本章主要內容能源概述常規能源新能源生物質能源化學電源本章主要內容能源概述常規能源新能源生物質能源化學電源第一節概述

能量是物質運動的基礎，是物質之所以發生變化的原因第一節概述能量是物質運動的基礎，是物質之所以發生變化

在自然界中處處充滿能源，能量無所不在，如機械能，原子核能，電能，生物質能等，正是由于在這個世界上處處充滿著能量，而且這些能量還可以相互轉化，所以才使我們這個世界絢麗多彩，充滿了生機和活力。在自然界中處處充滿能源，能量無所不在，如機械能到底什么叫做能源？

能源是指一切能量比較集中的含能體和提供能量的物質運動形式。能源是人類生存和發展的重要物質基礎，是人類從事各種經濟活動的原動力，也是人類社會經濟發展水平的重要標志。到底什么叫做能源？能源是指一切能量比能源的分類能源種類很多，但按照它們的來源，大體上可分為三大類。

一太陽能二地球本身蘊藏的能量

三地球在其它天體的影響下產生的能量

能源的分類能源種類很多，但按照它們的來源，大體上可分為三大類太陽向地球輻射能量1.太陽能太陽向地球輻射能量1.太陽能2.地球本身蘊藏的能量

如石油，煤炭，天然氣等2.地球本身蘊藏的能量如石油，煤炭，天然氣等3.地球在其它天體的影響下產生的能量

如利用潮汐能進行潮汐發電3.地球在其它天體的影響下產生的能量如利用潮汐能進行潮汐發

以上三類能源統稱為一級能源；而人類依靠一級能源來制造加工出許多適合于生產活動所需的能量形式如電能等，則統稱為二級能源。以上三類能源統稱為一級能源；而人類對于一級能源和二級能源，依據它們的形成方式、使用性質、可否再生及使用成熟程度又可將能源作如下分類：1．按能源的形成方式可劃分為一次能源和二次能源。一次能源是自然界中存在的可直接使用的能源(如煤炭、石油、天然氣、太陽能等)。二次能源則是指經加工轉化成的能源(如電、煤氣、蒸汽等)。2．按能源的使用性質可分為含能體能源和過程性能源。含能體能源是指能夠提供能量的物質能源(如煤炭、石油等)，其特點是可以保存且可儲存運輸。而過程性能源是指提供能量的物質運動形式(如太陽能、電能等)，它不能保存，難于儲存運輸。對于一級能源和二級能源，依據它們的形成方式、使用性質、可否再3．按可否再生又可將能源分為再生能源和不可再生能源。再生能源是指不隨人類的使用而減少的能源(如太陽能)。不可再生能源則是隨著人類使用而逐漸減少的能源(如化石能源)。4．按現階段使用的成熟程度又可將能源劃分為常規能源和新能源。前者是指人類已長期使用，且在技術上也比較成熟的能源。而后者是指雖已開發并少量使用，但技術上還未成熟而未被普遍使用、卻具有潛在應用價值的能源。3．按可否再生又可將能源分為再生能源和不可再生能源。再生能源能源分類圖：能源分類圖：化學與能源的關系

20世紀是化學工業蓬勃發展的世紀，化學工業對能源的發展起到了舉足輕重的作用。煤的氧化、加氫，石油的裂解，太陽能蓄熱、熱發電、光伏發電及光化學發電，原子核發生變化釋放的核能等等，無論是常規能源還是新能源的開發、利用和發展，都與化學有著密不可分的關系。化學與能源的關系20世紀是化學工業能源的變遷1.柴草的開發利用

從原始社會到18世紀產業革命以前，人類一直以柴草為燃料，依靠人力、畜力，并利用一些簡單的水力與風力機械作為動力，從事生產活動，生產和生活水平都很低。這就是人類能源史上經歷的柴草時期。能源的變遷1.柴草的開發利用2．煤炭的開發利用標志性事件：蒸汽機的發明和利用

