钼化工市场年评和电化学技术在新能源中的利用

2010年钼化工市场年评引言2011年作为“十二五”开局之年，中国经济增长模式转变将进入关键期，12月3日召开的中央政治局会议提出，明年要实施积极的财政政策和稳健的货币政策，增强宏观调控的针对性、灵活性、有效性。12月中旬结束的中央经济工作会议提出，明年中国宏观经济政策的基本取向是积极稳健、审慎灵活，要努力提高应对复杂局面的能力，保持经济平稳较快发展。面对依旧不明朗的保护性开采和战略收储政策，2011年钼市发展指向何方引起人们热议。一、2010年钼化工市场回顾此时回顾2010年的钼市，市场参与者认为钼价依然处于横盘调整期，之前大家预期中的高潮并未出现。1.1钼化工内销市场走势回顾图12005-2010年钼精矿价格走势图22010年钼精矿价格走势注释：2010年，钼精矿价格可谓“中规中矩”，只在1900-2400元/吨度的小幅范围内波动，没有出现09年那样跌到1500元/吨度的超跌价格，也没有走出强力反弹的行情，难免让人感觉缺乏激情。年内共出现了4波上涨行情。第一波，在年初受钢厂备货需求和国际钼行情向好推动，钼价站上2000元/吨度并一直上涨到2250元/吨度，之后逐渐进入春节的清淡期。第二波，是虎年春节之后。春节期间国外钼价大幅上涨带动国内钼价直线飙升，但是上涨过快以至拖垮了成交，之后整个2季度钼精矿市场成交一直较低迷，价格在2200-2300元/吨度左右稳定了一段时，当时除正常需求外成交不多，市场观望气氛相当浓重，行情较为清淡。而后前期虚高的价格因为缺少了需求的支撑一路下滑，价格低谷出现在7月初，主产区钼精矿价格跌至1900元/吨度的年内最低点。第三波。一场遍及河南、吉林等主产区的洪水“挽救”了低迷的国内钼市，暂时性的供应短缺催生出今年钼精矿价格的第三波上涨行情，主产区钼精矿被推升至2050元/吨度，至9月份受影响的产能基本恢复，钼价再次下滑。市场又陷入观望，抄底心理萌生。第四波。四季度刚开始，就在部分市场参与者还对后市看淡时，钢厂备货需求相对集中进场加之节能减排等政策和有色金属股价飙升，内外因素合力推动钼价出现一波较为强势的上涨，钼精矿价格涨至2150-2200元/吨度，这波行情持续了30天左右的时间。图32010年四钼酸铵价格走势注释：从上述2010年一级品四钼酸铵价格和钼精矿价格走势图上可以看出，相比之下四钼酸铵价格调整频率不及钼精矿市场频繁。年内几次上涨通常较初级市场滞后。四钼酸铵价格从进入2010年就延续了上一年的上涨势头，之后价格稳定在14万元/吨左右横盘进入春节。初级产品价格强力回升的动能在春节后给予四钼酸铵市场以有力支撑，一级品四钼酸铵价格连续几次调高后，稳定在14.5-15万元/吨，或许多数市场参与者都没有预料到，这样的价格会是四钼酸铵在2010年的最高点。随后长达3个月左右的高位徘徊，四钼酸铵成交稀少和市场浓重的观望情绪让生产企业着实感到高处不胜寒的滋味。四钼酸铵市场从5月中旬开始失去成本因素的支撑价格急速下滑，一级品四钼酸铵跌至不足13万元/吨的年内低点。之后同样是洪水导致的供应暂时短缺才使价格重新上涨，一级品四钼酸铵价格在13-13.5万元/吨左右维持了一个多月。与初级市场一样十一长假过后，四钼酸铵市场在限电停产和节能减排风暴中再次上涨，价格达到14万元/吨以上。12月份政策影响力削弱之后，价格又开始下滑。1.2钼化工外销市场走势回顾表12001-2010年中国钼产品出口税率变化表2010年6月22日，经国务院批准，各省、自治区、直辖市、计划单列市财政厅（局）、国家税务局、新疆生产建设兵团财务局下发了关于取消部分商品出口退税的通知，取消了部分钢材、有色金属加工材等406种产品的出口退税。其中与钼相关的产品包括取消了锻轧钼条、杆、型材〔8102950000〕和其他钼制品（8102990000）5%的出口退税，自2010年7月15日起该通知内容正式生效。此后这两类钼产品将不享受出口退税，意味着企业出口成本必然提高了5%。图42010-2010年钼化工产品出口数据在对钼产品外销市场的了解过程中，有不少企业抱怨今年的外销市场更加不好做了。钼酸钠出口量基本能维持平稳，钼酸铵除了几家业内龙头企业外，其余企业在国际市场上基本失去了竞争力。对于国内市场参与者来说，进口钼产品需要交纳17%的增值税，而-5~20%的出口关税（钼化工产品为5%），也使得我国钼产品的竞争力不够强劲，部分化工产品的价格优势不及南美等地同类化工产品。