太阳能生物质能和氢能的利用

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用能源依据产生的方式可划分为一级能源和二级能源。一次能源：是指在自然界中能以现成形式提供的能源。例如：天然气，煤，石油

二次能源：是指需要依靠一级能源的能量间接制取的能源。例如：电能，一氧化碳，氢气氢气属高效无污染二级能源，是因为自然界中现成氢气很少。能源的分类

可再生能源定义1：具有自我恢复原有特性，并可持续利用的一次能源。包括太阳能、水能、生物质能、风能、波浪能、潮汐能等。地热能也可算作可再生能源。

定义2：在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充或重复利用的能源。例如太阳能、风能、水能、生物质能、潮汐能等。11.①煤②石油③天然气④潮汐能⑤电能

⑥太阳能⑦氢能⑧核能根据要求将上述能源进行分类（填序号）（1）一次能源______________（2）二次能源___________________（3）可再生能源_________________（4）不可再生能源__________________随堂练习（1）①

②

③

④⑥

⑧（2）⑤⑦（3）④⑥

⑦

（4）①

②

③⑤

⑧能源消耗速度加快石油40年天然气

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年煤碳227年能源危机所以我们要开发和利用新能源!化石燃料燃烧的缺点：燃烧热效率低、产物污染大气、储量有限、不可再生等。

为了解决全球的能源危机和燃烧化石燃料带来的环境污染问题，世界各国都在致力于开发和利用太阳能、生物质能、氢能等洁净高效新能源，而太阳能是最诱人的。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达1.73×1017W，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。太阳能地球上最根本的能源是太阳能。

太阳能丰富、经济、环保。太阳能的利用方式：1、光－热能转换原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能太阳能热水器太阳灶大棚原理：根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能2、光－电转换太阳能发电美国军用太阳能发电帐篷美国无人驾驶太阳能飞机利用太阳能的电动车太阳能的利用:光能-电能太阳能汽车太阳能的利用:光能-电能3、光－化学能转化（1）运用（暖袋）选择芒硝晶体Na2SO4·10H2O）白天吸收热量溶解，晚上放出热量结晶，故可利用此类盐的结晶水合物以调节室温。（2）光解水——利用太阳辐射能和催化剂可以使水分解制的氢气。Na2SO4·10H2O阳光Na2SO4+10H2O吸热Na2SO4+10H2ONa2SO4·10H2O放热4、光－生物质能转换原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射转化为生物质能本质：光能→化学能植物的光合作用——大自然利用太阳能最成功的途径。科学家估计，地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球能源年耗量的10倍左右。(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6

C6H12O6(s)＋6O2(g)→6H2O(l)＋6CO2(g)△H＝－2804kJ·mol－1

动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化成进而生成二氧化碳和水，释放出热量，供给生命活动的需要。在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，把光能转化为化学能。+6CO26H2O叶绿素光C6H12O6+6O2太阳能的利用光－化学能转换：自制暖袋(硫酸钠晶体),用水制氢气(光解水)；光－生物质能转换：植物光合作用(本质上也是光－化学能转换)光－电转换：太阳能电池、太阳能灯塔、太阳能电站,高山气象站等；光－热转换：地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶等太阳辐射能大气升温不均匀形成风（空气动能）使水循环形成水流（水流能）被绿色植物微生物吸收食物煤石油天然气（化学能）直接利用太阳灶使大地变热被海水吸收太阳辐射地球上各种能源形成洋流（波浪能）地热能太阳能开发、利用中存在的困难和问题1、太阳能利用受季节和天气阴晴影响；2、太阳能的能量密度低；3、有的太阳能利用装置，效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。二、生物质能的利用来源：植物及其加工产品所贮存的能量生物质包括农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油料植物、城市与工业废弃物、动物粪便等。这些物质中蕴藏着丰富的生物质能。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。1．直接燃烧燃烧植物的枝叶获得热量是远古人类就利用的取热方法，用纤维素代表植物枝叶的主要成分，其燃烧反应可表示为：(C6H10O5)n＋6nO26nCO2＋5nH2O点燃→缺点:生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率在20－40％之间。拾柴晾晒在墙上的干牛粪2．生物化学转换优点：不仅能有效地利用生物质能，还能为农业生产提供优良的肥料。（1）转化为沼气：将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下，经过沼气细菌的作用，生成沼气。（主要成分是甲烷）（2）转化为乙醇：用含糖类、淀粉较多的农作物(如玉米、高粱)为原料，在催化剂存在下，经水解和细菌发酵，可以制得乙醇。用途：乙醇可以直接作为燃料，也可以和汽油混合后作发动机燃料。