到19世紀末，煤炭用于發電，電力應用于生產和生活的各個方面，電動機也逐步代替了蒸汽機，電燈代替了油燈和蠟燭。從19世紀70年代到20世紀初，煤炭在能源構成中的比例從24%上升到95%，從而取代柴草坐上了主要能源的寶座，開始了人類能源史上的煤炭時期。2．煤炭的開發利用標志性事件：蒸汽機的發明和利用3．石油的開發利用

石油主要是沉淀在一起的低等動植物等，經過復雜的化學和生物化學作用轉化而成的液體有機物。3．石油的開發利用石油主要是沉淀在一

人類利用石油的歷史可以追溯到很久以前的古代社會。真正大規模的利用石油資源還是從19世紀開始的，20世紀初，內燃機的發明促使石油被大規模開發利用。同時工業革命誘發了社會對石油的迫切需求，石油取代煤炭成為主要能源，也促成了能源結構的第二次變革。

內燃機人類利用石油的歷史可以追溯到很久以4．新能源的開發利用

自1973年開始，國際上接連出現兩次石油危機。人們越來越清醒地認識到，石油是一種蘊藏量極其有限的寶貴能源，必須一方面設法提高其利用率，千方百計節省能源；另一方面也必須考慮尋求新的替代能源。通過研究摸索，我們認為太陽能、核能、氫能等為代表的新能源將成為未來的能源主體。應該說，第三次變革具有劃時代意義。因為人類找到了新的“火種”，而且人類看到了最終獲得取之不盡的能源的希望之光。4．新能源的開發利用自1973年（1）太陽能的開發利用

太陽能是太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能。太陽向宇宙空間發射的輻射功率為3.8×1023kW的輻射值，其中20億分之一到達地球大氣層。到達地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，其余的到達地球表面，其功率為8×1013kW，能量相當巨大。（1）太陽能的開發利用太陽能是太陽內

在近三百多年中，人們逐漸把太陽能作為一種能源使用。例如，1615年發明了太陽能抽水泵，1866年制出了太陽能發動機，1878年推出了以太陽能為動力的印刷機。在20世紀最初的10年中，美國建造了一系列太陽能發電機。1950年前蘇聯建造了第一座太陽能塔式熱電站，1952年法國建造成功50千瓦的太陽爐，1960年美國用太陽能平板集熱器建起了世界上第一座氨-水吸式空調系統等。

太陽能發電機與利用太陽能的汽車太陽能發電機與利用太陽能的汽車（2）核能的開發利用

核能就是通常所說的原子能。原子核外電子的變化過程稱化學反應，反應過程中釋放出來的能量稱化學反應熱，簡稱反應熱。原子核結構發生變化的過程稱核反應，核反應過程中釋放出來的能量稱核能。

1克鈾(U)發生原子核裂變反應時可放出8×107千焦的熱量（相當于3噸煤燃燒時放出的熱），放出的熱量相當于2萬噸黃色炸藥(TNT)爆炸時放出的熱量。威震四海的原子彈爆炸就是根據這個原理。氘和氚的核聚變反應如果不加控制，可引發氫彈爆炸。它的威力一般要比原子彈大幾十到幾百倍。（2）核能的開發利用核能就是通常所原子彈爆炸核潛艇原子彈爆炸核潛艇第二節常規能源

定義：在現有經濟和技術條件下，已經大規模生產和廣泛使用的能源為常規能源，如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。第二節常規能源定義：在現有經濟一.煤

由于成煤植物和生成條件的不同，煤一般分為三大類，它們是腐植煤、殘植煤和腐泥煤。一.煤由于成煤植物和生成條件1．煤的形成

煤是大量植物遺體被堆積、掩埋在地底下，經過泥炭化和煤化作用而形成的固體有機礦物。組成煤的主要化學元素是碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)和硫(S)等。其中，碳的含量達到50%~97%，故煤又稱煤炭。1．煤的形成煤是大量植物遺體被堆積2．煤的綜合利用