表22010-2011年上半年中国钼化工品出口配额从表2中的钼出口配额可以看出钼化工产品的出口配额掌握基本在大型企业中，各中小企业在外销市场上的舞台实在很小。业内分析人士指出，目前国际钼价和中国钼价的价差还不是很大，所以无论是进口还是出口利润都不大。2010年，前10个月钼化工产品共出口1099金属吨，按比例估算全年出口量约为1319金属吨，仅完成4000万金属吨出口配额的33%。参照各企业2008年到2010年10月的产量、出口数量、出口金额，商务部于2010年12月28日发布了2011年第一批有色金属出口配额，其中钼金属的出口配额总量仍为2.55万金属吨，上半年数量为年度总量的60%。拥有钼化工产品出口配额的企业从12减少到10家，上半年的出口总量与上年同期持平，为2400金属吨。为应对08年的金融危机，中国政府启动了4万亿的天量救市资金，国内部分经济学者已经感觉到我国经济正在货币超发的大背景下运行。人民币适度缓慢升值有助于分散出口企业压力，抑制输入型通胀，中国钼产品出口阻碍也逐渐增大。与此呼应世界钼行业领军企业ThompsonCreek认为，中国既是钼产品最大的生产国也是最大的消费国，中国的钼消费将大幅增加，将在长期内成为净进口国，认为氧化钼在20美元/磅左右会有一些波动。二、2010年钼化工市场行情分析2.1成本因素——利润微薄面粉价格上涨的话，面包的价格不涨也难。从“蒜你狠”、“姜你军”、“豆你玩”、“糖高宗”到“苹什么”，生活成本的提高似乎越来越让人心悸，2010年度汉字评选活动“涨”字高居榜首。2010年钼化工企业的整体情况可以概括为：产量基本持平，利润有所缩水。因为即使全年来看初级原料市场价格变化范围都不大，下游化工市场始终紧跟初级市场走势，甚至钼精矿反弹势头比较小时，化工产品价格干脆就不波动了，化工市场与初级市场行情存在滞后的情况，这是化工企业认为比较难做的地方。河南栾川地区是国内钼主产区之一，7月末的暴雨使当地的生产加工秩序被打乱。期间矿山企业的选厂被迫中断，有些企业的库存货物被淹，另有企业的尾矿库溃坝。据当地企业称，生产安全问题当然是要考虑的，但刚发生洪水时大家都忙着抢险救灾，洪水导致了电力设备、道路桥梁受损，所需的重建修复时间较长，期间原料运不出来。就在大家的目光还关注于栾川地区钼精矿何时能恢复生产时，8月初又一钼主产区吉林永吉县又发水了，暴雨导致当地通讯一度中断。随后当地政府对各企业进行停产整顿，钼产量和市场供应量暂时受限，钼价经历跳跃式上涨。洪水虽然没有对钼化工企业产生直接影响，但化工产品价格却借着洪水之势涨高，四钼酸铵价格从7月份的12.7-12.8万元/吨左右上涨到8月份的13.2-13.3万元/吨。化工企业坦言，2010年留给他们的中间利润较为微薄，与去年相比利润空间缩水了。一些企业用镍钼矿和废料生产的四钼酸铵开始占领市场份额，因为这样成本相对低一些。2009-2010年各月一级品四钼酸铵平均价格如图5，其中2010年四钼酸铵月均价在12.9-15万元/吨之间。图52009-2010年一级品四钼酸铵月均价2010年，钼化工产品成本增加的另一个因素是辅料价格大涨。硝酸、液氨、和煤价都没有落下，每生产一吨钼化工产品，辅料成本就增加了2000元左右。不过因为和钼不属于同一行业，企业想转嫁成本的说服力也不大。相关媒体预计，2011年煤炭行业供需将是紧平衡态势。国际煤价比国内煤价高10%~25%，是国内煤价的有效支撑。2.2供求因素——期待闪光原料特别是高品位原料供应紧张是钼化工产品价格的又一有力支撑。化工企业多数在河北、吉林等地采购钼精矿，品位高、含杂低的原料产地有限，使这些地区的矿山企业基本不担心有库存压力，几乎钼精矿一生产出来就会被老客户拿走。钼化工产品的主要消费领域是钼制品、催化剂、润滑剂、颜料等企业。一些在行业里有市场占有率的钼制品企业为抵御市场风险，已经可以自己生产一部分钼酸铵做为原料，在现货市场上的采购量有所减少，没有了需求的刺激，化工产品利润率提升幅度受到限制。2010年钼化工市场设计产能约为3.6万金属吨，全年钼化工产品产量约为1.8万金属吨，开工率在50%左右，较去年的44.5%有小幅度提升。