现代化学与能源7

现代化学与能源一、我们所面临的能源状况目前全世界使用的能源90%取自化石燃料，即煤炭、石油和天然气，它们经历了上亿年的时间才得以生成，因此是不可在生能源。从探明的储量分析，现在地球上的煤炭、石油和天然气的总储量分别为：石油：1万亿桶天然气：120万亿立方米煤炭：1万亿吨按照全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：储量有限的化石燃料我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤，上升到2002年的14.3亿吨标煤。在2004年，我国石油消费量达3亿吨，其中进口1亿吨，估计到2020年，我国石油消费量要达4.5亿吨，其中进口量要达2.7亿吨，到2050年，我国石油消费量要达6亿吨，其中进口量要达4亿吨，相当于目前美国的石油进口量。大庆油田从1960年至2002年累计生产原油17多亿吨。27年稳产在5000万吨/年以上。1997年最高产量为5600万吨/年2002年为5013万吨/年2003年计划产量4830万吨/年进入递减开采期。——化工报2003-1-18-1据美国石油业协会估计，在2050年之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。一些工业发达国家的天然气也将在2020年被用完；而发展中国家在2060年也将会发生天然气短缺。▲2、我国的能源结构▲1、我国和世界的能源消耗煤炭的结构煤炭液化煤炭液化是指以煤炭为原料，通过化学加工过程，生产油品和石油化工产品。煤炭直接液化:煤炭间接液化:煤炭煤粉油煤浆加氢裂化液体油品煤炭、氧气、水蒸气H2和CO的混合气体石油的形成石油是远古时代沉积在海底湖泊中的动植物的遗体，在海洋条件作用下经过千百万年的漫长转化过程而生成。水中生物的遗骸下沉而埋没于地下因地热或地压等作用变成石油石油大多集中在沙岩之类孔隙较多的岩石层中汽油性能的表征——辛烷值辛烷值是汽油抗暴性能的间接量度提高汽油辛烷值的方法：1.提高异辛烷的含量—铂铼重整2.加少量的四乙基铅[Pb(C2H5)2]无铅汽油与无铅抗爆剂目前，取代四乙基铅的物质主要有：芳香烃类、甲基叔丁基醚[MTBE，CH3O(CH3)3]、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基锰（MMT）、醇类等，其中以MTBE用量最大。无铅汽油不等于无害汽油“可燃冰”：天然气水合物

“Flamingice”:naturalgashydrate

20世纪90年代中叶的一天，一艘加拿大拖网渔船在太平洋岸边作业时，一网打上来2吨多重白花花似冰雪般的东西，其间还夹杂着几条奇形怪状的鱼。渔民不知道这些白花花的是什么东西，对那几条从未谋过面的怪鱼也是敬而远之，赶紧把它们扔回到海里。谁知这时又出现了怪事：那些白花花的东西入水后就开始融化，而且伴随着它们融化水中冒出了许多带有臭鸡蛋味的气泡。这是渔民们从未见过的情景，他们吓坏了此事引起了科学界的重视：科学家通过将这一发现与1930在西伯利亚冻土带，1990年在墨西哥湾，1995年在日本四国海槽的类似发现联系在一起进行分析，认为这种白花花的物质应该是在深海低温高压特定环境下生成的一种特殊物质——“可燃冰”。自此，“可燃冰”引起了世界科学界的广泛关注，其中自然也包括我国。可燃冰简介天然气水合物，也称气体水合物（gashydrate），是由天然气与水分子在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～10℃）条件下结合而成的一种固态结晶物质。因天然气中有80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物（methanehydratemethanegashydrate）。