煤的氣化:2．煤的綜合利用煤的氣化:煤的焦化(干餾)：煤的焦化(干餾)：煤的液化：煤的液化：化學與生活第三章-化學與能源課件二、石油

石油(Petroleum)，指氣態、液態和固態的烴類混合物，具有天然的產狀。

原油(CrudeOil)，指石油的基本類型，儲存在地下儲集層內，在常壓條件下呈液態。二、石油石油(Petroleum)，指氣態、液態和固1．石油儲量

根據《2004年BP世界能源統計》，截止到2003年底，全世界剩余石油探明可采儲量為1565.8億噸，其中，中東地區占63.3％，北美洲占5.5％，中南美洲占8.9％，歐洲占9.2％，非洲占8.9％，亞太地區占4.2％。1．石油儲量根據《2004年BP世界2．石油的重要性

自19世紀70年代的產業革命以來，化石燃料的消費量急劇增長，初期主要是以煤炭為主，進入20世紀以后，特別是第二次世界大戰以來，石油和天然氣的生產與消費持續上升，石油于20世紀60年代首次超過煤炭，躍居一次能源的主導地位。雖然20世紀70年代世界經歷了兩次石油危機，但世界石油消費量卻沒有絲毫減少的趨勢。

2．石油的重要性自19世紀70年代

到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源，在世界一次能源供應中約占87.7％，其中石油占37.3％、煤炭占26.5％、天然氣占23.9％。從以上數據可以看出，原油和天然氣這兩種石油能源占了總能源的60%。據分析，石油能源的優勢地位將一直持續到2010年左右。到2003年底，化石能源仍是世界

我國石油能源在總能源中的比重一直在20%左右，低于世界平均58％的水平。我國石油能源在總能源中的比重一直在23．石油的煉制

石油經過分餾、裂化、重整、精制等步驟，獲得了各種燃料和化工產品，有的可直接使用，有的可以進行深加工。

3．石油的煉制石油經過分餾、裂化三.天然氣

天然氣(NaturalGas)，也是石油的主要類型，呈氣相，或處于地下儲層條件時溶解在原油內，在常溫和常壓條件下又呈氣態。天然氣與煤炭、石油，并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣的蘊藏量和開采量都很大，其基本成分是甲烷。由于天然氣熱值高，燃料產物對環境的污染少，被認為是優質潔凈燃料。三.天然氣天然氣(Natural化學與生活第三章-化學與能源課件四.能源危機1．能源的存量

石油，煤和天然氣都是不可再生能源資源。目前已探明的石油儲量將于2010-2035年耗掉80％；而天然氣和煤，從現在算起，天然氣只能再用40-80年，煤只能再用200-300年。四.能源危機1．能源的存量石油，煤和天然氣都是不2．能源開發利用對生態環境的影響

能源開發利用不當，將影響生態環境。例如，森林的破壞將減少森林對二氧化碳氣體的吸收，從而造成大氣中二氧化碳含量增加，大氣溫室效應加劇。水力發電站選址、設計不當會破化周圍的生態環境，造成魚類減少、土地變質等不良后果。2．能源開發利用對生態環境的影響能源溫室效應導致冰水融化能源開發引起的大氣污染溫室效應導致冰水融化能源開發引起的大氣污染3．能源價格飛漲拖累經濟

新興市場發展快速、資源不穩定、石油價格飛漲，表明我們正處在一個新的能源時代。數據顯示，到2004年，世界對能源的需求量從1.8億桶增加到了2.5億桶，由原來的每桶30美元躍升到了現在的每桶超過85美元。石油價格急速高漲，能源價格的波動對世界經濟產生強烈影響。新能源的發展、政府和企業如何應對未來能源的挑戰已是各國政府不得不面對的重大課題。3．能源價格飛漲拖累經濟新興市場發展第三節新能源