2010年钨产品价格疯狂上涨，熟悉市场的人可能了解，钼市与钨市的本质区别在于钨产品供应量有巨大缺口，这也能解释市场参与者的疑问，即为什么以钨为首的其他有色金属大涨而钼不涨？2.3经济因素——三率齐动在全球化时代，很多经济现象都可能是内外因素共同作用的结果，从年初的希腊到年末的爱尔兰，债务危机阴云仍笼罩在欧洲市场上空，正所谓病来如山倒，病去如抽丝，欧美经济在遭受金融危机和债务危机重创之后，要恢复起来也是缓慢的。长期以来作为中国GDP重要支柱的房地产业于2010年迎来史上最严厉调控政策不再风光无限。四季度上证指数站上3100点之上，有色金属个股作为先行军，涨势喜人。2010年真的发生了很多重要的事情，然而这其中存款利率、准备金率和汇率的变化趋势正在形成，值得回顾。三率齐动，货币政策将稳健。2010年，央行共六次提准、二次加息。统计显示，据今年距最近的一次利率调整时间是2008年12月22日的利率下调，今年央行两次调息的日子分别选在10月20日和12月26日。央行今年以来已经六次上调存款准备金率，仅12月份就三次宣布上调存款准备金率，大型金融机构的存款准备金率已达到18.5%的历史高位。央行加息主要是调节通胀预期，表明宏观政策密切关注通胀。明年的货币政策转为稳健型，重在调节通胀预期，调节供给是最有用的工具。专家预计，2010年第二次加息时点提前到年末意味着加息周期提前到来，明年仍有多次加息和上调存款准备金率的可能和空间，加息比提准对抑制通胀的作用更大。2.4政策因素——喧宾夺主●《钼行业准入条件（征求意见稿）》工信部与2010年2月9日发布《钼行业准入条件（征求意见稿）》。征求意见稿要求，矿山企业应具有与采选生产规模相适应的组织管理系统以及生产作业装备、工业场地、排石土场、尾矿库等配套工程设施。露天矿采选矿综合生产能力不得低于日处理矿石量1万吨；坑采采选矿综合能力不得低于日处理矿石量5000吨。采选企业应配备与生产规模相适应的能耗低、效率高的先进设备，严禁使用产业结构调整目录中规定淘汰工艺和设备。冶炼生产企业工业氧化钼（含钼不低于51%）年生产能力不得低于5000吨、钼铁（含钼不低于60%）年生产能力不得低于5000吨。征求意见稿还对环保标准和产品质量做出了明确的要求，并明确，国家发布行业污染物排放标准后按新的行业标准执行。今后，工信部将根据以上标准定期公告符合准入条件的企业名单。对不符合准入条件的新建和改扩建项目，投资管理部门不予审批、核准和备案，金融机构不得提供贷款和其他形式的授信支持，土地管理、城市规划和建设、环境保护、消防、卫生、安监等部门不得办理有关手续。为促进钼行业产业结构调整和优化升级，工信部发布的这份《钼行业准入条件（征求意见稿）》，被业内解读为对中小企业的利空，而大型上市公司将从中受益。●10月节能减排风刮至钼行业9月份，节能减排力度空前，已经从钢铁行业蔓延至有色行业。河北等地的钼选厂、氧化钼厂和钼铁厂首先被要求停产。随后河南地区也遭遇限电停产风暴。总体来看，为完成十一五期间的节能减排目标，今年下半年节能减排、限电限产政策一波接着一波地持续地影响着市场供应，参与者也因此感受到钼产品价格对国家政策很敏感。另有有市场参与者认为节能减排减执行的如此坚决，是国家为避免出口萎缩，市场供大于求所采取的一种措施。2010年12月25日，前工信部部长李毅中在全国工业和信息化工作会议上表示，2010年淘汰落后产能任务已全面完成。●总量控制保护性开采+战略收储国土资源部计划把钼列入保护性开采矿种，从2011年开始实行开采总量管理，下达开采总量指标。这将使钼成为继黄金、钨、锡、锑、稀土后第6个被列入保护性开采的特定矿种。同时，相关部门也正在开展对包括钼在内的十种（稀土、钨、锑、钼、锡、铟、锗、镓、钽和锆）金属进行战略收储的研究工作，目前已进入验收状态。这是钼首次进入国家层面的收储计划。相关人士指出，此次进行战略收储的研究，就是希望通过收储形式，在一定程度上调节市场供需平衡，达到维持价格稳定运行的目的。统计数据显示，2010年前10个月包括钼在内的十种有色金属产品产量为2614万吨，同比增长23.9%。有色金属协会的预测，到2015年十种金属的表观消费量很有可能突破4380万吨，总产能将控制在4100万吨以内，在控制总量的同时，将大力提升产品附加值，发展下游深加工产业。