40種，我國(guó)正在開(kāi)發(fā)的也有20～30種。關(guān)于利用合成氣合成燃料的動(dòng)向，主要是合成甲醇，再由甲醇生產(chǎn)汽油。同時(shí)甲醇也是一種廉價(jià)的化工原料。對(duì)一碳化學(xué)的研究有催化法和放射線法。放射線的特點(diǎn)是可以在常溫常壓下進(jìn)行，但需依賴于電子加速器的進(jìn)步。目前研究一碳化學(xué)多用催化法，并且一些產(chǎn)品已投產(chǎn)。第30頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

石油

我國(guó)對(duì)石油的開(kāi)發(fā)利用有著悠久的歷史。早在2000多年前，我們的祖先就在現(xiàn)陜西的延安一帶發(fā)現(xiàn)了石油，并將其稱為石漆、石液、石脂水、石腦油、猛火油等。到宋代，著名的科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開(kāi)物》一書中提出了“石油”一詞，并一直沿用至今。在古代，石油主要用于點(diǎn)燈照明，也用于制造藥物，有時(shí)還用它作“武器”。相傳在北周宣政元年（公元前578年），北周軍隊(duì)在河西走廊西部的祿福縣，曾用燃燒的“石脂水”作武器打敗了入侵的突厥軍隊(duì)。自從1883年發(fā)明了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和1893年發(fā)明了柴油機(jī)以來(lái)，石油的身價(jià)倍增，并獲得了“工業(yè)血液”的美稱。你知道嗎？第31頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天石油的形成

石油是遠(yuǎn)古時(shí)代沉積在海底湖泊中的動(dòng)植物的遺體，在海洋條件作用下經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年的漫長(zhǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程而生成。水中生物的遺骸下沉而埋沒(méi)于地下第32頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天因地?zé)峄虻貕旱茸饔米兂墒褪痛蠖嗉性谏硯r之類孔隙較多的巖石層中第33頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

從地下采出來(lái)的石油，沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工提煉成各種產(chǎn)品以前通稱為原油。原油是一種粘稠狀的液體

管道原油

原油最直觀的物理性質(zhì)就是豐富多彩的顏色，由淺到深有白色、淡黃色、褐色、黑綠色以至黑色。第34頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

石油的成分與結(jié)構(gòu)

石油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，主要是烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴，以及少量的有機(jī)硫化物、有機(jī)氮化物、水分和礦物質(zhì)等。根據(jù)石油中所含碳?xì)浠衔锏姆N類不同，可將石油分為四大類：石蠟基石油環(huán)烷基石油中間基石油芳香基石油第35頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天世界石油資源分布極不平衡：中東地區(qū)擁有全球63.3%的石油儲(chǔ)量歐洲和中亞占9.2%非洲地區(qū)石油儲(chǔ)量占全球的8.9%拉丁美洲和中美洲占8.9%北美地區(qū)占5.5%東南亞和大洋洲占4.2%

石油資源的分布第36頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天我國(guó)石油分布第37頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天海上油井克拉瑪依油田大慶油田第38頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

石油的加工

原油是由多種碳?xì)浠衔锝M成的，直接利用的途徑很少。將石油加工成不同的產(chǎn)品，則能充分發(fā)揮其效能。把預(yù)處理后的原油送到煉油廠進(jìn)行分餾加工，能夠生產(chǎn)出汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油及瀝青等具有不同用途的產(chǎn)品，這是石油“大家庭”的第一次“分家”。

第39頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

另外，人們還想方設(shè)法把一些不盡人意的分子轉(zhuǎn)變成燃燒情況良好的分子，例如，用催化裂解的方法把大分子裂解成小分子，用催化重整的方法改變分子結(jié)構(gòu)等。這樣做的目的在于得到效果更佳的燃料。石油不僅是重要的燃料資源，還是一種寶貴的化工原料，石油化工就是以它為母體發(fā)展起來(lái)的。石油化學(xué)工業(yè)以石腦油等石油產(chǎn)品為原料，首先經(jīng)裂解轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯、丁烯等，然后進(jìn)一步精加工成為聚烯烴及一些重要的精細(xì)化工原料。我國(guó)石油化學(xué)工業(yè)推向了一個(gè)新水平，并跨入了世界先進(jìn)行列。第40頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天石油分餾以及產(chǎn)品示意圖第41頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

車用汽油

汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)中正常燃燒時(shí)，火焰的傳播速度約為30-70m·s-1。但當(dāng)混合氣已燃燒2/3-3/4時(shí)，未燃燒的混合氣中產(chǎn)生了高度密集的過(guò)氧化物，它的分解使混合氣中出現(xiàn)了許多燃燒中心，燃燒速率猛增，產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力脈沖，火焰的傳播速率可達(dá)800-1000m·s-1。這種情況下汽缸內(nèi)產(chǎn)生清脆的金屬敲聲，這種燃燒就是爆燃。汽油的抗爆性與組成汽油的烴類有關(guān)。正構(gòu)烷烴隨碳原子數(shù)增多抗爆性降低，異構(gòu)烷烴隨支鏈的增多抗爆性升高，環(huán)烷烴抗爆性居中，而芳香烴及其衍生物抗爆性較高。為了提高汽油的抗爆性，常向汽油中添加抗爆劑。四乙基破壞生成的過(guò)氧化物，但會(huì)生成硬質(zhì)的PbO顆粒，它會(huì)沉積在燃燒室，因而要同時(shí)加入一定量的導(dǎo)出劑溴乙烷（或二溴乙烷），使PbO

