能源危機的解決辦法有哪些？

【專家解說】：解決能源危機的辦法，一是提高燃燒效率以減少資源消耗，實現清潔煤燃燒以減少污染；二是開發(fā)新能源，積極利用再生能源；三是開發(fā)新材料、新工藝，最大限度地實現節(jié)能。這三個方面都與材料有著極為密切的關系。對我國來說，首先要考慮的是提高能源生產效率，減少污染，其中當務之急是潔凈煤燃燒。為了提高燃燒效率，要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機組和整體煤氣化聯合循環(huán)技術，這些技術對材料的要求都十分苛刻。 從國際發(fā)展趨勢來看，為了提高熱效和增加機動性，需要發(fā)展大功率（>100MW）工業(yè)燃氣輪機組，這對材料提出了更高的要求。雖然已有航空發(fā)動機的基礎，但工業(yè)燃氣輪機的工作條件更為苛刻。以渦輪葉片為例，因采用劣質燃料，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)工作時間很長時（以萬小時計），難度大為增加。燃氣輪機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產生很大的難度，因此，工業(yè)燃氣輪機的發(fā)展有可能推動工程陶瓷的應用。在國內外已試驗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％），高速通過強磁場而產生電流，設備構造簡單，效率高（可達60％），污染少，但是由于通道材料不過關，至今未能達到實用化。如果材料有所突破，這個項目將再度成為熱點。 全球再生能源可轉換成為二次能源的儲能為185.55億噸標準煤，約為目前全球化石燃料消耗量的兩倍。對中國來說，首要的是開發(fā)水力資源和生物質能，其次是發(fā)展地熱能、風能和太陽能。太陽能和風能的利用存在較大的新材料問題。研制高效、長壽、廉價的太陽能光伏轉換材料已成為目前能源新材料領域的重要課題，近年來正在研制便于大規(guī)模制造的燃料納米半導體材料及有機光伏轉換薄膜。太陽能在地面上約2/3轉變?yōu)轱L能，風力發(fā)電很有發(fā)展前景。我國沿海與西北地區(qū)的風力資源豐富，大有作為，但風車材料是關鍵。一個2.5MW的風車，轉子葉片直徑要80m，包括傳動箱的總重達30噸。風車高近百米，用材幾百噸。風車葉片要有足夠的強度和抗疲勞性能（轉數要求109），目前主要采用玻璃鋼或碳纖維增強塑料，正向增強木材發(fā)展。 氫能和核能是新能源，但都存在安全使用問題。氫在存儲、運輸及應用過程中存容易發(fā)生爆炸，加上氫對材料產生氫脆、氫腐蝕，從而產生氫滲漏等，所以近年來對儲氫材料的研究很多。典型的儲氫材料都是金屬間化合物。這些金屬間化合物比重大，有中毒失效問題，限制了其應用并且成本很高。正在研究的納米碳管儲氫能力高，受到廣泛關注。包括我國在內的一些國家利用上述儲氫合金作成氫能汽車，但由于有些技術問題有待解決，價格又無競爭能力，離產業(yè)化尚遠。核能是廉價的清潔能源，由于核電站的安全與廢料處理問題，目前發(fā)展緩慢。核電裝置的改進仍在不斷地進行，其中有不少材料問題。 已發(fā)現的高溫超導材料都是氧化物，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性能均勻、穩(wěn)定，要求在制造過程中嚴格控制超導體的取向與織構。除了超導材料以外，還有很多配套技術需要解決，同時還要繼續(xù)研究開發(fā)高溫超導體。 磁性材料是儀器儀表的主要動力，是變壓器、動力機械的重要組成部分。硅鋼是最重要的軟磁材料，全世界年產650萬噸。鐵基非晶態(tài)材料具有低鐵損、高導磁率及低矯頑力等優(yōu)點，適用于高頻（50kHz）場合，用于電焊機可使體積縮至1/10。但是由于采用液態(tài)直接軋制，成本較高，還不能實現大規(guī)模生產。永磁材料發(fā)展很快，從20世紀的高碳鋼到Ni2Fe14B的規(guī)模生產，40年間磁能積提高了100倍。 蓄電池的用途愈來愈廣，太陽能發(fā)電、電網調峰、電動汽車，特別是微機械及信息電子工業(yè)的發(fā)展（移動電話、手提電腦等），對電池的需求量大、要求高。鋰離子電池從比質量和比容量看，都有較大優(yōu)越性。鋰離子電池發(fā)展前景，一是發(fā)展電動汽車用大容量鋰離子電池，二是開發(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用化進程。這種電池具有薄型化（<1mm）、高柔性等特點，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能轉變?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爭能力，價格太高，重量/單位動力比也太高。為了達到上述目的，關鍵之一是解決所涉及的材料問題，特別是可靠性和長期穩(wěn)定性方面要做深入細致的工作，并經受實地考驗。 通過討論各種形式的能源所存在的材料問題，師昌緒先生認為，化石能源的高效與清潔生產需要材料的不斷改進；核能要得到不斷發(fā)展，材料是關鍵之一；再生能源(特別是太陽能)的利用雖然誘人，材料是瓶頸；能源生產與節(jié)能先進技術無不建立在新材料不斷發(fā)展的基礎之上，如超導材料、磁性材料、蓄電池及燃料電池等。因此，隨著材料科學技術特別是納米技術受到高度重視，21世紀能源新材料將會得到迅速發(fā)展。