目前，世界各國所消耗的能源中常規能源占絕大多數，然而，這些礦物燃料既儲量有限，又污染環境，從長遠來看，為了人類的生存和社會的發展，必須大力開發利用可再生能源。新能源的含義在我國是指除常規能源和大型水力發電之外的太陽能、氫能、核能、風能、生物質能、海洋能、地熱能等?！靶隆迸c“常規”相比是一個相對的概念，隨著科學技術的進步，它們的內涵將不斷發生變化。新能源的出現與發展，一方面是能源技術本身發展的結果，而另一方面也是由于它們在解決能源危機及環境問題方面呈現出新的應用前景。目前最有發展前景的新能源包含太陽能、氫能、核能、風能等。第三節新能源目前，世界各國所消耗一.太陽能

太陽能是指太陽的輻射能。太陽離地球大約1.5億千米，其表面溫度約6000℃左右。太陽能的產生主要是因為太陽內部連續不斷地發生以氘和氚轉變為氦的核聚變反應，好像許多顆巨型氫彈在連續爆炸一樣，可以放出驚人的能量。一.太陽能太陽能是指太陽的輻射能。化學與生活第三章-化學與能源課件太陽能優點：1.太陽能既是一次能源，又是可再生能源，它資源豐富，取之不盡，用之不竭；2.太陽能可就地取用，無需運輸；3.太陽能作為一種清潔能源，在開發利用過程中對環境無任何污染；太陽能優點：1.太陽能既是一次能源，又是可再生能源，它資源豐太陽能缺點：1.能流密度低；

2.其強度受各種因素(季節、地點、氣候等)的影響不能維持常量。太陽能缺點：1.能流密度低；太陽能開發利用（1）太陽能的光-熱轉換太陽能的光-熱轉換是太陽能利用中最主要的轉換方式。實現這種轉換的是各種光-熱轉換裝置，其基本設計思想是先設法把太陽輻射能收集起來，然后利用它來加熱。太陽能開發利用（1）太陽能的光-熱轉換

目前，具有實用價值的光-熱轉換裝置有太陽灶、太陽能熱電站、太陽房、太陽能干燥器、太陽能熱水器和太陽能航標燈塔等泥薄殼型太陽灶太陽能熱電站太陽房太陽能干燥器太陽能熱水器目前，具有實用價值的光-熱轉換裝置有(2)太陽能的光-電轉換

太陽能的光-電轉換是把太陽輻射能直接轉換成電能。這種轉換通常是讓太陽的輻射光子通過半導體物質來實現的，在物理學上叫做光生伏打效應。(2)太陽能的光-電轉換太陽能的太陽能航標燈塔利用太陽能人造衛星電視差轉臺光電水泵太陽能飛機太陽能航標燈塔利用太陽能人造衛星電視差轉臺光電水泵太陽能飛機(3)太陽能的光-化學轉換

太陽能的光-化學轉換是將太陽能直接轉換成化學能。這種轉換一般通過植物的光合作用和光化學反應實現。(3)太陽能的光-化學轉換太陽能光合作用示意圖光合作用示意圖二.氫能

隨著常規能源危機出現，人們在開發新的二次能源探索道路上，氫能以其清潔、安全、高效的特點受到了越來越多的關注。二.氫能隨著常規能源危機出現，人們在氫能的優點：

首先，氫能來源廣泛，可以從化石能、核能、可再生能源中制取，有利于擺脫對石油的依賴；

其次，氫能作為燃料，能在傳統的燃燒設備中進行能量轉化，與現有能源系統易兼容；

第三，氫能通過燃料電池技術轉化能量，比利用熱機轉化效率更高，而且沒有環境污染；第四，氫能能夠儲存，可以與電力并重而且互補。氫能的優點：首先，氫能來源廣泛，可清華大學研制的氫燃料電池城市客車清華大學研制的氫燃料電池城市客車

目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫能的大規模的商業應用還有待解決以下關鍵問題：①價廉的制氫技術；②安全可靠的貯氫和運輸氫方法；目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫的制造技術