1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。气体水合物水-水：氢键(hydrogenbond)水分子“笼子(cavity)”气体分子：CH4,C2H4,C2H6,C3H8,Ne,Ar,Kr,Xe,N2,H2S,CO2,外观为类冰晶体非化学计量的包合物(clathrate)我国南海可燃冰实物这是夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积物“可燃冰”释放的气体能够在空气中燃烧(资料照片)。2003年前，风电发展缓慢一个人装修房子，当卫生间的所有卫浴设备都安好后，却突然发现没有打通下水道。风电产业就处于这样一个尴尬的境地，大量风电场建成后，却苦于找不到接入电网，产出无法送到用户手中。这种尴尬显然不是无知与疏忽大意能解释的。实际上在2003年之前，我国的风电产业发展都还处于平缓状态。1985年，我国开始相续引进丹麦、德国等国家的风电设备，但只是小范围试点。1995年，原电力工业部曾提出2000年风电装机量达到100万千瓦的目标，但2004年却只完成了76.4万千瓦。可仅一年后，这个数字就变成了126万千瓦，4年后突破894万千瓦。而如今内蒙、甘肃等省的胃口已经奔向千万千瓦去了，甚至连云南这样不具备风能优势的省份也上马项目。04年前后，政策刺激下疯狂上马2004年前后是中国风电产业的转折时刻，相续有政策利好释出。在“十一五”的风能指标计划中，国家计划推出1000万千瓦的装机容量。而发改委亦打破特许，下放了5万千瓦级以下项目的审批权，这实际上给地方开了一个口子，很多地方政府将风电项目拆分成若干个小于5万千瓦的项目，以此逃避审查。据报道，内蒙古一地方政府就将一片40万千瓦的风电场，拆分成8个4.95万千瓦的风电场核准给同一家公司开发。地方热衷风电项目最重要的原因，是2006年国家颁布的《可再生能源法》，其中对风电项目的扶持多少有过头的嫌疑，该法要求：电网企业应当全额收购可再生能源，为了支持新能源发展，新能源发电的上网电价也比传统电源要高。这种扭曲价格的政策行为，给予了风电投资者们极强的信心。产多少卖多少，这是天下最大的好事。虽然亏损，但仍趋之若鹜风电突然“发力”始于2005年国家可再生能源法的出台。这部于今年1月1日起施行的法律给风力发电产业描绘出了一幅美好的前景。各大公司像跑马圈地，一窝蜂地上，争项目、争设备。趋之如骛的投资者在招标时亮出“跳楼价”，使很多风电项目仍处于亏损状态。风电产业政策有着极强的计划色彩，这使得国内不少风电厂距离电网都有数百公里的距离，管道建设需要费用。高额的输电成本和低廉的买电国家定价，电网巨头们对此自然没兴趣，因而政策优惠就很难落实到风电企业上。根据2009年电监会《中国风电发展现状调研报告》显示，我国多数项目等效满负荷运行小时数远低于设计值，但这仍未能阻止风电热。据悉，山东鲁能、三峡等大型国企都有意将风电作为未来重要业务。而内蒙古更制定了2010达到500万千瓦的目标，有意思的是中央对内蒙的规划才100万千瓦。“清洁发展机制”让风电再热？是什么原因驱使它们去做这笔看似无利可图的买卖呢？一个可能的原因是：国际间碳交易。在全球减排的趋势下，中国风电又抓住了一根救命稻草。2005年开始的“清洁发展机制”，是京都议定书下针对发展中国家的一个弹性机制。因为有些发达国家不愿降低生活标准，且通过技术减排的空间已经很小，于是该机制允许一些发达国家可以通过帮助发展中国家减排，来抵消自身的减排指标。具体而言，如果一个发展中国家的项目能得到认证并证明其达到了减排效果，便能得到减排认证，一吨二氧化碳排放指标等于一个减排认证。而发达国家为每个减排认证所支付的价格在10到15美元之间。据分析，中国已成为这项机制最大的受益者，共获得了1.53亿碳信用额，占到了“清洁发展机制”所发放认证的一半以上。中国众多企业从中获利，比如重庆市的企业，截止去年底，该市企业得到联合国认可的减排总量为184万吨，以时价计便可获得碳交易1.25亿元，除此之外，他们还有30个项目近860万吨的减排量正在等待联合国认证，这笔钱共值5.85亿元。而重庆并非申请获得碳交易最积极的省份。中国风电从减排中尝到“甜头”风电行业作为新能源产业，自然不会放过这个创收机会，实际上行业内对此也毫不避讳，在行业网站中国能源网的一篇报道中，文章开宗明义写到：投资新能源项目，不仅利于环境，还能通过碳交易创收。该文介绍：浙江省第一个大型风电项目——慈溪风电成为新能源“绿色效益”的受益者。该风电场已累计发电7000万千瓦时，碳交易创收约445万元。在具体执行中，该厂的减排量计算，是以厂实际发电量作为依据，据测算，慈溪风电场一期风电项目全年可发电1.1亿千瓦时。