化学与能源Word版

1、化学与能源作者：杜科材土木工程学院 学号1103300233 电邮箱707581169摘要：能源和环境是当今人类面临的两大问题。化学在能源的研究与利用中起着重要作用。无论是煤的充分燃烧和洁净技术，还是清洁汽油的研制；无论是核能的控制利用，还是氢能源，太阳能的使用；无论是新型绿色化学电池的研制，还是生物能源的开发，都离不开化学这一基础学科的参与。目前，化石燃料是人类生产.生活的主要能源。随着全球能源使用量的增长，及不科学使用，化石燃料等不可再生能源将日益枯竭，并对环境产生严重影响。这就迫切要求人们开发氢能，核能，风能，地热能，太阳能，和潮汐能等。 解决能源问题必须运用当

2、代化学新技术，新手段，新理论，新知识。因此我们很有必要谈谈化学与能源的关系。关键词：化学；能源；解决；难题一 能源分类1、按其形成和来源分类：（1）来自太阳辐射的能量，如：太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物能等。（2）来自地球内部的能量，如：核能、地热能。（3）天体引力能，如：潮汐能。2、按开发利用状况分类：（1）常规能源，如：煤、石油、天然气、水能、生物能。（2）新能源，如：核能、地热、海洋能、太阳能、早期、风能。3、按属性分类：（1）可再生能源，如：太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能。（2）非可再生能源，如：煤、石油、天然气、核能。4、按转换传递过程分类：（1）一次能源，直接

3、来自自然界的能源。如：煤、石油、天然气、水能、风能、核能、海洋能、生物能。（2）二次能源，如：沼气、汽油、柴油、焦炭、煤气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等。二 能源危机的表现1能源危机迫在眉睫世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。 然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。 石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为11801510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭。 天然气储备估计在13180015

4、2900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在5765年内枯竭。 煤的储量约为5600亿吨。1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。 铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。 核聚变到2050年还没有实现的希望。 化石能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。 事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由化石能源的重新配置与分配而引发。这种军事冲突，今后还将更猛烈、更频繁；在国内，也可能出现由于能源基地工人下岗而引发的许多新的矛盾和冲突。 总之，能源危机迟早会爆发；它的爆发将具有

5、爆炸性2 / 7。2克服能源危机的出路大力发展可再生能源 用可再生能源和原料全面取代生化资源，进行一场新的工业革命，不仅是出于生存的原因；与之相连的是世界经济可获得持续的发展。在这种世界经济中，高科技术和生态可以承载的区域性经济形式将得以发展。 可再生能源主要有如下方面： 以太阳能的利用为主的可再生能源潜力极大，据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在45亿年，每年太阳提供的能量是世界人口商品消费量的1.5万倍。 光伏电力的应用 如在德国每平方米每年的平均日照量为1100千瓦时。电力的总需求量约为5000千瓦时，光伏技术的年平均功率约为太阳辐射量的10%。依*光伏设备生产5000亿千瓦时的电力

6、，需要5000平方公里的光伏转化模板面积。明智的做法是用相关设备安装在建筑物的表面，在德国，这一做法意味着只需不到10%的建筑物顶部。 光热利用 在中欧和北欧等缺少阳光的地区，已经出现了一些完全依赖阳光供暖的建筑物（应用比较理想的热与热交换系统）。 生物质燃料能源 目前全球农用面积约为1000平方公里。约有4000万平方公里的土地为森林覆盖，荒漠地区的面积约为4900万平方公里。光合作用的年产量（包括自然生长的植物和粮食生产）目前大约是2200亿吨干坏料，这大约相当于每年80亿吨生化资料所提供的能量，只需不到1200平方公里的可耕地和林地面积（不计沼气的能力）。 氢能源 利用自然界大量存在的水

7、，由电解水产生氢或由太阳能光催化水分解氢。 小水电与潮汐发电 也可提供可观的电力。 风力发电 丹麦是风力发电大国，现有6300座风力发电机，提供13%的电力需求。 总之，可再生能源的利用潜力很大，完全可满足人类社会可持续发展的能源的需求。三 化学与新能源1新能源分类新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源

8、）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。按类别可分为：太阳能 风力发电 生物质能 生物柴油 燃料乙醇 新能源汽车 燃料电池 氢能 垃圾发电 建筑节能 地热能 潮汐能 二甲醚 可燃冰等2新能源概况据估算，每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿千瓦，其中可开发利用5001000亿度。但因其分布很分散，目前能利用的甚微。地热能资源指陆地下5000米深度内的

9、岩石和水体的总含热量。其中全球陆地部分3公里深度内、150以上的高温地热能资源为140万吨标准煤，目前一些国家已着手商业开发利用。世界风能的潜力约3500亿千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风力利用将会增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等，理论储量十分可观。限于技术水平，现尚处于小规模研究阶段。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途3几种重要新能源（1）核能核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形

10、式： A.核裂变能所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量 B.核聚变能由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。 C.核衰变核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用 核能的利用存在的主要问题：（1）资源利用率低 （2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决 （3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进 （4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制 （5）核电建设投

11、资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大（2）海洋能简单介绍海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。 波浪发电据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前，海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。中国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。将来的世界，每一个海洋里都会有属于我们中国的波能发电厂。波能将会为中国的电业作出很大贡献。 潮汐发电据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量

12、将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。（3）氢能安全环保：氢气分子量为2, 仅为空气轻1/14, 因此，氢气泄漏于空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。 高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢氧焰温度高达2800度，高于常规液气。 热能集中：氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高。 自动再生：氢能来源于水，燃烧后又还原成水

13、。 催化特性： 氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体，液体、气体燃料。加速反应过程，促进完全燃烧，达到提高焰温、节能减排之功效。 还原特性：各种原料加氢精炼. 变温特性：可根据加热物体的熔点实现焰温的调节。 来源广泛：氢气可由水电解制取，水取之不尽，而且每kg水可制备1860升氢氧燃气。 即产即用：利用先进的自动控制技术，由氢氧机按照用户设定的按需供气，不贮存气体。 应用范围广：适合于一切需要燃气的地方 氢能的缺点：（1）制取成本高，需要大量的电力 （2）生产、存储难：氢气密度小，很难液化，高压存储不安全四 总结化学在能源的研究与利用中起着重要的作用。通过学习我了解到当今社会正面临着严峻的能源危机，解决这一全人类所共同面对的难题刻不容缓。古人云：“天下兴亡，匹夫有责。”身为当代大学生的我们岂能置身事外呢？我们要用丰富的化学知识武装自己，用执着的信念督促自己，用科学巨匠的精神激励自己，用充满热情的青春燃烧自己，在化学的海洋里汲取精神