2．生物化学转换(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6酶→nC6H12O6酶→2C2H5OH+2CO2↑乙醇汽车乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。首先，乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃烧更充分，有效地降低了尾气中有害物质的排放；第二，有效提高汽油的标号，使发动机运行更平稳；第三，可有效消除火花塞、气门、活塞顶部及排气管、消声器部位的积炭，可以延长主要部件的使用寿命。3．热化学转换使生物质能在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃气体。如利用木炭制造水煤气，并带动蒸汽机作动力.阅读课本50页拓展视野，小结用焚烧的方法处理垃圾有什么优点？1、减轻了垃圾占地给城市造成的压力2、焚烧产生热量发电3、焚烧的余热可以取暖4、残渣可以修桥铺路三、氢能的开发与利用1、热值高2、原料丰富3、产物无污染氢能的优点：为什么目前氢能还没有作为常规能源使用？制氢的成本、贮存和运输等方面碰到难题绿色能源1、解决制氢的能耗问题1）以天然气、石油、和煤为原料，在高温下与水蒸气反应制得2）电解水制得3）生物质气化制得4）光解水制得氢能的产生方式：氢气的贮存、拓展视野P51LaNi5+3H2LaNi5H6贮氢合金（五镍化镧）是如何贮存氢气的？氢气的贮存和运输问题碳纳米管储氢材料光解水制氢

微生物制氢

我国近年也已开发出以厌氧活性污泥对有机废水发酵制取氢气的技术，生产成本低于电解水制氢，并能以中型规模制氢，产氢率达5.7m3/m3反应器/d，被列入我国2000年十大科技进展。H2OH2

、O2用于燃料电池、化学能转化为电能电解，电能转化为化学能燃烧，释放能量利用光分解催化剂，利用太阳能分解水氢能的产生与利用的途径蓝绿藻、阳光2.下列关于贮氢的说法不正确的是（）A.氢气密度小、熔点低，液氢存储困难B.氢气遇火极易爆炸，贮存时应考虑安全问题C.贮氢合金完全通过物理方法来贮存氢气D.LaNi5（镧镍合金）在室温、适当压力下可以吸收H2，形成LaNi5H6DC课堂练习1．下列属于直接利用太阳辐射能的方式的是：()①光-热转换②光-电转换③光-化学能转换④光-生物质能转换A．①②③B．①③④C．①②④D．①②③④3．下列说法正确的是（）A.天然气、石油、煤都属于可再生能源B.化学反应中的能量变化都表现为热量的变化C.人类所使用的能量绝大部分是生物质能D.植物的光合作用属于光－生物质能转换，本质是光－化学能转换D4.下列不属于直接利用太阳辐射能进行光-热转换的是（）A、太阳能热水器B、温室C、大棚D、太阳能电池D6、关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向错误的是

（）A、构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢气成为二级能源B、设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C、寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量。D、寻找特殊催化剂，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气5、下列叙述正确的是（）A、电能是二级能源B、水力二级能源C、天然气是一级能源D、水煤气是一级能源ACAC7．我国实施的“西气东输”工程，从新疆开发天然气，输送到上海等东部城市。下列关于天然气的叙述不正确的是（）A.天然气和沼气的主要成分是甲烷B.将液化石油气（主要成分是丙烷）改为天然气作燃料，燃烧时应减少空气进气量或增大天然气进气量C.天然气燃烧的废气中，SO2等污染物的含量少D.天然气与空气的体积比为1：2时，混合气点燃爆炸最剧烈CH4+2O2=CO2+2H2ODC3H8+5O2=3CO2+4H2O8、氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2O激光TiO22H2↑＋O2↑。制得的氢气可用于燃料电池。试回答下列问题：(1)分解海水时，实现了从________能转变为________能，二氧化钛作________。生成的氢气用于燃料电池时，实现了从________能转变为________能。水分解时，断裂________键，分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上分别通入氢气和氧气，发生的电池反应为2H2＋O2===2H2O。则通入氢气的一极是电池的________极，电流从该极________(填“流入”或“流出”)。(1)光化学催化剂化学电共价吸热(2)负流入太阳能、生物质能和氢能的利用一、太阳能1、光—热转换2、光—电转换3、光—化学能转换4、光—生物质能转换光合作用：叶绿素C6H12O6+6O2光6H2O+6CO2二、生物质能利用1、来源：植物及其加工产品所贮存能量2、利用（1）直接燃烧点燃（C6H10O5）n＋6nO2→6nCO2