与相同发电量的燃煤火电比，每年可节约标煤3.18万吨，减少排放二氧化碳约9万吨，节约淡水27万立方米。换一句话说，在单位产量所获得的减排量不变的情况下，你的产量越大，获得的减排量就越大，碳交易的收入就越多，这无疑有利于中国风电业的建设热情。在许多风电行业网站中，探讨企业如何从碳交易中获利的专题文章还有很多，可见中国企业对此的热衷。联合国指责中国企业骗取资金从各种新闻报道来看，中国部分电企进入“清洁发展机制”的目的本末倒置，“清洁发展机制”的一个原则是，该项目必须证明在没有外部投资就不会开展的情况下，才能获得认证。也就是说，发达国家给中国提供资金，目的是帮助中国发展本来不能发展的节能产业。但中国部分企业却将国外资金当成了发展风电的一个补充或投资，甚至借此盈利。国际上对于中国的质疑一直没有停止过，终于在2009年哥本哈根大会前夕，联合国停止了对中国50家风电项目申请信用额度的审批，这50家企业多数为大型国企及其下属公司。联合国专家怀疑中国正在利用产业政策来骗取碳交易资金。事情的直接起因，是2009年7月发改委对风电电价的新规定，该规定实行定额上网电价，取消了招标制度，四类资源区标杆电价分别为每千瓦时（度）0.51元、0.54元、0.58元、0.61元。据报道，有联合国专家认为，该规定是在有意降低上网电价，从而加剧风电行业的经营困难，使得众多企业符合“清洁发展机制”的门槛。中国对此自然是强烈反对，并强调调低电价，是出于宏观调控的考虑，与获取资金无关。这场风波随着哥本哈根大会的落幕而暂时平息，但它也有助于人们思考这样一个问题：在上网电价不高，企业利润率低的情况下，为什么还有这么多企业愿意投资风电，而且多数为大型国企。至少三分之一设备闲置前文已经说到，我国大量风电项目距离电网过远，而与火电并网也面临重重技术困难，至今难以克服，这使得多数项目处于闲置状态，譬如内蒙卓资县去年总装机容量达到10万千瓦时，但由于电网送出系统的能力太差，电厂发出的电在当地消化不完，外送也送不出去。近一半的风电机组闲置，只有2/3的风电能够上网。内蒙古发改委官员曾透露：“目前内蒙风能资源的格局是：1/3已开发、1/3在开发、1/3被闲置。”三分之一闲置，这也和全国其它省份的状况接近。违背“厂网分离”原则由于风电发电量较小，约相当于火电同等装机的40%左右，在相同电网等级条件下，对风电的线路投资会在很大程度上影响电网的投资效益。因而电网公司对为风电新增线路并不积极。在这种情况下，不少风电厂采取了变通手段，他们邀请电网巨头们入股风电项目，直接参与电场投资，用利益捆绑来促进他们对电网的投资。然而这种变通手段，显然与“厂网分离”的电改方向违背。威胁电网稳定与安全另一个常被人们忽视的威胁是，现有电网的格局，使得风能反而影响电网的稳定。原则上，风电占电网的总量不能大于5%，一旦超过，就会影响电网质量，其原因很多，比如风电不像火电、水电一样稳定，风电依赖自然风，总是时有时无。此外，我国风能资源主要分布在东北、西北和华北地区，如内蒙、甘肃，而这些地方往往是电网覆盖面最低的，国家电网专家胡兆光就表示：“这些地方一旦电场同时发电，当地电网就将崩溃。”尽管国家电网已经承诺了要在这些地区建设更多电网，但建设速度，恐怕很难赶上风电的发展规模。更尴尬的是，它或许并不环保现有电网不能吸收足够风电还产生了另外一些尴尬，前文提到了最近引发关注的酒泉风电厂，酒泉市计划到2015年安装总发电能力为1270万千瓦的风力涡轮机，甚至超过中国当前的核电能力。但与此同时，由于担心风电的输送不足，当地政府遂准备建设920万千瓦的新燃煤发电能力，以备不时之需。为发展清洁能源而准备高污染的燃料做后备，这局面多少有些喜剧效果。而据一些专家的分析，酒泉市这些新增燃煤的发电力，已相当于匈牙利的全国发电能力。人们通常认为风轮机外观不雅，会破坏美景，殊不知它们展示出的力与美也能激动人心。以下就是《卫报》为读者收集的一组图片，它们显示出了风能独有的美感风能之美在新西兰塔拉鲁瓦区，当地马纳瓦图山的山顶既矗立着风轮机又有绵羊的身影出现。这座风电场提供的电能足以满足14.5万个家庭需要。西班牙西北部的卢戈山山顶，风轮机在如梦似幻的冰雪胜境中一字排开德国北部的费马恩岛上，风轮机与传统的田园景色相依相伴德国东部地区哈雷的工人们攀上100米的高空为机器设备安装一台2.3MW的风轮机。这部机器是德国风轮机制造商恩德（Nordex）的产品。