轉(zhuǎn)化為PbBr2。目前，很多國(guó)家已禁止使用含鉛汽油，現(xiàn)在的抗爆劑多采用甲基叔丁基醚。第42頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

不同的標(biāo)號(hào)指的是此標(biāo)號(hào)汽油辛烷值的大小，汽油的標(biāo)號(hào)越高，辛脘值含量越高，越不容易發(fā)生爆燃。應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比選用汽油，壓縮比高的車輛應(yīng)該選用高標(biāo)號(hào)汽油，從而保證在發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生爆燃的情況下動(dòng)力輸出最佳、成本最低。壓縮比是指發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的總?cè)莘e與燃燒室容積之比。壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，壓縮比高，動(dòng)力性好、熱效率高，車輛加速性、最高車速等會(huì)相應(yīng)提高。通常，壓縮比在7.5～8.0應(yīng)選用90號(hào)車用汽油；壓縮比在8.0～8.5應(yīng)選用90號(hào)～93號(hào)車用汽油；壓縮比在8.5～9.5應(yīng)選用93號(hào)～95號(hào)車用汽油；壓縮比在9.5～10應(yīng)選用95號(hào)～97號(hào)車用汽油。車主應(yīng)嚴(yán)格按發(fā)動(dòng)機(jī)不同的壓縮比，選用相應(yīng)標(biāo)號(hào)的車用汽油，才能使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮出最佳的效能。第43頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

丙烷、丙烯和丁烷、丁烯（液化氣）是瓶裝煤氣的主要成分，能用適當(dāng)?shù)膲毫屠鋬鍪怪夯?。因?yàn)楸楸榷⊥楦讚]發(fā)，所以在北方使用的瓶裝煤氣含有較多的丙烷，而在南方使用的瓶裝煤氣含有較多的丁烷。將重油、柴油與氫氣混合在高壓催化下反應(yīng)，可制得合成石油，進(jìn)一步加工可得到汽油和高級(jí)汽油。你知道嗎？開(kāi)采石油通常采用鉆井的方法，一部分用于注水，一部分用于采取石油。第44頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

石油植物亦稱植物能源，在一些植物體內(nèi)含有跟石油差不多的液體燃料。如巴西熱帶森林的“香波樹”，只要在樹上挖個(gè)洞，油就會(huì)流出來(lái)。美國(guó)的“黃鼠草”及西海岸的巨型藻，澳大利亞的叢粒藻等也都能提煉出石油。

拓展視野—石油植物第45頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

既然花生油、菜籽油、玉米油、桐油、豆油可以在地里“種”出來(lái)，為什么石油就不能“種”出來(lái)呢？美國(guó)化學(xué)家卡達(dá)文是位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，他就相信石油可以“種”出來(lái)。1987年他到處尋找能生產(chǎn)石油的植物，功夫不負(fù)有心人，他終于發(fā)現(xiàn)了許多能“擠”出石油來(lái)的植物?？ㄟ_(dá)文在尋找到能“生產(chǎn)”石油的植物后，就開(kāi)始選種和育種，并在美國(guó)加利福尼亞種了大約6畝地的“石油”樹，一年中竟收獲了50t石油，卡達(dá)文“種”石油的成功，激起了一股研究和尋找石油樹的熱潮。現(xiàn)在美國(guó)成立了一個(gè)石油植物研究所，專門研究能流出石油的植物?，F(xiàn)在，可以生產(chǎn)石油的植物越來(lái)越多，在菲律賓發(fā)現(xiàn)一種能產(chǎn)石油的胡桃，一年可收兩季。在巴西有一種喬木高達(dá)30多米，直徑最大有1m，在這種喬木上打一個(gè)洞，一小時(shí)就能流出7Kg石油來(lái)。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)還用遺傳技術(shù)培養(yǎng)了一種石油植物，這種植物乳汁中的成分和天然礦物石油的成分很相似。從這種乳汁中可以提煉出汽油、煤油和許多副產(chǎn)品。石油也可以“種出來(lái)”，將為緩和能源短缺的緊張局面起到重要作用。小故事第46頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

天然氣

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料和重要的化工原料。我國(guó)是世界上最早開(kāi)采和利用天然氣的國(guó)家，早在公元前221年，我國(guó)就在四川省自流井氣田鉆成深約100m的天然氣井。天然氣是世界上第三大貿(mào)易燃料，占全球能源消費(fèi)總量的23%，是消費(fèi)需求增長(zhǎng)速度最快的能源。第47頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

天然氣雖在組成上也是以碳?xì)浠衔餅橹饕煞?，但其生成條件比石油更多樣化。天然氣從淺到深都能生成；天然氣可由浮游的動(dòng)、植物生成，也可由高等植物生成；天然氣有有機(jī)成因，也有無(wú)機(jī)成因。第48頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

可燃冰是一種天然氣水合物，是水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時(shí)產(chǎn)生的無(wú)色透明的冰狀晶體，點(diǎn)燃即可燃燒。

