能源危機(jī)的解決辦法有哪些？

【專(zhuān)家解說(shuō)】：解決能源危機(jī)的辦法，一是提高燃燒效率以減少資源消耗，實(shí)現(xiàn)清潔煤燃燒以減少污染；二是開(kāi)發(fā)新能源，積極利用再生能源；三是開(kāi)發(fā)新材料、新工藝，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這三個(gè)方面都與材料有著極為密切的關(guān)系。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，首先要考慮的是提高能源生產(chǎn)效率，減少污染，其中當(dāng)務(wù)之急是潔凈煤燃燒。為了提高燃燒效率，要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機(jī)組和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)材料的要求都十分苛刻。 從國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，為了提高熱效和增加機(jī)動(dòng)性，需要發(fā)展大功率（>100MW）工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)組，這對(duì)材料提出了更高的要求。雖然已有航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)，但工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的工作條件更為苛刻。以渦輪葉片為例，因采用劣質(zhì)燃料，加上地面工況條件差，需要耐熱腐蝕、抗沖刷的高溫合金和涂層，特別是在高溫下（>1300℃）連續(xù)工作時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)（以萬(wàn)小時(shí)計(jì)），難度大為增加。燃?xì)廨啓C(jī)葉片在尺寸上是航空葉片的10倍到幾十倍，使用單晶葉片制作工藝會(huì)產(chǎn)生很大的難度，因此，工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展有可能推動(dòng)工程陶瓷的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)外已試驗(yàn)多年卻未取得成功的磁流體發(fā)電（MHD），采用高熱（3000K）煤氣或煤粉，摻雜少量堿金屬（1％），高速通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)而產(chǎn)生電流，設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，效率高（可達(dá)60％），污染少，但是由于通道材料不過(guò)關(guān)，至今未能達(dá)到實(shí)用化。如果材料有所突破，這個(gè)項(xiàng)目將再度成為熱點(diǎn)。 全球再生能源可轉(zhuǎn)換成為二次能源的儲(chǔ)能為185.55億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約為目前全球化石燃料消耗量的兩倍。對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，首要的是開(kāi)發(fā)水力資源和生物質(zhì)能，其次是發(fā)展地?zé)崮堋L(fēng)能和太陽(yáng)能。太陽(yáng)能和風(fēng)能的利用存在較大的新材料問(wèn)題。研制高效、長(zhǎng)壽、廉價(jià)的太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換材料已成為目前能源新材料領(lǐng)域的重要課題，近年來(lái)正在研制便于大規(guī)模制造的燃料納米半導(dǎo)體材料及有機(jī)光伏轉(zhuǎn)換薄膜。太陽(yáng)能在地面上約2/3轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電很有發(fā)展前景。我國(guó)沿海與西北地區(qū)的風(fēng)力資源豐富，大有作為，但風(fēng)車(chē)材料是關(guān)鍵。一個(gè)2.5MW的風(fēng)車(chē)，轉(zhuǎn)子葉片直徑要80m，包括傳動(dòng)箱的總重達(dá)30噸。風(fēng)車(chē)高近百米，用材幾百?lài)?。風(fēng)車(chē)葉片要有足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性能（轉(zhuǎn)數(shù)要求109），目前主要采用玻璃鋼或碳纖維增強(qiáng)塑料，正向增強(qiáng)木材發(fā)展。 氫能和核能是新能源，但都存在安全使用問(wèn)題。氫在存儲(chǔ)、運(yùn)輸及應(yīng)用過(guò)程中存容易發(fā)生爆炸，加上氫對(duì)材料產(chǎn)生氫脆、氫腐蝕，從而產(chǎn)生氫滲漏等，所以近年來(lái)對(duì)儲(chǔ)氫材料的研究很多。典型的儲(chǔ)氫材料都是金屬間化合物。這些金屬間化合物比重大，有中毒失效問(wèn)題，限制了其應(yīng)用并且成本很高。正在研究的納米碳管儲(chǔ)氫能力高，受到廣泛關(guān)注。包括我國(guó)在內(nèi)的一些國(guó)家利用上述儲(chǔ)氫合金作成氫能汽車(chē)，但由于有些技術(shù)問(wèn)題有待解決，價(jià)格又無(wú)競(jìng)爭(zhēng)能力，離產(chǎn)業(yè)化尚遠(yuǎn)。核能是廉價(jià)的清潔能源，由于核電站的安全與廢料處理問(wèn)題，目前發(fā)展緩慢。核電裝置的改進(jìn)仍在不斷地進(jìn)行，其中有不少材料問(wèn)題。 已發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)材料都是氧化物，屬于陶瓷材料，加工成型困難，特別是鉍系帶材很難作到全長(zhǎng)性能均勻、穩(wěn)定，要求在制造過(guò)程中嚴(yán)格控制超導(dǎo)體的取向與織構(gòu)。除了超導(dǎo)材料以外，還有很多配套技術(shù)需要解決，同時(shí)還要繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)高溫超導(dǎo)體。 磁性材料是儀器儀表的主要?jiǎng)恿?，是變壓器、?dòng)力機(jī)械的重要組成部分。硅鋼是最重要的軟磁材料，全世界年產(chǎn)650萬(wàn)噸。鐵基非晶態(tài)材料具有低鐵損、高導(dǎo)磁率及低矯頑力等優(yōu)點(diǎn)，適用于高頻（50kHz）場(chǎng)合，用于電焊機(jī)可使體積縮至1/10。但是由于采用液態(tài)直接軋制，成本較高，還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。永磁材料發(fā)展很快，從20世紀(jì)的高碳鋼到Ni2Fe14B的規(guī)模生產(chǎn)，40年間磁能積提高了100倍。 蓄電池的用途愈來(lái)愈廣，太陽(yáng)能發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、電動(dòng)汽車(chē)，特別是微機(jī)械及信息電子工業(yè)的發(fā)展（移動(dòng)電話(huà)、手提電腦等），對(duì)電池的需求量大、要求高。鋰離子電池從比質(zhì)量和比容量看，都有較大優(yōu)越性。鋰離子電池發(fā)展前景，一是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)用大容量鋰離子電池，二是開(kāi)發(fā)更高性能的電極材料以提高比容量和降低成本，三是加速聚合物鋰離子的實(shí)用化進(jìn)程。這種電池具有薄型化（<1mm）、高柔性等特點(diǎn)，可適用各種形狀，很有發(fā)展前景。 燃料電池的原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，效率高?0％－80％），污染小，噪聲低。目前，燃料電池主要用于航天，用于交通與電站則缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力，價(jià)格太高，重量/單位動(dòng)力比也太高。為了達(dá)到上述目的，關(guān)鍵之一是解決所涉及的材料問(wèn)題，特別是可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面要做深入細(xì)致的工作，并經(jīng)受實(shí)地考驗(yàn)。 通過(guò)討論各種形式的能源所存在的材料問(wèn)題，師昌緒先生認(rèn)為，化石能源的高效與清潔生產(chǎn)需要材料的不斷改進(jìn)；核能要得到不斷發(fā)展，材料是關(guān)鍵之一；再生能源(特別是太陽(yáng)能)的利用雖然誘人，材料是瓶頸；能源生產(chǎn)與節(jié)能先進(jìn)技術(shù)無(wú)不建立在新材料不斷發(fā)展的基礎(chǔ)之上，如超導(dǎo)材料、磁性材料、蓄電池及燃料電池等。因此，隨著材料科學(xué)技術(shù)特別是納米技術(shù)受到高度重視，21世紀(jì)能源新材料將會(huì)得到迅速發(fā)展。