近年来，德国政府积极地推动了风能的应用，该国的风电设备制造公司也正迎来全球性的市场需求剧增局面。由丹麦维斯塔斯公司生产的风轮机叶在半明半暗的光线中看来外形极为特别。维斯塔斯公司是世界上最大的风轮机制造商。由于印度目前正在国内推广可再生能源，该公司计划扩大近一倍的产能以生产印度所需要的设备苏格兰爱丁堡，英国再生装置公司生产的劲风发电机组进入最后安装阶段，工程结束前装上一个微型风轮。照片上是新型风轮机――离岸风力发电机NOVA（离岸垂直轴）。截至2020年，英国安装的Nova风轮机将提供1GW电量。太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。二、能源之母——太阳能太阳能资源特点总量最大——取之不尽，用之不竭（应对能源危机）分布最广——遍布世界各地（应对传统能源的区域差异和贸易壁垒）最清洁——利用过程中不会产生任何污染，也不会产生废弃物（应对环境恶化）能源品位低——需要一定的面积保证（通常认为在不考虑地球大气吸收的情况下，太阳能的功率是1.39千瓦每平米）有不稳定因素——多数利用方式受天气状况影响太阳能资源分布我国太阳能分布及特点中国绝大多数地区的太阳能资源丰富具有得天独厚的资源条件!太阳光谱图地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达172,500TW。也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。目前人类所能够使用的能源形式美国《科学美国人》杂志在1971年7月刊刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如下数据，到达地球的太阳辐射能的主要几条去路：1直接反射52000×109kJ/s2以热能形式离开地球81000×109kJ/s3水循环40000×109kJ/s4大气循环370×109kJ/s5光合作用40×109kJ/s太阳能能量流向示意图对太阳能的间接利用（1）通过光合作用的形式利用太阳能太阳能的间接利用煤炭——当代工业的粮食石油——当代工业的血液天然气——最清洁的化学能源可燃冰——未来的新能源生物质能——前景广阔的绿色能源太阳能利用方式及其产品光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应热水器、干燥器、采暖和制冷、太阳房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具各种规格类型的太阳电池板和供电系统。太阳光化学转换太阳光热转换太阳光电转换1、对太阳能直接利用的形式（1）对可见光的利用主要的利用途径是光电转换，即把太阳能直接转换成电能。这是人们目前对太阳能利用的主要方式之一。太阳能电池就属于这种转换方式。传统的太阳能电池利用太阳光中高达九成以上的可见光。太阳能电池太阳能电池主要以半导体材料为基础，利用光照产生电子空穴对，在PN结上可以产生光电流、光电压的现象（光伏效应），实现光电转换。硅是最合适最理想的太阳能电池材料。推进舱轨道舱附加舱通讯舱太阳能电池太阳能电池按照所用材料的不同：硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅）（光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！）以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池（镉：剧毒。铟、硒：稀有元素）功能高分子材料制备的大阳能电池（处于研发初期、转化效率低、使用寿命短）染料敏化纳米晶体太阳能电池（正在研发）染料敏化太阳能电池的优点制成透明的产品，应用范围广在各种光照条件下使用；光的利用效率高；对光阴影不敏感；可在很宽温度范围内正常工作……叶绿体的结构纳米晶半导体网络结构相当于叶绿体的内囊体，起着支撑敏化剂染料分子、增加吸收太阳光的面积和传递电子的作用。敏化剂染料分子相当于叶绿体中的叶绿素，起着吸收太阳光光子的作用。染料敏化太阳能电池和植物的光合作用太阳能电池的发展方向材料与器件结构的研究与开发各种太阳能电池材料研究杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响使用薄膜技术和剥离技术。大规模生产技术的开发跟踪与聚光储电及并网发电结合并网发电已占50%以建成多个兆瓦级的电站，~100MW规模VS太阳能热发电站与建筑物结合架设太阳电池组件日本：1994-2000年2万套屋顶光伏系统185MW；七万屋顶计划280M美国：1997~2010年百万屋顶计划3025MW发电成本6美分集成在建筑材料上曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃太阳能发电站