根据规划，“十二五”期间，有色金属行业发展的总体思路将以满足国内市场需求为主，充分利用境内外两种矿产资源，大力发展循环经济，严格控制冶炼产能盲目扩张，中东部地区将严格限制冶炼产能建设，将之引导向西部资源产地靠拢坚决淘汰落后产能，加大自主创新，推进产业结构调整和优化升级。高性能铜、铝、镁、钨、钼、钽、铌等合金材料、高性能稀土材料、高性能贵金属材料、高性能多晶硅、单晶硅材料、高性能电池以及超导材料将在今后五年获得重点发展。三、2011年钼化工市场行情预测3.1供需情况分析预测2010年的钼市场还处在过度调整期，并没有什么大好行情，对于化工企业来说，下游需求平淡、产品利润不丰厚一直是他们不能放开手脚操作的原因，企业的库存不多一般在10-30吨左右。据了解，含税钼精矿价格在2500元/吨度是个重要关口，如果明年钼精矿价格能够达到这一高点，会有大批矿山恢复生产。据钼市场年评中的《2011年中国钼供需平衡表》显示，2011年的钼供求平衡值约为0.387万吨金属，说明2011年钼供应量将比需求量多出0.387万金属吨。国际市场方面，参与者普遍认为2011年供应将更加紧张，因此长单升水提高了，2009年钼铁价格在30美元/公斤钼左右，而2010年年末一段时间国际钼铁价格已经涨到40美元/公斤钼左右了。市场近几年来第一次感受到消费商有足够的自信重回长单市场，铁合金生产商在谈判桌上重归强势。多数钢厂都想签订相当于其铁合金计划用量75-80%的长单，而去年这个数字是50%。2011年钼化工行业总产能将基本与2010年相同，2010年仅有50%的开工率估计会随着原料产品价格的上涨、价差的拉大而有所提高。行情不够的好的时候，生产企业还将继续维持以销定产的策略。2010年12月22日零点，国内93号汽油单价首次突破7元人民币，石油、天然气价格一直持续上涨，相关人士也认为2011年涨势还将持续，因此催化剂行业依旧被看好，市场参与者对明年行情有较好预期，七钼酸铵和高纯三氧化钼生产企业与催化剂企业签订长单的情况将决定他们的利润率如何。3.2世界经济与中国力图稳健的货币政策不同，2010年11月3日，美联储宣布实施第二轮量化宽松的货币政策，美元是一种国际性货币，全球相当多的大宗商品交易都用美元，投资和金融市场的交易也使用美元。当前，美国国内低通胀率、高失业率、共和党“逼宫”等多重因素叠加，弱势美元更符合美国的国家利益，这为国际大宗商品营造了较好的流动性环境，其金融属性仍将会受到进一步激发。欧债危机有愈演愈烈之势，矛头已指向了葡萄牙、西班牙等国，因此国际货币体系仍不稳定。联合国经济与社会事务部发布的《2011年世界经济形势与展望》报告预计，中国2011年经济增长预计为8．9％。报告指出，相较于发达国家的复苏乏力，发展中国家在今后两年将持续推动全球经济复苏，但增长势头会有所减弱，预计2011年发展中国家的增长率将从2010年的7％降至6％。减缓的原因既来自国内宏观政策的逐步收紧，也受到主要发达国家复苏缓慢的影响。报告说，亚洲发展中国家在中国和印度的带领下增长强劲，中国2011年经济增长预计为8．9％，印度为8．2％。此外，拉丁美洲国家2011年经济增长预计为4．1％，尽管较2010年的5．3％有所下降，但仍相对稳健。报告认为，虽然源于发达国家的全球金融危机对发展中国家造成了严重的影响，但不少发展中国家在危机前有着良好的宏观经济基础和足够的政策缓冲。新兴经济体采取的积极刺激政策，有效地促进了国内需求增长，减缓了外部冲击，因此，发展中国家和转型经济国家，特别是一些新兴经济体，其复苏力度远比发达国家强劲。四、总结国内新闻曾调侃如今的稀土资源卖了“白菜价”，可见“资源为王”的理念似乎日益深入人心。2010年钼价仍处在相对洼地，下半年出台的保护性开采和战略收储等政策也还没有具体落实。2010年钼价涨幅不如其他金属，参与者希望钼价在2011年迎来补涨，市场充分调整后谁说钼价不能走出一个钨式的上涨呢？不过无论初级产品钼价涨到什么程度，相比之下化工产品的利润都将更加理性，把握好原料采购和产品销售的时机才是最关键的。