拓展視野—可燃冰第49頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

天然氣水合物是一種籠型水合物，屬于主客體化合物。水分子間以氫鍵相互吸引構(gòu)成籠子作為主體，甲烷作為客體居于籠中，以范德華力與水分子相互作用而形成籠型水合物。五角十二面體五角六角是六面體籠形水合物的結(jié)構(gòu)圖

可燃冰的結(jié)構(gòu)第50頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

能量密度高。每1立方米的固體水合物可釋放164立方米左右的甲烷氣體。

雜質(zhì)少，無(wú)污染。燃燒后幾乎不產(chǎn)生有害氣體和雜質(zhì)，是一種清潔能源。

形成條件復(fù)雜。第一溫度不能太高，第二壓力要足夠大，第三要有甲烷氣源。

分布廣，資源豐富。海底可燃冰分布范圍約4000萬(wàn)km2，其儲(chǔ)量夠人類使用1000年。

可燃冰的特點(diǎn)第51頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

可燃冰其一是分布在各大陸向海延伸的大陸邊緣水深超過(guò)300～500m的有利地帶，且其大多數(shù)處于海底以下100～200m的深層沉積地層中。二是分布在高緯度永久凍土層帶。

可燃冰的開(kāi)采

目前考慮的開(kāi)采方案有幾種：解熱法和降壓法；還有科學(xué)家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解；另外還有一個(gè)新的設(shè)想，即“置換法”。

由于甲烷對(duì)環(huán)境破壞作用，所以可燃冰又是一種危險(xiǎn)的燃料。除此之外，可燃冰開(kāi)采還可能會(huì)造成大陸架邊緣動(dòng)蕩，引發(fā)海底塌方并導(dǎo)致災(zāi)難性的海嘯，第52頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

三、生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用

生物質(zhì)從廣義上說(shuō)是指綠色植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的各種有機(jī)物。這些有機(jī)物為生物提供了食物，提供了各種各樣的原料和能量。因此從某種意義上說(shuō)，綠色植物是巨大的天然能源倉(cāng)庫(kù)。第53頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物質(zhì)能源產(chǎn)量巨大，生生不息。生物質(zhì)能源潔凈，環(huán)保。生物質(zhì)能源具有穩(wěn)定的可獲得性。生物質(zhì)與化石燃料具有兼容性。油棕油菜

用油菜等油料作物，油棕等油料林木果實(shí)，可制得生物柴油。

生物質(zhì)能源的特點(diǎn)第54頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

目前生物質(zhì)能的利用大多是直接燃燒。然而直接燃燒薪柴，能源利用率太低，僅10％。近幾十年，人們對(duì)生物質(zhì)能源的利用模式進(jìn)行了廣泛的基礎(chǔ)研究。大體分為兩個(gè)方面：一是由含糖類較多的作物中提取酒精或甲醇，二是制造沼氣。這都和發(fā)酵有關(guān)，因此現(xiàn)代綠色能源的概念不只是指薪柴了，它包括植物本身，以及從植物、動(dòng)物衍生物經(jīng)發(fā)酵工藝所提取的能源。

生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)乙醇汽油多品種原料生物柴油集成生產(chǎn)裝置第55頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

專家們斷言，垃圾發(fā)電在21世紀(jì)將成為能源市場(chǎng)的一名新主角。城市垃圾資源十分豐富，且蘊(yùn)藏著大量二次能源物質(zhì)。通常城市生活垃圾中的灰渣，可燃物占27%，發(fā)熱值8734KJ／Kg；菜類可燃物占23.5％，發(fā)熱值5524KJ／Kg；紙類可燃物占84.4％，發(fā)熱值15794KJ／Kg；塑料可燃物占88%，發(fā)熱值37450KJ／Kg。綜合起來(lái)，大約2t垃圾燃燒的熱量就相當(dāng)于1t煤燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量，1t垃圾可產(chǎn)生525KW的電能。利用垃圾最經(jīng)濟(jì)有效的方法就是利用垃圾發(fā)電。當(dāng)前有多種途徑。一種是利用城市垃圾填埋制取沼氣，進(jìn)行發(fā)電；而更主要的是將垃圾用焚燒爐燃燒的余熱進(jìn)行發(fā)電；再就是將垃圾制取成固體燃料直接燃燒進(jìn)行發(fā)電。

垃圾發(fā)電第56頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天2007年6月20日拍攝的垃圾發(fā)電廠的主控室。6月20日，江蘇省最大的垃圾發(fā)電廠――蘇州市生活垃圾焚燒發(fā)電廠正式并網(wǎng)發(fā)電。這個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠投資5.3億元，耗時(shí)兩年建設(shè)完成，日處理生活垃圾1000噸左右，占到蘇州城市日產(chǎn)生生活垃圾總量的近50%，日發(fā)電量達(dá)25萬(wàn)千瓦時(shí)。第57頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四、化學(xué)電池