太阳能光伏发电系统主要由太阳电池阵列、贮能蓄电池、防反充二极管、充电控制器及逆变器、测量设备等组成。太阳能发电站一旦建成，不需要运行投资即能运用,但初期投资较高。

加利福尼亚一家太阳能发电站中的太阳能反射装置我国光伏的发展进程1958年开始研究太阳电池1971年成功地首次应用于我国发射的东方红二号卫星上，1973年开始将太阳电池用于地面在“六五”和“七五”期间，国家开始对光伏工业和光伏市场的发展给以支持。“七五”期间，国内先后从国外引进了多条太阳电池生产线使得我国太阳电池的生产能力猛增到4.5MWp／年2000年，我国太阳电池年产量已达3MWp，累计用量已超过15MWp与国际蓬勃发展的光伏发电相比，中国落后国际发达国家10一15年，也已明显落后子印度、台湾。

光伏发电的制度障碍现有电力管理体制不利于光伏发电的跨省交易：虽然内蒙有着丰富的电力资源，目前年发电量已达到l亿KWH的水平，但基本上只能在当地电网销售。因为国营电力公司在内蒙古电网内只有很小的所有权，所以，国家电力公司就不愿意达成把电力从内蒙古送向该地区以外需要电力的中心地区的协议。现有电价形成机制不利于光伏发电高出成本的合理分摊：

目前，电力公司提高零售价格需要中央政府的批准，而且收费在某种程度上是硬性规定的，没必要与生产的成本挂钩。这样，电网就不能把较高的成本转给消费者，即使消费者愿意负担这个较高的成本。返回

认清产业环境（2）对红外线的利用主要的利用途径是光热转换，即把太阳能直接转变成热能。太阳能热利用可分为：低温热利用、中温热利用和高温热利用。低温热利用：地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能热水系统中温热利用：空调制冷、制盐以及其它工业用热高温热利用：聚焦形太阳灶、焊接机和高温炉（3）对紫外线的利用紫外线具有杀菌功效。波长为300nm的紫外光的光子所具有的能量约为399kJ/mol，它比细菌的蛋白质分子中重要的化学键C-C（347kJ/mol）、C-N（305kJ/mol）和C-S（259kJ/mol）键的键能大，因此紫外光的能量足以使这些化学键断裂，从而破坏细菌的蛋白质分子，达到杀菌的目的。（一）核裂变能使一个重原子核分裂成为两个或两个以上中等质量原子核的过程，称为核裂变。核裂变是取得核能的重要途径之一。只有一些质量非常大的原子核，像铀、钍等才能发生核裂变。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量，1克235U完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。三、魔鬼与天使——核能1942年，爱因斯坦写信给罗斯福,阐明核武器对同盟国的重要性.不久以费米为首的一批科学家在美国建成了世界上第一座“人工核反应堆”，首次实现了人类历史上铀核的可控自持链式裂变反应。核反应堆是使核能以可控方式释放的装置。第一座人工核反应堆第一座人工核反应堆1905年是核科技史上极为重要的一年。当年，阿尔伯特爱因斯坦在他的陋室写出了一篇题为《论运动物体的电动力学》的论文。正是在这篇区区9000字的论文中，他揭示了狭义相对论的基本原理，提出了著名的质能关系式E=mc2(E为能量，m为质量，c为真空中的光速），它表明物质的质量与能量是可以互换的。这为后来解释核裂变、热核聚变、正反粒子湮没等现象提供了理论依据。。阿尔伯特爱因斯坦质能关系的发现要大规模地和平利用裂变能必须满足两个条件:第一，重核裂变要形成链式反应；第二，链式反应必须是可控的。实现可控链式反应的装置称为反应堆。