电化学技术在新能源中的利用一.能源的概况1.能源的重要性1.能源的重要性自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色.从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用.2.能源的种类2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油,天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能,太阳能和氢能等.其中煤炭,石油,天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源.3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多.据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤,石油和天然气的储采比只有82,15和46年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的一段时间能使用化石能源.随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.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.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3,4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一.在本世纪初联合国关于环境污染的调查中,发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄.4.21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费.目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需求量降低2530%.我国在能源利用方面的效率很低,我国的能耗很高,是世界平均水平的2倍,发达国家的5-10倍,因此更应重视节能技术,我国应该充分重视化石能源的高效利用.(2)世界能源系统将发生重大变革世界能源系统将发生重大变革据预测,20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统.在20世纪末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为,在20世纪上半叶,化石燃料仍将是世界一次能源的主体,但到21世纪下半叶,太阳能,生物质能,风能等新能源将占世界能源的50%左右.(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少,而煤炭储量相对较多,因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视.主要发展的技术是洁净煤技术,煤液化和汽化技术.(4)新化石能源的开发将得到强化新化石能源的开发将得到强化近年来发现,在海洋300米深处有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的开发已经受到特别的关注.据估计,世界甲烷水合物的储量可能超过石油,天然气和煤炭储量的总和.因此,甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视.(5)核能的利用将进一步得到重视核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计,在20世纪末,全世界运行的核电站有436座,总发电量为3.5亿千瓦.这些电站主要分布在美,法,日,英,俄等31个国家,近年来,由于担心核电站运转的安全性,核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响,核能的发展在发达国家已有下降趋势,但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势,我国准备在今后几年内建造4座核电站.受控核聚变是一直受人们关心的技术,因为在海水中大约有23.4亿万吨氘,如受控核聚变技术在21世纪能得到应用,在21世纪末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的开发将越来越受到重视可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常,人们对新能源的开发越来越重视.