電池是由電極、電解池、隔離層和容器等四個(gè)部分組成。第58頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天1799年，伏打（Volta.A.）據(jù)此設(shè)計(jì)出了現(xiàn)在被稱為伏打電池的裝置1836年，丹尼（Daniell）發(fā)明了世界上第一個(gè)實(shí)用電池。1866年，電化學(xué)家勒克朗謝以鋅為負(fù)極，二氧化錳為正極，氯化銨溶液作電解質(zhì)，這是電池發(fā)展的重大轉(zhuǎn)折。以后，蓋斯南將淀粉加入氯化銨中制成糊狀電解質(zhì)，從此，鋅錳電池成了“干電池”。1904年愛(ài)迪生用氫氧化鈉(燒堿)溶液代替硫酸，用鎳、鐵代替鉛，制成世界上第一臺(tái)鎳鐵堿電池。它的供電時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，在當(dāng)時(shí)可以算是“老壽星”了。你知道嗎?第59頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天鋅錳干電池：負(fù)極是鋅做的圓筒正極是一根碳棒，周圍被二氧化錳、碳粉和氯化銨的混合劑包圍。

原電池第60頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天干電池發(fā)電時(shí)反應(yīng)如下：負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4++MnO2+2e-=2NH3+MnO+H2O電池反應(yīng):Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+

MnO+H2O

使用過(guò)程中，負(fù)極鋅筒逐漸消耗以致穿漏，正極處的MnO2的活性逐漸衰減，最后干電池不再供電而失效。第61頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天內(nèi)部構(gòu)造外部構(gòu)造

蓄電池

蓄電池又稱二次電池，可以通過(guò)充電使活性物質(zhì)再生。蓄電池的兩極均以鉛板為骨架，正極鉛板上是二氧化鉛，負(fù)極鉛板上是海綿狀鉛。第62頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天蓄電池放電時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)：負(fù)極(Pb):Pb+SO42--2e-=PbSO4正極(PbO2):PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

電池充電時(shí)發(fā)生與上述反應(yīng)相反的反應(yīng)電動(dòng)自行車第63頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天鋰電池自行車

鋰電池

鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，照相機(jī)等耗電量較低的電子產(chǎn)品中主要使用不可充電的一次鋰電池，而攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)及筆記本電腦等耗電量較大的電子產(chǎn)品中則使用可充放電的二次鋰電池。第64頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，負(fù)極采用鋰—碳層間化合物L(fēng)ixC6。充電時(shí)，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極材料中脫出，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)，插入到負(fù)極中。放電時(shí)，過(guò)程正好相反，即鋰離子返回正極中，電子則通過(guò)了用電的電子產(chǎn)品中并為之供電。第65頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

聚合物鋰離子電池的原理與液態(tài)鋰相同，主要區(qū)別是電解液與液態(tài)鋰不同。電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說(shuō)在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。而在目前所開(kāi)發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中，高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無(wú)機(jī)化合物，電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì)。聚合物鋰離子工藝中沒(méi)有多余的電解液，因此它更穩(wěn)定，也不易因電池的過(guò)量充電、碰撞或其他損害、以及過(guò)量使用而造成危險(xiǎn)情況。第66頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天豐田全新概念環(huán)保車，它的發(fā)動(dòng)原理是以氫氧結(jié)合產(chǎn)生電力，排放物僅僅是水。

燃料電池

燃料電池是一種把儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地按電化學(xué)原理轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，也是一種新型的無(wú)污染、無(wú)噪音、大規(guī)模、大功率和高效率的汽車動(dòng)力。第67頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天燃料電池的原理

燃料電池是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。不同的是燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。第68頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天氫氧燃料電池原理圖第69頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

氫氧燃料電池工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣或氧氣）。氫在負(fù)極解離成H+和電子，H+進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極，用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，氧與電解液中的氫離子獲得經(jīng)外電路抵達(dá)正極上的電子而形成水。氫氧燃料電池原理第70頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天燃料電池的種類

燃料電池按照電解質(zhì)類型分為五種堿性燃料電池(AFC)磷酸型燃料電池（PAFC）熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)固體氧化物型燃料電池(SOFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)第71頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天第72頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天燃料電池的優(yōu)點(diǎn)能力轉(zhuǎn)換效率高（節(jié)省燃料資源）污染小，噪音低高度可靠氫電動(dòng)車第73頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

鋅銀電池主要優(yōu)點(diǎn)是比能量高，是鉛蓄電池的3～4倍。適宜于大電流放電的鋅銀電池應(yīng)用于軍事、航空、移動(dòng)的通信設(shè)備、電子儀器、人造衛(wèi)星和宇宙航行等方面。制成鈕扣式微型的鋅銀電池應(yīng)用于電子手表、助聽(tīng)器、計(jì)算機(jī)和心臟起搏器等。

鋅銀電池第74頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天鈕扣式鋅銀電池

常見(jiàn)的鈕扣電池為銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個(gè)由正極和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極殼一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH，溶液兩邊用羧甲級(jí)纖維素作隔膜，將電極與電解液分開(kāi)。一粒鈕扣電池的電壓達(dá)1.59V，安裝在電子表里可使用兩年之久。負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag第75頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

筆記本電腦中的鋰離子電池在一些情況下，可能會(huì)爆炸起火。鋰電池內(nèi)有加壓的容器，裝著含有高度可燃性的液體，同時(shí)又含有強(qiáng)力的氧化劑。2007年人們已發(fā)明了一種由銀跟鋅構(gòu)成，不會(huì)爆炸的電池。電池里面的材料--大部分是鋅、鋅離子與水--并不會(huì)起火，使用這類電池的筆記本電腦可以支撐十小時(shí)，比鋰電池更長(zhǎng)。