链式反应中子鈾-235核分裂逃逸重元素裂变用慢中子轰击铀-235时，铀核分裂为两个碎核，并有几个中子射出：铀-235+中子→钡+氪+（2—3）中子产生的中子又会与铀反应，造成一系列的爆炸式链式反应，相应的放射性裂变会释放出巨大的能量1克铀-235裂变释放的热量:∽1吨石油完全燃烧释放的热量;∽2.5吨优质煤燃烧释放的热量。铀的储量铀在陆地上的储量并不丰富，总量不超过500万吨，按目前的消耗量，仅够人类使用几十年。在浩瀚的海水中，有超过陆地几千万倍的铀，但其分布不集中，1000吨海水中仅含有3克铀，如何提取出来是一项关键性步骤。目前在研究的有：吸附法、共沉淀法、气泡分离法、藻类生物浓缩法……需要指出的是，铀废料的放射性污染问题是令人担忧的。（二）核聚变太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量。在太阳内部，这个天然的核聚变过程以及发生了了好几十亿年了。2.轻元素聚变4氢核→氦核+2电子它释放的能量为裂变的3-10倍。1克氘聚变时释放的能量∽4克铀-235聚变时释放的能量同样，氘和氚也丰富地蕴藏在海水中。据科学家估算，1M3海水中的氘聚变产生的热量∽燃烧2000桶石油；1KM3海水中的氘聚变产生的能量∽全世界全部石油储量拥有的能量；将海水中的氘全部拿来聚变释放的能量∽53000亿亿吨标准煤燃烧释放的能量，足够人类使用1000亿年。而且，氘的提取方法简单；成本较低；运行安全；无放射性……因此，人类对未来核能的利用，更寄希望与核聚变能。核聚变的引发和平利用聚变能实验非常困难，因为核力是一种短程力，只有当它们之间的距离接近到大约万分之一毫米时，核力能才起作用，使两个原子核聚合在一起，放出巨大的能量。所有的原子核都带正电，两个带正电的原子核互相接近时，它们之间的库仑斥越来越大。所以实现聚变反应的条件是反应中的原子核必须具有很高的能量来克服静电斥力，使两核之间的距离进入核力力程。据测算这样的能量将使氘核的温度达到5.6×108k。氢的三种同位素及其三种水质子数111中子数012同位素氕氘氚氢的氧化物普通水重水超重水各种水占地球总水量99.98%0.016%微量各种水对于生物人体之必需危害生物的死亡之水后患无穷的贫铀弹贫铀材料及其特点贫铀弹的开发和使用贫铀弹的危害贫铀材料及其特点贫铀材料：贫铀是从天然铀中提炼铀-235后的剩余物，称为铀-238。随着核工业和核武器的不断发展，贫铀作为分离浓缩铀后的尾料，与日俱增。据资料统计，每生产1公斤含3%铀—235的浓缩铀，就会产生5—6公斤的贫铀。美国在1988年贫铀库存就达到70万吨。除美国外，现在世界上拥有核动力的国家都囤积大量的贫铀，大量的贫铀对保存者来说无疑是一个很大的负担，于是对贫铀的开发和利用就成为各国军事工业研究的课题。2.贫铀材料的特点：贫铀(18.7g/cm3)合金密度高、强度大、不易断裂，比钨合金更胜一筹。贫铀合金冶炼方便，可用普通的真空熔炼法冶炼。贫铀价格低，它是分离浓缩铀的尾料，来源丰富。贫铀弹的开发和使用贫铀弹以其强大的穿甲能力和毁伤后效（穿甲时产生的高温和超高压会引起强烈燃烧）而被一些发达国家装备军队，大量用于坦克炮等反装甲武器，用来攻击坦克、舰艇、钢筋混凝土工事等重装甲目标。经过40年的开发研究，贫铀弹已形成一个大家族。放射性衰变：放射性元素不断自发放出α、β或γ射线：铀-238→钍-234+氦核（α-粒子）——α衰变钍-234→镤+电子（β-粒子）——β衰变某放射性原子数目衰变减少到一半所需的时间称为半衰期。铀-238的半衰期为450亿年；钍-234的半衰期为24.1天。注：图１放射性污染会使这只猪崽发生了令人心惊的基因变异。无形的放射性污染放射性污染对生物的危害是十分严重的。放射性污染引起的放射性损伤有急性损伤和慢性损伤之分。如果人在短时间内受到大量剂量的Ｘ射线、γ射线和中子的全身照射，就会产生急性损伤。轻者有脱毛、感染等症状。当剂量更大时，会出现腹泻、呕吐等肠胃损伤症状。在极高的剂量照射下，会导致人群白血病和各种癌症发病率的增加。

