化學(xué)燃料問題

【專家解說】：化石燃料，亦稱礦石燃料，是一種碳?xì)浠衔锘蚱溲苌?。化石燃料所包含的天然資源有煤炭、石油和天然氣?；剂系倪\(yùn)用能使大規(guī)模工業(yè)發(fā)展和替代水車, 并且木材或泥煤燃燒加熱。(西班牙語Combustible Fósil) 當(dāng)發(fā)電的時(shí)候，在燃燒化石燃料的過程中會(huì)產(chǎn)生能量，從而推動(dòng)渦輪機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。舊式的發(fā)電機(jī)會(huì)使用蒸汽作為燃料推動(dòng)渦輪機(jī)。現(xiàn)時(shí)，很多發(fā)電站都會(huì)直接使用燃?xì)鉁u輪引擎的。 在踏入全球現(xiàn)代化的步伐20世紀(jì)至21世紀(jì)中，化石燃料潛在著能源短缺的危機(jī)，特別是從石油提煉出來的汽油，是引致全球石油危機(jī)的一個(gè)原因?，F(xiàn)時(shí)，全球正趨向發(fā)展可再生能源和核能，這可以幫助增加全球的能源所需。 人類不斷地燃燒化石燃料是排放溫室氣體二氧化碳的來源之一，是加快全球變暖的因素之一。此外，生物燃料中的二氧化碳成份是來自大氣層，因此發(fā)展生物燃料可以減少在大氣層上的二氧化碳，從而減低溫室效應(yīng)。 到目前為止,世界各國所用的燃料幾乎都是化石燃料,即石油、天然氣和煤。自然界經(jīng)歷幾百萬年逐漸形成的化石燃料,可能在幾百年內(nèi)全部被人類耗盡。據(jù)觀察、研究表明,今天在地下已沒有煤和石油在形成。石油也叫原油,它是黃色到黑色的可燃性粘稠液體,常跟天然氣共存,是很復(fù)雜的混合物。石油的性質(zhì)因產(chǎn)地不同而不同,密度、粘度和凝固點(diǎn)的差別很大,例如,凝固點(diǎn)有的高達(dá)30℃,有的低到-66℃。熱值從43.7~46.2MJ/kg。石油中各組分的沸點(diǎn)差別也很大,從25℃~500℃以上。石油里的主要元素是碳和氫,分別占83~87%和11~14%。此外還含有少量的硫(0.06~8%)、氮(0.02~1.7%)、氧(0.08~1.8%)以及微量金屬元素(鎳、釩、鐵、銅)等。天然氣從廣義上講,指埋藏在地層中自然形成的氣體的總稱。但通常所指的天然氣只指貯藏在地層較深部的可燃性氣體(氣態(tài)的化石燃料)和跟石油共存的氣體(常稱油田伴生氣)。天然氣的主要成分是甲烷。此外,根據(jù)不同的地質(zhì)條件,還含有不同數(shù)量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烴以及二氧化碳、氮?dú)?、氫氣、硫化物等非烴類物質(zhì)。有的氣田中還含有氦氣。甲烷含量高的天然氣叫干氣,兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子烷烴含量較高的天然氣稱為濕氣。我國四川自貢盛產(chǎn)天然氣。煤也叫煤炭,它是埋藏在地下的固態(tài)可燃性礦物。煤是一種混合物,沒有單一的分子結(jié)構(gòu),經(jīng)過科學(xué)家長(zhǎng)期研究,已經(jīng)有煤結(jié)構(gòu)的普通型式介紹。煤的結(jié)構(gòu)里有大量的碳原子環(huán),一些環(huán)相互稠合,另一些環(huán)鍵合成長(zhǎng)鏈。比較常見的有W.H.懷澤的煙煤結(jié)構(gòu)模型,但都還沒有能揭示煤的實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)。煤中有機(jī)質(zhì)元素主要是碳,其次是氫,還有氧、氮和硫等元素。 太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內(nèi)部進(jìn)行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應(yīng)，不停地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽能。太陽內(nèi)部的這種核聚變反應(yīng)可以維持幾十億至上百億年的時(shí)間。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為380000000000000000000000kW的輻射值，其中20億分之一到達(dá)地球大氣層。到達(dá)地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，其余的到達(dá)地球表面，其功率為800000億kW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。 人類對(duì)太陽能的利用有著悠久的歷史。我國早在兩千多年前的戰(zhàn)國時(shí)期就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點(diǎn)火;利用太陽能來干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學(xué)利用等。太陽能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。 使用太陽電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能，使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電，利用太陽能進(jìn)行海水淡化?，F(xiàn)在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。 優(yōu)點(diǎn):? 1)普遍:太陽光普照大地，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。? 2)無害:開發(fā)利用太陽能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。? 3)巨大:每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億t標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。? 4)長(zhǎng)久:根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。? 缺點(diǎn):? 1)分散性:到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1m?2面積上接收到的太陽能平均有1000W左右;若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。? 2)不穩(wěn)定性:由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。? 3)效率低和成本高:目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。?