氫的制造技術(1)電解水制氫(1)電解水制氫(2)太陽能制氫

這種所謂“水中取火”的方法是非常誘人的。它只要在水中放入催化劑，在太陽光的作用下就能使水分解放出氫氣和氧氣。如果這種方法切實可行，人們只要在飛機和汽車的油箱中裝滿水，再加入一些催化劑，在太陽光的照射下就可以行駛起來。(2)太陽能制氫這種所謂“水中取火”的方法是非常誘(3)熱化學循環分解水

純水的分解需要很高溫度(大約4000℃)。在1960年，科學家們觀察到可利用核反應堆的高溫來分解水制氫。目前高溫石墨反應堆的溫度已高于900℃，而太陽爐的溫度可達1200℃，這將有利于熱化學循環分解水工藝的發展。(3)熱化學循環分解水純水的分熱化學循環分解水熱化學循環分解水(4)礦物燃料制氫

目前，制備氫氣的最主要方法是以煤、石油及天然氣為原料。如水煤氣反應：(4)礦物燃料制氫目前，制備氫氣的礦物燃料礦物燃料(5)生物質制氫

生物質可通過氣化和微生物法制氫。在生物質氣化制氫方面，可將原料如薪柴、鋸末、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐中進行氣化或裂解反應可制得含氫的燃料氣。(5)生物質制氫生物質可通過氣化生物質制氫生物質制氫(6)其它方法制氫

在多種化工過程中，如電解食鹽制堿過程、發酵制酒過程、合成氨生產化肥過程、石油煉制過程等，均有大量副產物氫氣。如果能采取適當的措施對上述副產物進行氫氣的分離回收，每年可獲得數億立方米的氫氣。制氫研究新進展的取得將會不斷地促進氫能源的綜合利用與開發。(6)其它方法制氫在多種化工過程氫的貯存和運輸(1)氫的氣態貯存。由于氫氣密度小、體積大，所以在常溫常壓下貯存氫氣是沒有任何實用意義的。一般認為，氫氣作為燃料使用時的貯存，應該與天然氣的大規模貯存相同，最好貯存在遠離城市的地下氣體倉庫中。在城市中則建立合適的轉運、分配系統，以適應不同要求用戶的需要。此外，需要特別注意的是防止氫氣的滲漏。(2)氫的液態貯存。常用的方法是將氫氣深冷液化并罐裝運輸。但需要零下250℃的超低溫，盛器復雜，價格過于昂貴，而且不安全，一般只用于火箭、宇宙飛船等航天工業?，F正在試驗把液氫噴氣式發動機用于民用航空運輸，以制造速度超過超音速飛機6～8倍的新型飛機。(3)氫的固態貯存。目前，極有前途的一種方法是將氫氣以固體金屬合金氫化物的形式貯存在金屬合金中。非常有趣的是，當氫氣遇到某些金屬合金時，就像水遇到海綿一樣，氫分子會鉆進金屬合金的晶格里形成金屬合金氫化物，從而使氫氣固體化貯存起來；當外界條件稍微改變時，所生成的金屬合金氫化物就分解放出氫氣。故有人把這種金屬合金叫做“氫海綿”。氫的貯存和運輸(1)氫的氣態貯存。由于氫氣密度小、體積大，氫能的應用

氫能的應用燃氫航天飛機燃氫宇宙飛船液態氫動力車氫能發電站燃氫航天飛機燃氫宇宙飛船液態氫動力車氫能發電站

早在第二次世界大戰期間，氫即用作A-2火箭發動機的液體推進劑。1960年液氫首次用作航天動力燃料。1970年美國發射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料?，F在氫已是火箭領域的常用燃料了。對現代航天飛機而言，減輕燃料自重，增加有效載荷變得更為重要。氫的能量密度很高，是普通汽油的3倍，這意味著燃料的自重可減輕2/3，這對航天飛機無疑是極為有利的。今天的航天飛機以氫作為發動機的推進劑，以純氧作為氧化劑，液氫就裝在外部推進劑桶內，每次發射需用1450立方米，重約100t。化學與生活第三章-化學與能源課件