其中水力能,地热能,海洋能和风能的可利用资源有限,因此,太阳能,生物质能和氢能的利用将倍受关注.二.生物质能的利用1.生物质能的优点.(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约14001800亿吨,相当于目前世界总能耗的10倍,我国的生物质能也极为丰富,可作为能源开发的生物质能总量可达4.5亿吨标准煤.加上生物质能可再生.因此,生物质能的高效,规模化利用可有效缓解世界能源供需矛盾.(2)生物质能可多途径利用(a)直接燃烧.其热能和蒸汽可发电,技术成熟,但效率低.(b)生物转化.包括制沼气和水解发酵制取醇类.生物质制甲醇和乙醇技术基本成熟,但生产成本较高.生物质制沼气技术相当成熟.2002年全国已建1300多万个沼气池.(c)光热转化.通过气化,裂解,光催化等技术,获得气,液体燃料来发电.(d)生物柴油.从油料植物提取植物油,经甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃烧效率高等优点.(3)生物质能利用的环境污染少由于生物质利用过程中释放的CO2是其生长过程通过光合作用从环境吸收的,所以生物质能的利用过程不排放额外的CO2,而对环境污染少.生物质能的利用还能降低污染.如可利用生物质热解汽化技术处理生活垃圾等,可得到以甲烷为主的燃气,实现垃圾的减量化,无害化,资源化.2.生物质能利用的问题2.生物质能利用的问题生物质能利用的缺点主要是生物质分布广,大面积收集成本高,经济的收集半径在50公里以内,只适合建立小型,分散的生物质能利用系统.而小型转换系统的效率低,不提高生物质能的利用效率就不能获得好的经济效益,这是生物质能至今未能实现规模化应用的关键问题之一.因此,如何在小型,分散体系实现能量的高效,清洁及规模化利用是迫切需要解决的问题.三.太阳能的利用1.太阳能的优点太阳能的优点(1)太阳能来源丰富太阳能来源丰富太阳能来源丰富是众所周知的,这似乎是一种用之不绝,取之不尽的能源.太阳内部不停地进行热核反应,释放出巨大的能量,辐射到地球上的能量只占起辐射总能量的极小部分,约1/22亿,但地球每年接收的太阳能至少有6×1017千瓦小时,相当于74万吨标准煤的能量.其中被植物吸收的仅占0.015%.可见,开发太阳能利用的潜力很大.(2)太阳能的使用没有污染问题太阳能的使用没有污染问题这也是众所周知的,太阳能的使用基本上没有污染问题.(3)太阳能可多途径利用太阳能可多途径利用(a)太阳能的热利用.如太阳能热水器,太阳灶,太阳能蓄热池发电等.(b)太阳能发电.如太阳能电池和光电池.(c)光催化和光电催化制氢.主要用这两种技术从水或生物质中制得氢气.2.太阳能利用的概况太阳能利用的概况近年来,太阳能的利用发展很快,据1997年的数据,全球太阳能发电量已达800兆瓦.到2000年,日本已有7万个住宅用上太阳能电池,美国和欧盟计划在2010年前安装100万套太阳能电池.特别是把太阳能电池与屋顶瓦结合成光电发电系统,目前欧洲已有300套,年发电量为1亿千瓦.这种系统不但可供应清洁能源,而且美观耐用,寿命可达25年.太阳能的热利用发展更快.特别在我国,太阳能热水器的年产值已达60多亿元,居世界首位.3.太阳能利用的问题太阳能利用的问题开发太阳能利用的主要问题是如何提高太阳能的转换效率,其次是降低成本,这对我国特别重要,目前我国生产太阳能电池的能力已达几百兆瓦,但由于价格高,基本上都销往国外.第三,一些技术,如光催化和光电催化制氢技术还没成熟,没有达到实用化的阶段,应该抓紧这方面的研究和发展.四.氢能的利用1.氢能的优点氢能的优点(1)氢是自然界储量最丰富的元素.(2)氢是除核燃料外发热量最大的燃料.(3)氢燃烧生成水,是世界上最清洁的燃料.(4)燃烧性能好,可燃范围大,燃烧速度快.(5)氢可用多种方法大规模生产.(6)氢的利用形式多,可通过燃烧发电,通过燃料电池发电等.2.对氢能利用的重视2002年加拿大举办了以"氢行星"为主题的第14届世界氢能源大会.2003年在华盛顿召开15个国家和地区参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.