第76頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

美國(guó)電池開(kāi)發(fā)商ZPower近日在美國(guó)加利福尼亞州舊金山市舉行的個(gè)人電腦開(kāi)發(fā)商會(huì)議上展出面向筆記本電腦和手機(jī)的全新結(jié)構(gòu)充電電池。此次開(kāi)發(fā)的是正極采用銀、負(fù)極采用以鋅為主的復(fù)合高分子材料的充電電池。隔板也使用了自主開(kāi)發(fā)的材料。由于電解液沒(méi)有使用有機(jī)類溶媒，所以ZPower表示，與鋰離子充電電池相比，該電池起火的危險(xiǎn)性很低。單位體積的能量密度方面，目前的試制品為550Wh/L左右，與現(xiàn)有的鋰離子充電電池相近。該公司計(jì)劃將這一能量密度提高到650Wh/L左右，并于2008年中期前后量產(chǎn)供貨。第77頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

目前常用的太陽(yáng)電池是由硅制成的，一般是在電子型單晶硅的小片上用擴(kuò)散法滲進(jìn)一薄層硼，以得到PN結(jié)，然后再加上電極。當(dāng)日光直射到滲了硼的薄層面上時(shí)，兩極間就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種電池可用作人造衛(wèi)星上儀器的電源。除硅外，砷化鎵也是制作太陽(yáng)電池的好材料。

太陽(yáng)電池第78頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天P型半導(dǎo)體的形成第79頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天N型半導(dǎo)體的形成第80頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天PN結(jié)第81頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天第82頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天第83頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池

陽(yáng)極：染料敏化半導(dǎo)體薄膜（TiO2膜）

陰極：鍍鉑的導(dǎo)電玻璃

電解質(zhì)：I3-/I-染料分子吸收太陽(yáng)光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后通過(guò)外回路產(chǎn)生光電流。納米晶TiO2太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)是成本低，工藝簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，壽命能達(dá)到20年以上。第84頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天染料敏化TiO2太陽(yáng)能電池的手工制作

(1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)行研磨(2)用玻璃棒緩慢地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)行涂膜第85頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)10～15分鐘，然后冷卻第86頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

把新鮮的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶，加一湯匙的水并進(jìn)行擠壓，然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)行著色，大約需要5分鐘，直到膜層變成深紫色，如果膜層兩面著色的不均勻，可以再放進(jìn)去浸泡5分鐘，然后用乙醇沖洗，并用柔軟的紙輕輕地擦干。利用天然染料為二氧化鈦著色第87頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

由染料著色的TiO2為電子流出的一極（即負(fù)極）。正電極可由導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面（涂有導(dǎo)電的SnO2膜層）構(gòu)成，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的萬(wàn)用表就可以判斷玻璃的那一面是可以導(dǎo)電的，利用手指也可以做出判斷，導(dǎo)電面較為粗糙。如圖所示，把非導(dǎo)電面標(biāo)上‘+’，然后用鉛筆在導(dǎo)電面上均勻地涂上一層石墨。

制作正電極

第88頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

利用含碘離子的溶液作為太陽(yáng)能電池的電解質(zhì)，它主要用于還原和再生染料。如圖所示，在二氧化鈦膜表面上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可。

加入電解質(zhì)第89頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

組裝電池

把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì)，然后把正電極的導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯(cuò)開(kāi)，用兩個(gè)夾子把電池夾住，兩片玻璃暴露在外面的部分用以連接導(dǎo)線。這樣，你的太陽(yáng)能電池就做成了。第90頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

據(jù)1975年的報(bào)道，國(guó)外對(duì)第一個(gè)原子電池進(jìn)行了測(cè)試。這個(gè)可輸出20W、質(zhì)量為1398Kg的原子電池已沉入北海海底，向鄰近的海洋測(cè)量站供電。這種電池密封在長(zhǎng)84cm、直徑69cm、鉛外壁厚10cm的圓柱體中。它的核心部分是鍶90。當(dāng)鍶衰變時(shí)，產(chǎn)生了相當(dāng)于300W的熱能，然后通過(guò)熱電發(fā)生器將熱能轉(zhuǎn)化為電能。最后輸出的電功率是20W，電壓28V。據(jù)稱這種原子電池不需維護(hù)，至少可用5年，估計(jì)可用到10年。

原子電池第91頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

納米電池即用納米材料（如納米MnO2、LiMn2O4、Ni(OH)2等）制作的電池，納米材料具有特殊的微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟的納米電池是納米活性碳纖維電池。主要用于電動(dòng)汽車，電動(dòng)摩托，電動(dòng)助力車上。該種電池可充電循環(huán)1000次，連續(xù)使用達(dá)10年左右，且充電一次只需20分鐘左右，平路行程達(dá)400Km，重量在128Kg，已經(jīng)超越美日等國(guó)的電池汽車水平。

納米電池第92頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

微生物電池是用微生物的代謝產(chǎn)物，做電極活性物質(zhì)，從而獲取電能。21世紀(jì)是人類飛向宇宙的時(shí)代，在宇宙飛船這樣的封閉系統(tǒng)中，排泄物的處理是必須解決的問(wèn)題。美國(guó)宇宙航行局設(shè)計(jì)了一種一舉兩得的解決方案：用一種芽抱桿菌處理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素產(chǎn)生氨。氨用做電極活性物質(zhì)，在鉑電極上產(chǎn)生電極反應(yīng)，組成了翱翔太空的理想的微生物電池。在宇航條件下，每人每天如果排出22g尿，就能夠獲得47W的電力。