現在科學家們正在研究一種“固態氫”的宇宙飛船。固態氫既作為飛船的結構材料，又作為飛船的動力燃料。在飛行期間，飛船上所有的非重要零件都可以轉作能源而“消耗掉”。這樣飛船在宇宙中就能飛行更長的時間。在超聲速飛機和遠程洲際客機上以氫作動力燃料的研究已進行多年，目前已進入樣機和試飛階段?，F在科學家們正在研究一種“固態氫”的

氫不但是一種優質燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精煉需要氫，如烴的加氫、煤的氣化、重油的精煉等，化工中制氨、制甲醇也需要氫，氫還用來還原鐵礦石。用氫制成燃料電池可直接發電，采用燃料電池和氫氣-蒸汽聯合循環發電，其能量轉換效率將大大提高。許多科學家認為，氫能在二十一世紀有可能成為在世界能源舞臺上的一種舉足輕重的二次能源。氫不但是一種優質燃料，還是石油、化工三.核能

核能(又稱原子能、原子核能)是原子核結構發生變化時放出的能量。核能釋放通常有兩種方式：一種是重核原子(如鈾)分裂成兩個或多個較輕原子核，產生鏈式反應，釋放的巨大能量稱為核裂變能。另一種是兩個較輕原子核(如氫的同位素氘、氚)聚合成一個較重的原子核，釋放出的巨大能量則稱為核聚變能。三.核能核能(又稱原子能、原子核能235U裂變

中子轟擊原子核引發鏈式裂變反應示意235U裂變中子轟擊原子核引發鏈式裂變反應示意核聚變反應主要有如下兩種：核聚變反應主要有如下兩種：

總之，從重核原子的裂變或輕核原子的聚變均可獲得巨大的能量。目前，人類已實現了可控的核裂變反應，并將核裂變能利用來發電；但是到目前為止，人類還未實現可控的核聚變反應?？傊?，從重核原子的裂變或輕核原子的聚核能的五大優點：1.它的能量巨大，而且非常集中；2.運輸方便，而且地區適應性強；3.資源豐富。陸地上的核資源相對有限，但海洋中的核資源可謂取之不盡、用之不竭；4.核燃料可以循環使用；5.核燃料可以增殖；核能的五大優點：1.它的能量巨大，而且非常集中；核電站原理與核電現狀

核電站是實現核裂變能轉變為電能的裝置。它與火電站最主要的不同是蒸汽供應系統。核電站利用核能產生蒸汽的系統稱為“核蒸汽供應系統”，這個系統通過核燃料的核裂變能加熱外回路的水來產生蒸汽。從原理上講，核電站實現了核能－熱能－電能的能量轉換。從設備方面講，核電站的反應堆和蒸汽發生器起到了相當于火電站的化石燃料和鍋爐的作用。核電站原理與核電現狀核電站是實現核

原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾—235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾—235原子核，引起新的裂變。如此持續進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發電。原子由原子核與核外電子組成。原子核由

現代核電站與火電廠的構成示意圖現代核電站與火電廠的構成示意圖

核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鏈式反應的裝置。核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆核反應堆的類型①“快堆”和“慢堆”。當前世界上絕大多數反應堆均為熱中子反應堆(簡稱“熱堆”或“慢堆”)?！翱於选奔础翱熘凶臃磻选?，它與“慢堆”的根本區別在于，引起核裂變的“炮彈”是高能的快中子。一般來說，一座快中子反應堆只要運行15～20年，它所累積增加的核燃料，就足以裝備一座與自身功率相同的新核反應堆。也就是說，一座快中子反應堆，在運行15～20年后就變成了兩座快中子反應堆。核反應堆的類型①“快堆”和“慢堆”。當前世界上絕大②“壓水堆”和“沸水堆”。在正常運行條件下，壓水反應堆內的水由于受到很高的壓力，始終處于“液態”。我國已建成的秦山核電站(一期)和大亞灣核電站以及正在建設的秦山二期、嶺澳和田灣核電站均采用壓水堆。沸水反應堆內的水則處于氣、液兩相的狀態。②“壓水堆”和“沸水堆”。在正常運行條件下，壓水反應堆內的水③“輕水堆”和“重水堆”。自然界的氫有三種同位素：氕(1H)、氘(2H)、氚(3H)。普通水中的氫原子是“氕”，這種水我們稱為“輕水”；若水中的氫原子是“氘”，則稱為“重水”。“輕水堆”“重水堆”的區別在于反應堆的冷卻劑和慢化劑是“輕水”還是“重水”。如秦山三期核電工程采用的是重水堆。③“輕水堆”和“重水堆”。自然界的氫有三種同位素：氕(1H)