冰岛计划用40年时间将冰岛建成"氢社会".布什将投资120亿美元来促进氢能源的发展.过去5年,工业化国家在氢能开发领域的投入年均递增20.5%.氢将取代天然气,油和煤而成为未来世界的主要能源,进入氢能时代已成为近年来的热门话题,21世纪将是氢能世纪.布什举着使用氢燃料的照相机我国对发展氢能经济也开始重视,参加了2003年在华盛顿召开的有15国家参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.2004和2005举办了两次关于氢能经济的中美双边会议.今年一月,中国科学院院士局召开了关于"石油替代能源"的研讨会,主要讨论石油资源可持续性分析,石油的替代能源,氢能燃料和我国的石油替代能源.并要组织人员进行软课题研究.3.氢能的问题3.氢能的问题(1)氢的价格氢的制备,储存和运输中的价格问题,是影响走进氢能时代的很关键的问题.要降低其价格,必须形成氢的制备,储存和运输的网络.(2)廉价清洁的制氢技术问题(2)廉价清洁的制氢技术问题目前制氢效率很低,氢的制取要消耗大量的能量,因此寻求大规模的廉价清洁的制氢技术是各国科学家共同关心的问题.(a)化石燃料制氢:目前,96%氢从化石燃料制备,技术成熟,但要造成环境污染.(b)电解水制氢:技术成熟,但耗能多,价格高.一般每生产1立方米的氢气,需要消耗4.2-6度的电能,其能量转化率不到32%.(c)生物质制氢:有可再生,产量大,可储存,碳循环等优点,从中长期看是最有前途的制氢方式.目前生物质制氢效率低.(d)生物制氢:国内外在选育高效产氢菌株工作进展不快,制氢效率低.(e)风能制氢:用风能发电来电解水产生氢,技术上没有问题,降低成本和风能发电量少是主要的问题.(f)太阳能制氢:该法还处在基础研究阶段,离商业化还有较远的距离.(3)氢的储运问题(3)氢的储运问题氢的储运技术主要解决储运的安全性和成本,现在由于储运技术不过关,因此浪费了许多氢.许多工业过程,如炼油,炼焦,氯碱,合成氨,合成甲醇及煤气制造等多有大量的副产品氢气,只是由于储运技术的问题而不能被利用.我国每年放空和烧掉的氢气至少在1010标立方米以上.因此解决氢的储运问题也是走进氢能时代的一个很关键的问题.目前氢的储运还有很大问题.(a)高压储氢:储氢量少,只有1%左右,还有不安全的问题.(b)液氢储氢:很不方便,储氢设备大,蒸发损失大.(c)吸附储氢:这是目前的研究热点,但储氢容量还较低,一般不超过2%.镁合金储氢在3%,但储放不可逆.热门一时的纳米碳管储氢也已没有了希望,最终的储氢量也只有1%左右.(e)化合物储氢:放氢不容易.(4)燃料电池还没有商品化用氢作燃料的燃料电池的出现是促进氢能利用的重要原因.近年来,由于化石燃料资源短缺和环境污染日趋严重,各国对燃料电池的研究十分重视.美国《时代周刊》把燃料电池列为21世纪十大高新科技之首,燃料电池已被认为是21世纪极具应用前景的一种新型能源系统.虽然燃料电池有很诱人的优点,而且燃料电池的发展已有100多年的历史,但至今还没有一种燃料电池已经真正商品化,因此,燃料电池何时才能商品化是一个与氢能利用密切相关的问题.4.反对氢能的意见4.反对氢能的意见(a)氢以化合物形式存在,制氢要消耗能源.它不是一种能源,而是能源的流通手段.(b)氢的泄漏会改变气候.氢不可避免泄漏,泄漏量可达15%.泄漏的氢会在大气形成水雾,它会象二氧化碳一样,使天气变暖.(c)现在一般用高压氢作燃料电池燃料,氢的泄漏会产生很大的不安全性,手机等的火花就会使泄漏的氢发生爆炸.(d)冰岛能做的,其他国家不一定能做,冰岛的氢都是电解水制得的,因该国70%的电是由地热和水电站产生的.(5)氢的清洁生产要用风能和太阳能.据估计,如用风能发电制氢,当风能发电量达到美国6%的用电量,风能发电机要占的面积要有半个加州那么大.(6)布什承诺投资120亿美元用于氢能的研究是一个微不足道的投资.美国去年用于核能和矿物质燃料方面的研究经费大于氢燃料的研究经费.美国推行"健康婚姻"的预算就有150亿美元.美国用于伊拉克战争的经费每月390亿美元.(7)氢燃料电池价格昂贵.目前内燃机成本为每千瓦50美元,而氢燃料电池为800美元.估计大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氢站也要花费大量的资金.