微生物電池第93頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天更多地向太陽(yáng)索取-太陽(yáng)能的利用太陽(yáng)能的流向

了解太陽(yáng)能第94頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天太陽(yáng)能能量流向示意圖第95頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

太陽(yáng)能即太陽(yáng)輻射，是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量?？煞譃槿齻€(gè)區(qū)：紫外區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)和紅外區(qū)。太陽(yáng)光譜圖第96頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、光電轉(zhuǎn)換：把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，利用的是光生伏打效應(yīng)。太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能發(fā)電站

利用光照射在半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在PN結(jié)上產(chǎn)生光電壓和光電流，實(shí)現(xiàn)光電裝換。太陽(yáng)能電池計(jì)算器

有太陽(yáng)能電池陣列、貯能蓄電池、防反充二極管、充電控制器及逆變器、測(cè)量設(shè)備等組成。太陽(yáng)能發(fā)電站

太陽(yáng)能的利用方式第97頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

太陽(yáng)能電池板國(guó)際空間站展開(kāi)新太陽(yáng)能電池板德國(guó)建立最大的太陽(yáng)能發(fā)電站第98頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一種典型的太陽(yáng)能電池是單晶硅太陽(yáng)能電池。1954年最先出現(xiàn)的這種太陽(yáng)能電池，能把接受到的太陽(yáng)能的6％轉(zhuǎn)換成電能，接近蒸汽機(jī)的效率。目前的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)18％。單晶硅太陽(yáng)能電池的性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，體積小，重量輕，很適合作太空航天器上的電源。目前，美國(guó)發(fā)射的近千顆衛(wèi)星中，有95％都采用單晶硅太陽(yáng)能電池作為能源。可是單晶硅太陽(yáng)能電池制作成本高，價(jià)格昂貴，很難普及。

1975年以后，無(wú)定型半導(dǎo)體材料發(fā)展起來(lái)，它有希望成為比單晶硅更理想的太陽(yáng)能電池材料。如美國(guó)能量轉(zhuǎn)換公司制成了一種硅—氟—?dú)錈o(wú)定形合金半導(dǎo)體，用這種材料做成太陽(yáng)能電池，既有單晶硅電池工作性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有無(wú)定形硅成本低的長(zhǎng)處。它們轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到25％。因它發(fā)出的電價(jià)格便宜，和火力發(fā)電價(jià)格不相上下，為太陽(yáng)能電池的地面應(yīng)用展示了光明的前景。

發(fā)展太陽(yáng)能光電池第99頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、光熱轉(zhuǎn)換：把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成熱能低溫?zé)崂冒ǖ啬?、塑料大棚以及干燥器、蒸餾、供暖、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)等。中溫?zé)崂冒照{(diào)制冷、制鹽以及其它工業(yè)用熱。高溫?zé)崂冒ň劢剐翁?yáng)灶、焊接機(jī)和高溫爐等。

太陽(yáng)能的利用方式太陽(yáng)能熱水器第100頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

利用幾千塊平面鏡能把太陽(yáng)光反射到巨大的聚焦鏡上，再將光聚焦到太陽(yáng)灶的工作區(qū)域，利用焦點(diǎn)處產(chǎn)生的高溫來(lái)發(fā)電和作其他用途。我國(guó)西藏拉薩市有“日光城”之稱，根據(jù)這個(gè)原理，在許多賓館、機(jī)關(guān)單位屋頂上都有這種小型“太陽(yáng)灶”。一個(gè)小型“太陽(yáng)灶”便能基本保證家庭或賓館的供熱需求。這種方法在日光充足的地方可用。在日光照射不穩(wěn)定的地方實(shí)用價(jià)值不高。

建立太陽(yáng)能聚光器第101頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，某些化學(xué)物質(zhì)受日光的照射后能吸收光能而暫時(shí)改變化合物本身化學(xué)結(jié)構(gòu)，在一定條件下，它又能放出熱量而回復(fù)到原來(lái)的結(jié)構(gòu)。這種儲(chǔ)能材料的發(fā)現(xiàn)比在屋頂安裝集熱器，用加熱水的方法來(lái)取暖更先進(jìn)得多了。只是目前儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)能指標(biāo)還不高，所以還不能大規(guī)模推廣應(yīng)用。

發(fā)展收集太陽(yáng)能的儲(chǔ)能材料第102頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第一次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，由于海灣地區(qū)的高溫和陽(yáng)光照射，使艦船甲板表面溫度達(dá)到60°C以上。持續(xù)高溫使美軍參戰(zhàn)官兵消耗極大，美軍即緊急要求國(guó)內(nèi)提供降溫服裝，Triangle公司很快研究制成了一種含有相變材料大膠囊的茄克，部分解決了甲板士兵的降溫問(wèn)題。這種茄克經(jīng)過(guò)改進(jìn)于2001年用于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的三防服。該茄克可在40°C的氣溫下保持服內(nèi)舒適達(dá)1~2小時(shí)，并且很容易再生，有效延長(zhǎng)了美軍作戰(zhàn)部隊(duì)在酷熱條件下的戰(zhàn)地值勤時(shí)間。美國(guó)軍方還利用該原理制成了溫度調(diào)節(jié)織物，在海軍低溫干式潛水服、空軍防寒抗浸服、防紅外隱身服裝和陸軍士兵保溫靴襪等方面使用，具有良好的保溫或降溫效果。

