簡述化學學科在新能源開發(fā)中的作用

【專家解說】：新能源是相對于常規(guī)能源說的，有核能、太陽能、風能、生物質能、氫能、地熱能和潮汐能等許多種。新能源的共同特點是比較干凈，除核裂變燃料外，幾乎是永遠用不完的。由于煤、油、氣常規(guī)能源具有污染環(huán)境和不可再生的缺點，因此，人類越來越重視新能源的開發(fā)和利用。 (1)核能技術。核能有核裂變能和核聚變能兩種。核裂變能是指重元素(如鈾、釷)的原子核發(fā)生分裂反應時所釋放的能量，通常叫原子能。核聚變能是指輕元素(如氘、氚)的原子核發(fā)生聚合反應時所釋放的能量。核能產生的大量熱能可以發(fā)電，也可以供熱。核能的最大優(yōu)點是無大氣污染，集中生產量大，可以替代煤炭、石油和天然氣燃料。①核裂變技術，從1954年世界上第一座原子能電站建成以后，全世界已有20多個國家建成400多個核電站，發(fā)電量占全世界16%。我國自己設計制造建成的第一座核電站是浙江秦山核電站30萬千瓦;引進技術建成的是廣東大亞灣核電站180萬千瓦。核電站同常規(guī)火電站的區(qū)別是核反應堆代替鍋爐，核反應堆按引起裂變的中子不同分為熱中子反應堆和快中子反應堆。由于熱中子堆比較容易控制，所以采用較多。熱中子堆按慢化劑、冷卻劑和核燃料的不同，有輕水堆(用輕水作慢化劑和冷卻劑，濃縮鈾為燃料，包括壓水堆和沸水堆)、重水堆(重水慢化和冷卻，天然鈾為燃料)、石墨氣冷堆(石墨慢化，二氧化碳或氦冷卻，濃縮鈾為燃料)、石墨水冷堆(石墨慢化，輕水冷卻，濃縮軸為燃料)，這些堆型各有優(yōu)點，目前一般采用輕水堆較多。快中子反應堆的優(yōu)點可以充分利用天然鈾資源，熱中子堆只能利用天然鈾中2%的左右的鈾，而快中子增值堆可以利用60%以上，這種堆型還在進行商業(yè)規(guī)模示范試驗。②核聚變技術，這是在極高溫度下把兩個以上輕原子核聚合，故叫熱核反應。由于聚變核燃料氘在海水中儲量豐富，幾乎人類可用之不盡。所以世界各國極為重視。可以說，世界人類永恒發(fā)展的能源保證是核聚變能。 (2)太陽能技術。①太陽能熱利用技術比較成熟，有太陽能熱水器、太陽能鍋爐燒蒸汽發(fā)電、太陽能制冷、太陽能聚焦高溫加工、太陽灶等，在工業(yè)和民用中應用較多;②太陽能光電轉換技術，通過太陽能光電池把光能轉換成電能(直流電)，主要是光電池制造技術，太陽能電池有單晶硅、多晶硅、非晶硅、硫化鎘和砷化鋅電池許多種。這種發(fā)電技術利用最方便，但大功率發(fā)電成本太高。③光化學轉換技術，利用太陽能光化學電池把水電解分離產生氫氣，氫氣是很干凈的燃料。 (3)風能技術。風能是一種機械能，風力發(fā)電是常用技術，目前世界上最大風力發(fā)電機為3200千瓦，風機直徑97.5米，安裝在美國夏威夷。我國風力發(fā)電裝機總共20萬千瓦，最大風力發(fā)電機為120千瓦。 (4)生物質能技術。這是利用動植物有機廢棄物(如木材、柴草、糞便等)的技術。①熱化學轉換技術，把木材等廢料通過氣化爐加熱轉換成煤氣，或者通過干餾將生物質變成煤氣、焦油和木炭;生物化學轉換技術，主要把糞便等生物質通過沼氣池厭氣發(fā)酵生成沼氣，沼氣的主要成分是甲烷。沼氣技術在我國農村得到較好應用，工業(yè)沼氣技術也開始應用。③生物質壓塊成型技術，把烘干粉碎的生物質擠壓成型，變成高密度的固體燃料。 (5)氫能技術。氫氣熱值高，燃燒產物是水，完全無污染。而且制氫原料主要也是水，取之不盡，用之不竭。所以氫能是前景廣闊的清潔燃料。①氫氣制造技術，有水電解法、水熱化學制氫法、水光電池分解法等;②氫氣儲運技術，氫氣貯存有三種方式，一是壓縮，二是低溫液化，三是貯氫金屬吸收。③氫氣利用技術，有三種利用方式，一是作為燃料直接燃燒，二是通過氫燃料電池直接發(fā)電，三是用作各種能源轉換的中介質使用。 (6)地熱能技術。地熱能有蒸汽和熱水兩種。地熱蒸汽有較高壓力和溫度，可直接通過蒸汽輪機發(fā)電;地熱熱水最好是梯級利用，先將高溫地熱水用于高溫用途，再將用過的中溫地熱水用于中溫用途，然后再將用過的低熱水再利用，最后用于養(yǎng)魚、游泳池等。 (7)潮汐能技術。潮汐發(fā)電技術是低水頭水力發(fā)電技術，容量小，造價高。我國海岸線長達14000公里，有豐富潮汐能。據估算，全國可開發(fā)利用潮汐發(fā)電裝機容量為2800萬千瓦，年發(fā)電700億千瓦時。 關于我國能源的戰(zhàn)略思考 五種新能源將被開發(fā)利用