切尔诺贝利核电站1986.4.26，前苏联的切尔诺贝利核电站四号机组发生强烈爆炸，顷刻间，核泄漏、核辐射、火灾核爆炸同时发生，其后果相当于500颗原子弹的当量，受污染地区（主要在乌克兰、俄罗斯和白俄罗斯）达15万KM2，受害人口为695万，迄今因遭受辐射而死亡的人数达30多万。坟墓这15万KM2土地，就像是苏联人在追求科学和工业化甚至军备竞赛中为自己掘下的一个巨大坟墓，杳无人烟，一切都定格在事故发生的那一刻，连新婚夫妇的衣服、结婚宴席仍原封不动地摆在那里，谁也说不清将会摆多久。在这个巨大的坟墓里，人烟绝迹，鸟兽全无，谁也不敢走进这个大坟墓。被疏散到核辐射边沿区的人，由于粮食短缺，便到林中采摘蘑菇，然而只吃了几次，就有人死在了采蘑菇的路上。这都是核辐射的后患。前瞻性决策的科学化和前瞻性是人类与环境和平相处的必要保证，正如核能，在利用它之前，就应该设计好在发生事故时如何制伏它。若没有这样的准备和技术，就不应当使用它。否则，就是在为自己挖掘坟墓。德国人在这方面更为聪明，他们已经立法，全面禁止使用核能。贫铀弹的危害专家实验人体淋巴细胞对α射线极为敏感，以至一个α粒子即能导致基因不稳定和染色体畸变，而这些均是癌症形成的重要原因。贫铀是α粒子的重要放射源。英国专家认为，贫铀弹击中目标后，其中的贫铀会以粉尘的形式漂浮在大气中，并最终危害饮用水链和食物链。并通过人体呼吸道进体内。如果一个人吸入了20毫克的贫铀粉末，那么，他身体细胞中的脱氧核糖核酸将每天置身于1500万个α射线的照射之下。专家们因此断定，贫铀弹对人体的危害是绝对的，只要吸入这些放射性粉末，任何人都有患白血病等各种疾病的危险。贫铀弹的危害据欧盟各国统计：据报道，大量维和士兵抱怨受到“战争病”的困扰，已经发现50多例与贫铀弹有关的癌症、白血病病例。还有大量维和士兵出现诸如头疼、脱发、精神恍惚、失眠、烦躁等病状。在南斯拉夫，2000年的人口死亡率比遭受北约轰炸的1999年还上升40%，新生儿畸形比例明显增加。波黑战争中，美军使用贫铀弹1万枚，科索沃战争使用3.1万枚。早在1991年的海湾战争中，美军就大量使用过贫铀弹，贫铀污染使伊拉克儿童的白血病发病率较战争前增加了5倍，而癌症病人数目是战争前的10倍。居里夫人发现：铀沥青矿比纯铀的放射性要强。她对几十吨铀沥青矿进行提纯，得到了0.1g纯氯化镭，并先后发现了两种新元素：镤和镭。居里夫人因发现了新的放射性元素而获得了诺贝尔奖金，也因长期遭受辐射的危害而最终死于白血病。钚—令人担忧的元素钚的来源钚的危害钚—239的半衰期地球上有多少钚？核废料的存放科学家的努力钚的来源钚不是天然元素，它是地道的核试验产物。1940年，美国核科学家合成出原子序数为94的钚，那以后，钚与铀一样，成为制造原子弹和核电站的原料。由于钚—239成本较低，实现核反应的临界质量比铀小，所以更受科学家重视，应用范围更广泛。钚的危害钚—239所释放的α射线、γ射线和χ射线均可能杀死或破坏人体染色体细胞→影响或改变人体遗传密码→使人患各种疾病。绿色和平组织的核科学家卡洛斯—布拉沃报告说，若在空气或城市供水中，混入1克钚—239，则：足以毒死100万只鸽子；足以使100万人患癌症；1微克钚在人体潜伏20年后，可能发作致癌；通过呼吸进入人肺部的含钚—239尘埃，能通过血液和淋巴系统扩散到人体各部分。1945年8月底，在美国新墨西哥州的原子弹实验基地，年轻的原子物理学家路易斯•达格里恩的悲剧。钚—239的半衰期科学研究显示，仅元素周期表中第94号钚元素就有十几种同位素，其中，钚—238的半衰期是88年；钚—239的半衰期是24110年；钚—235的半衰期是4亿年以上。所谓半衰期的概念就是，它们的活跃放射线时间分别为：88年、24110年、4亿年，就是说当岁月流逝这么多年后钚同位素发出射线的能力才减少一半，若待放射性完全消失，须经历的时间大约是半衰期的10倍左右。地球上有多少钚？据资料报道，6000克钚可制造成一枚原子弹，而其中仅有1克钚消失了，是它导演出了令人望而生畏的蘑菇云，按照爱因斯坦质能公式，这1克钚转化成核爆炸所需的全部能量。其能量之巨大，与2万吨三硝基炸药（TNT）相当。非常不幸的是，钚弹爆炸时，有95%的放射性钚都气化扩散到大自然中。如前介绍，钚—239的半衰期约为24110年，所以，人类在20世纪50—70年代进行大气层核试验产生的钚，至今仍残存在我们生活的环境中。在核试验最频繁的美国，尤其严重。地球上的钚越来越多据国际原子能机构近年公布的有关核废料资料披露，20世纪全球400余座核电站共产生了19万吨核废料，其中，美国产生了4万吨核废料；英国产生了3万吨核废料，预计在未来10年将超过4万吨。通过处理可得到100吨钚—239；亚洲日本国近50座核电站生产的核废料，可提炼10吨钚—239。