你知道嗎？第103頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

人造能源湖的故事

大約19世紀(jì)末，羅馬尼亞特蘭西瓦地區(qū)的一名醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，該地的小湖一到冬天，湖面就結(jié)出冰層，但在冰下的深處，湖水的溫度卻高達(dá)60℃。20世紀(jì)初，匈牙利物理學(xué)家凱萊辛斯基也發(fā)現(xiàn)，邁達(dá)夫湖在夏末時(shí)，湖深1.32米處的溫度高達(dá)70℃。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這些湖泊中的水都含有鹽，而且湖泊中不同深度的水的含鹽量不同。60年代初，以色列在死海海岸建造了一座625m2的人工小湖，在太陽(yáng)的照射下，在80cm深處的水溫達(dá)到了90℃。70年代末，以色列又建造了一個(gè)2.5m深、面積有7000m2的人工鹽水湖，用它來(lái)收集太陽(yáng)的熱量使湖水加熱，再用熱水來(lái)發(fā)電，功率達(dá)150KW。1990年，意大利阿吉普公司在瑪格麗塔·迪薩沃亞的鹽田中，也建造了一個(gè)收集太陽(yáng)能的鹽水湖，可使湖水溫度達(dá)到90℃。在這個(gè)太陽(yáng)能湖的湖面上，還有一個(gè)巨大的聚光板，用來(lái)增加收集陽(yáng)光的熱量。意大利的一位叫贊格拉多的女科學(xué)家建造了一個(gè)小型的太陽(yáng)能鹽水湖，使鹽水湖的溫度達(dá)到了105℃。利用太陽(yáng)能加熱的人工湖可以直接用來(lái)取暖，也可以用來(lái)發(fā)電。

你知道嗎？第104頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

巧用太陽(yáng)能淡化海水

1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克雖然失敗了，但戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束時(shí)，伊拉克軍隊(duì)在撤離科威特之前，把科威特的大部分海水淡化工廠破壞得一塌糊涂，使科威特人陷入了無(wú)淡水飲用的恐慌之中。法國(guó)南錫化學(xué)工程科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家皮埃爾·利·戈夫，經(jīng)過(guò)多次失敗，終于設(shè)計(jì)出一種非常小巧輕便的太陽(yáng)能海水淡化裝置。它有一個(gè)盛海水或咸水的桶，桶里的水靠自身的重力向下流到幾塊彼此垂直平行相隔4cm安放的鋁板旁邊，太陽(yáng)光透過(guò)透明的乙烯塑料板照射到鋁板上，為了有效利用陽(yáng)光，還有一面可調(diào)整角度的反射鏡，使陽(yáng)光垂直照射到鋁板。第一塊鋁板可以被陽(yáng)光加熱到94℃，于是在這塊鋁板旁邊懸掛的細(xì)紗布上的海水很快蒸發(fā)變成水蒸氣。水蒸氣穿過(guò)4cm的間隔遇到第二塊鋁板時(shí)，就冷凝成水滴，在冷凝時(shí)水滴釋放的熱量會(huì)加熱這塊鋁板，這塊鋁板又使另一塊懸掛在它旁邊的細(xì)紗布上的鹽水蒸發(fā)，這個(gè)過(guò)程依次進(jìn)行到最后一塊鋁板和細(xì)紗布。在最后一塊鋁板上得到的冷凝蒸餾水的溫度約為45℃

。所有6塊鋁板上的冷凝蒸餾水都滴落到海水淡化裝置底下的一個(gè)蒸餾水收集容器內(nèi)。這個(gè)海水淡化裝置像一個(gè)小型溫室，每天每平方米太陽(yáng)能收集器可以生產(chǎn)20L蒸餾水，一個(gè)普通的單水桶太陽(yáng)能蒸餾器一天可以產(chǎn)2.5—3.0L蒸餾水，很適合偏遠(yuǎn)貧困的干旱地區(qū)淡化海水，且便于搬運(yùn)。

你知道嗎？第105頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天氫是萬(wàn)物之祖。早在16世紀(jì)，瑞士—德國(guó)物理學(xué)家巴拉塞爾斯觀察到硫酸和鐵反應(yīng)產(chǎn)生一種能燃燒的氣體。1766年英國(guó)的卡文迪什認(rèn)識(shí)到這種氣體是一種獨(dú)特的物質(zhì)，并用水蒸汽通過(guò)一根熾熱的槍管制備它。法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫把這種氣體命名為氫，意思是水的制造者，因?yàn)樗诳諝庵心苋紵伤?/p>

能源新星-氫能源你知道嗎？第106頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天燃燒熱很大，每千克燃燒發(fā)熱量是汽油的3倍。燃燒產(chǎn)物是水，無(wú)污染，可循環(huán)使用。資源豐富。密度特別小，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸。適用性強(qiáng)

