簡述化學(xué)學(xué)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(fēng)能、生物質(zhì)能、氫能、地?zé)崮芎统毕艿仍S多種。新能源的共同特點(diǎn)是比較干凈，除核裂變?nèi)剂贤猓瑤缀跏怯肋h(yuǎn)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(diǎn)，因此，人類越來越重視新能源的開發(fā)和利用。 (1)核能技術(shù)。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(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)所釋放的能量。核能產(chǎn)生的大量熱能可以發(fā)電，也可以供熱。核能的最大優(yōu)點(diǎn)是無大氣污染，集中生產(chǎn)量大，可以替代煤炭、石油和天然氣燃料。①核裂變技術(shù)，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(gè)國家建成400多個(gè)核電站，發(fā)電量占全世界16%。我國自己設(shè)計(jì)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(jìn)技術(shù)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(yīng)堆代替鍋爐，核反應(yīng)堆按引起裂變的中子不同分為熱中子反應(yīng)堆和快中子反應(yīng)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(diǎn)，目前一般采用輕水堆較多?？熘凶臃磻?yīng)堆的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行商業(yè)規(guī)模示范試驗(yàn)。②核聚變技術(shù)，這是在極高溫度下把兩個(gè)以上輕原子核聚合，故叫熱核反應(yīng)。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?？梢哉f，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(shù)。①太陽能熱利用技術(shù)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(yīng)用較多;②太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過太陽能光電池把光能轉(zhuǎn)換成電能(直流電)，主要是光電池制造技術(shù)，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(shù)利用最方便，但大功率發(fā)電成本太高。③光化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用太陽能光化學(xué)電池把水電解分離產(chǎn)生氫氣，氫氣是很干凈的燃料。 (3)風(fēng)能技術(shù)。風(fēng)能是一種機(jī)械能，風(fēng)力發(fā)電是常用技術(shù)，目前世界上最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)為3200千瓦，風(fēng)機(jī)直徑97.5米，安裝在美國夏威夷。我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總共20萬千瓦，最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)為120千瓦。 (4)生物質(zhì)能技術(shù)。這是利用動植物有機(jī)廢棄物(如木材、柴草、糞便等)的技術(shù)。①熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，把木材等廢料通過氣化爐加熱轉(zhuǎn)換成煤氣，或者通過干餾將生物質(zhì)變成煤氣、焦油和木炭;生物化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，主要把糞便等生物質(zhì)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(shù)在我國農(nóng)村得到較好應(yīng)用，工業(yè)沼氣技術(shù)也開始應(yīng)用。③生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)，把烘干粉碎的生物質(zhì)擠壓成型，變成高密度的固體燃料。 (5)氫能技術(shù)。氫氣熱值高，燃燒產(chǎn)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(shù)，有水電解法、水熱化學(xué)制氫法、水光電池分解法等;②氫氣儲運(yùn)技術(shù)，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(shù)，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(zhuǎn)換的中介質(zhì)使用。 (6)地?zé)崮芗夹g(shù)。地?zé)崮苡姓羝蜔崴畠煞N。地?zé)嵴羝休^高壓力和溫度，可直接通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電;地?zé)釤崴詈檬翘菁壚?，先將高溫地?zé)崴糜诟邷赜猛?，再將用過的中溫地?zé)崴糜谥袦赜猛荆缓笤賹⒂眠^的低熱水再利用，最后用于養(yǎng)魚、游泳池等。 (7)潮汐能技術(shù)。潮汐發(fā)電技術(shù)是低水頭水力發(fā)電技術(shù)，容量小，造價(jià)高。我國海岸線長達(dá)14000公里，有豐富潮汐能。據(jù)估算，全國可開發(fā)利用潮汐發(fā)電裝機(jī)容量為2800萬千瓦，年發(fā)電700億千瓦時(shí)。 關(guān)于我國能源的戰(zhàn)略思考 五種新能源將被開發(fā)利用