此外，他们还不断从欧洲进口大量核废料进行加工以获得钚—239。核废料的存放到目前为止，我们仍未找到安全处理核废料的万全之策，目前世界各国通用的做法仍是用混凝土或金属容器封装好核废料，再深埋到100m左右的地下岩洞、废气矿井或海底岩洞等核废料场中。按有关国际规定，这样的核废料场应有300年的安全期，但这仍远远小于钚—239的半衰期（2万多年）。因此，经过这样处理的核废料仍存在不安全因素，它们仍然令世界各国政府和科学界为之担忧！令人不安的是，当今世界上存在的19万吨含钚—239的核废料正在衰变过程中，正以15千米/秒的高速度放射α粒子和其他放射线，污染着环境，危害着人类健康。科学家的努力在欧洲核子研究中心工作的卡洛斯•鲁比亚教授提出过一种新型核电站方案，它使用的核燃料不是钚，而是灶，灶不仅烧得干净，而且核废料中不含令人头痛的钚—239，没有放射性；英国菲尔德大学地质学家弗格斯•吉布新提出把核废料深埋到的地下岩层（而非现在的1000m深）。头几天，核废料将利用自身的余热使周围岩石融化，几个月后冷却，从而把核废料罐完全包裹起来，形成一个更安全的核废料坟墓。理论推导显示，5000m的深度，应该是钚—239的最好归宿。人们将核反应堆形象地比喻为核电站的“锅炉”，在这种“锅炉”里烧的是铀、钚等核燃料。在核电站“锅炉”这个家庭中，有一个特殊成员——快中子增殖反应堆，简称“快堆”，现在已成为核反应中的佼佼者。在一般锅炉里的燃料如煤、燃油等都是越烧越少，而“快堆”的“燃料”却越烧越多，成了魔炉。“快堆”——明天的核电站“锅炉”在“快堆”中用的核燃料是239Pu(钚bù)。1个每吸收1个快中子发生裂变反应会放出2.45个快中子，除去1个用于链式裂变反应后，剩下的1.45个快中子会被装在反应区周围的238U（大量存在）吸收，产生1.45个新的核燃料原子239Pu

。“快堆”为什么会有增殖燃料的本领呢？就是说在核锅炉中一边“烧”掉，又一边使238U转为成新的，而且新产生的比“烧”掉的还多。这就使“快堆”的燃料越烧越多。“快堆”增殖核燃料把铀资源的利用率大大提高了，因为它正好解决了热中子核反应堆产生的大量238U废料堆积问题。一座快堆核电站，在5～15年的时间内可使燃料数量翻一番，通过建造快堆核电站，既能用238U发电，又能增殖燃料，因此“快堆”被人们称为“明天的核电站锅炉”。中国快堆在建设中1、放射性废料的危害核废料是指含有α、β和γ辐射的不稳定元素并伴随有热产生的无用材料，核废料进入环境后会造成水、大气、土壤的污染，并通过各种途径进入人体，当放射性辐射超过一定水平，就能杀死生物体的细胞，妨碍正常细胞分裂和再生，引起细胞内遗传信息的突变。核裂变能的利用带来的问题研究表明，孕妇在怀孕初期腹部受过X光照射，她们生下的孩子与母亲不受X光照射的孩子相比，死于白血病的概率要大50%。受放射性污染的人在数年或数十年后，可能出现癌症、白内障、失明、生长迟缓、生育力降低等远期效应，还可能出现胎儿畸形、流产、死产等遗传效应。

2、放射性核废料的处理与核能相关的一个最困难的问题就是在开采、燃料生产以及反应堆的运行过程中产生的核废料的处理，如何处理这些废料可能将是最终核能使用的最大障碍。目前，核废料的处理有“天葬”、“水葬”和“火葬”三种方法。切尔诺贝利核电站所谓“天葬”是指：把核废料先固化成玻璃块，装到特制的合金棺中，在棺材外面装上隔热外套，然后用航天飞机把它带入预定的轨道，机械手随即把它推入太空，再点燃助推火箭将它送入3000千米的轨道上，让核废料远远离开人类生活的地球。“火葬”是美国能源部研制的一种处理核废料的先进方法。火葬前，先在地下挖一个深坑，把放射性物质放入坑内，用特制的盖子把坑顶盖好。将空气净化器上的一根导管从盖子上插入坑内，坑内装４个碳电极，电极接通后，就会产生一股强大的电流，使坑内的泥土温度上升到几百度。在这样的高温下，泥土开始溶化，使核废料均匀地分布在浆状的泥石溶液里。当溶化的泥石浆冷却后，与核废料一起形成了一种类似天然岩石的坚硬物质，其硬度比天然花岗石和大理石更高，渗透性更低，而且体积也缩小了好几倍。最后用泥土把坑封死，一切放射性物质均被围困在里面，不会外泄。“水葬”就是将深海作为核废料的墓场。将核废料装入密封的合金棺，再用混凝土密封在海底下面。氢气作为能源遇到的两个问题

氢气的制备氢气的储存（一）氢气的制备（１）热化学工艺制氢热化学工艺主要是将碳水化