氫能源的優(yōu)點(diǎn)第107頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天氫氣作為能源遇到的兩個(gè)問(wèn)題？？氫氣的制備氫氣的儲(chǔ)存第108頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天氫氣的制備（1）熱化學(xué)制氫

將碳水化合物輸入高溫化學(xué)反應(yīng)器，生成由H2、CO、CO2

和CH4

等組成的合成氣體，然后進(jìn)行重整和水氣置換反應(yīng)來(lái)提高氫的產(chǎn)量，最后將氫氣分離提純得到氫氣。甲烷重整制氫是目前運(yùn)用最為廣泛的制氫技術(shù)。（2）電解水制氫

直接利用電能使水電解產(chǎn)生氫氣和氧氣。flash第109頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天人工光合作用

人工光合作用利用光合作用的原理，通過(guò)光裂解水分子，直接提取氫氣。催化核心結(jié)構(gòu)第110頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天氫氣的儲(chǔ)存氣態(tài)氫存儲(chǔ)瓶液氫存儲(chǔ)裝置儲(chǔ)氫合金粉第111頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫示意圖儲(chǔ)氫合金LaNi5結(jié)構(gòu)和CaCu5相同

鈦、鎂等金屬，能像海綿吸水一樣將氫吸入儲(chǔ)存起來(lái)，這種金屬被稱為儲(chǔ)氫金屬。用儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)氫，更安全，更方便。第112頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天氫能的利用氫內(nèi)燃機(jī)汽車氫氣作為航天飛機(jī)的主要?jiǎng)恿χ苯尤紵剂想姵氐?13頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

目前開(kāi)發(fā)的氫能電池有兩種：一是貯氫電池：貯氫電池又稱金屬氫化物—鎳電池（MH／Ni電池），它是用貯氫合金作為陰極，金屬鎳作陽(yáng)極，以堿性溶液作電解液組成的新型二次電池。貯氫電池具有高能量密度，無(wú)電解液濃縮，耐充放電能力強(qiáng)，無(wú)毒性。二是氫燃料電池。它是指使用氫作為活性物質(zhì)，與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在清潔的環(huán)境下獲得直流電能的發(fā)電裝置。其反應(yīng)過(guò)程與水的電解過(guò)程正好相反。目前，氫燃料電池已成為繼水力、火力、原子能發(fā)電之后的第四代發(fā)電技術(shù)裝置。第114頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天經(jīng)濟(jì)清潔安全的能源-核能

使一個(gè)重原子核分裂成為兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量原子核的過(guò)程，稱為核裂變。核裂變是取得核能的重要途徑之一。核裂變核聚變

反應(yīng)前的四個(gè)氫原子核的質(zhì)量要大于反應(yīng)后的氦原子核，存在著質(zhì)量虧損，這樣的反應(yīng)叫做輕核聚變反應(yīng)。第115頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天核裂變第116頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

核反應(yīng)中的能量變化比化學(xué)反應(yīng)大幾百萬(wàn)倍。１公斤標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放能量29260焦?fàn)枺惫锸腿紵尫拍芰?18000焦?fàn)枺惫镡櫋?35裂變釋放能量685.5億焦?fàn)枺惫镫盎旌臀锞圩冡尫拍芰?385.8億焦?fàn)栁覀兩畹牡厍蛏?，核能資源非常豐富，可作裂變?nèi)剂系拟櫤涂赊D(zhuǎn)化為核燃料的釷儲(chǔ)量很大，相當(dāng)于化石燃料總能量的10萬(wàn)倍以上。按照現(xiàn)在全世界能量消耗水平計(jì)算，可用上萬(wàn)年以上。輕核聚變產(chǎn)生的能量更為驚人，在海水中的氘達(dá)1億噸，可供人類使用1000億年。你知道嗎？第117頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天

可用作能源的核反應(yīng)，目前主要有重元素原子核（鈾—235、鈾—233、钚—239、釷）的裂變反應(yīng)和輕元素（氘、氚）原子核的聚變反應(yīng)兩大類。要大規(guī)模和平利用裂變能必須滿足兩個(gè)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)可控式反應(yīng)的裝置稱為反應(yīng)堆，目前大多數(shù)核電站用的都是熱中子反應(yīng)堆。快中子不容易引起裂變，需要采用慢化劑。常用的慢化劑有普通水、重水和石墨，相應(yīng)的反應(yīng)堆稱為水堆、重水堆和石墨堆。石墨堆和重水堆可用天然鈾作燃料，普通水堆由于吸收中子過(guò)多，不能用天然鈾，而必須用濃縮鈾作燃料。第118頁(yè),共131頁(yè)，2024年2月25日，星期天核能不僅是一種高效經(jīng)濟(jì)的能源，而且也是一種清潔、安全的能源。核電站在任何情況下都不具備核爆炸的條件。核燃料雖然被稱為“燃料”，卻并不能燃燒。它既不消耗氧氣，又不產(chǎn)生二氧化碳；既沒(méi)有灰和煙，也沒(méi)有大量的苯等致癌物質(zhì)。從生產(chǎn)單位能量所產(chǎn)生的危害程度來(lái)看，核電小于煤、石油、甲醇、風(fēng)力和水電站等，僅略高于天然氣電站。當(dāng)然核電站也有不安全因素存在，就是反應(yīng)堆內(nèi)存在大量的放射性物質(zhì)。