五.燃料电池加速氢能利用1.燃料电池的优点.(1)燃料电池是一种高效清洁的能量转换系统,可降低环境污染和气候异常.(2)燃料电池能高效利用生物质转化产生的气,液物质和氢作燃料,因此,能促进氢能的利用.(3)燃料电池的发电效率不受体系规模限制,小型燃料电池同样能够实现高效发电,适合于生物质分散性的特点.2.燃料电池定义燃料电池是一种不经燃烧直接以电化学反应的方式将燃料的化学能转变成电能的装置,只要连续供应燃料,燃料电池就能连续发电.3.原理阳极反应:H2=2H++2e阴极反应:1/2O2+2H++2e=H2O总的反应:H2+1/2O2=H2O4.燃料电池分类碱性燃料电池(AFC)(1)碱性燃料电池(AFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Ag,氧化剂:氧电解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作温度:60-80oC用途:航天器和潜艇的动力源优点:比能量和比功率高缺点:对CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料电池(PAFC)磷酸燃料电池(PAFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:98%磷酸工作温度:200oC用途:家庭住宅能源和汽车动力源优点:稳定性好,已有商品生产缺点:用贵金属作催化剂,价格高.(3)质子交换膜燃料电池(PEMFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含水的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:汽车和潜艇等的动力源优点:比能量和比功率高,寿命长,应用范围广缺点:对CO敏感,价格高,800美元/千瓦,而内燃机50美元/千瓦.氢源问题.(4)直接甲醇燃料电池(DMFC)直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极:催化剂:Pt合金,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含硫酸的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:可移动的小型电子仪器设备动力源优点:比能量高,体积小问题:Pt对甲醇氧化电催化效率低,易被甲醇氧化中间产物毒化,甲醇会透过质子交换膜.(5)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)阳极:催化剂:Ni,燃料:氢阴极:催化剂:NiO,氧化剂:氧电解液:熔融碳酸盐(NaCO3-LiCO3)工作温度:600oC用途:发电站优点:反应温度高,不需贵金属催化剂.可用含CO的燃料气.寿命长.能量转换率高,可达80%.问题:高温下,电解液会腐蚀电极材料.寿命2万小时,商业上要4万小时.(6)固体氧化物燃料电池(SOFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极:催化剂:NiZrO2,燃料:甲烷,氢阴极:催化剂:NaCrO4等,氧化剂:氧电解液:ZrO2,CeO2等工作温度:900oC用途:发电站优点:不需贵金属催化剂.寿命长.可用各种燃料气.抗中毒能力强.能量转换率最高,可达80%以上.问题:高温下,密封困难,放大困难.价格高.5.PEMFC发展现状发展现状(1)世界各国对世界各国对PEMFC的重视世界各国对的重视近十年来,近十年来,PEMFC技术的研究开发受到技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,已出现许多PEMFC电动车样车.电动车样车.已出现许多电动车样车我国计划,年奥运会期间,我国计划,到2008年奥运会期间,将有我年奥运会期间国生产的燃料电池电动车会小批量,国生产的燃料电池电动车会小批量,示范性地行驶在街头.性地行驶在街头.年世博会期间,辆燃料电池公交到2010年世博会期间,20辆燃料电池公交年世博会期间辆燃料电池出租车,车,300辆