發展核電是可持續發展戰略的重要組成部分。目前，除燃燒化石燃料和水力發電外，只有核電是現實可行、技術成熟、具有大規模工業應用成功經驗的能源?；痣?、水電、核電是電能生產的三大支柱。發展核電是可持續發展戰略的重要組成

目前我國大陸上有兩個核電站、三臺核電機組在運行，它們是秦山核電站一臺30萬千瓦壓水堆核電機組、大亞灣核電站兩臺90萬千瓦壓水堆核電機組。1999年我國核發電量占總發電量的1.15％。秦山核電站大亞灣核電站汽輪機目前我國大陸上有兩個核電站、三臺核電未來核聚變能發電

當今核能利用的主要目標是：一是選用快中子增殖堆作為第二代核電站的主要堆型，利用快堆核燃料的增殖效應，緩解核資源的枯竭；二是用核聚變能發電?，F在的核電站都是利用核裂變能發電，如果實現了可控核聚變，人類就可以用氘來發電。未來核聚變能發電當今核能利用的主要未來核聚變能發電

未來核聚變能發電1升海水可提取0.03克氘，這些氘通過核聚變能釋放相當于300升汽油所提供的能量。到那時人類能源問題將獲得徹底解決。1升海水可提取0.03克氘，這些氘核聚變與核裂變

核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質量非常大的原子核像鈾、釷等才能發生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發生核裂變……，使過程持續進行下去，這種過程稱作鏈式反應。核聚變與核裂變核裂變是一個原子核分裂

而核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。只有較輕的原子核才能發生核聚變，比如氫的同位素氘、氚等。核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽內部連續進行著氫聚變成氦過程，它的光和熱就是由核聚變產生的。而核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原核聚變與核裂變相比有四大優點：

核聚變反應放出的能量比核裂變反應放出的能量更巨大，大約是核裂變能的10倍；核聚變反應是太陽內部發生的主要核反應，所以核聚變技術就是制造一個個小太陽，意義十分重大；核聚變反應堆是在稀薄的氣體中持續穩定地運行，因而不可能“失去控制”，因而核聚變反應比核裂變反應更安全；核聚變與核裂變相比有四大優點：核聚變

因為氘和氚的聚變產物只有氦，無污染產生，因而核聚變反應比核裂變反應更清潔；核聚變燃料的資源比核裂變燃料更豐富，因為海水中有著取之不盡的核聚變燃料氘。因為氘和氚的聚變產物只有氦，無污染產要使核聚變反應能順利進行，必須滿足下列四個基本條件：

第一個條件是超高溫。加熱氘和氚的最低溫度是7000萬℃，一般為1～2億℃。這么高的溫度比太陽內部的溫度還要高出10倍，要使之成為現實談何容易。第二個條件是高密度。要求中子的密度達到每立方厘米50萬億個，而高密度的中子會引起材料的劣化。要使核聚變反應能順利進行，必須滿足下列四個基本條件：

第三個條件是約束時間長。因為在核聚變過程中產生高溫等離子體，要使這些等離子體既能裝在容器里，又保證它們不與容器壁相碰撞，必須把這些等離子體約束起來，而且約束的時間不能少于1秒鐘。這是核聚變技術發展中的又一個重大難點。第四個條件是保持干凈。因為雜質會使輻射大大損失，可以使剛升到高溫的等離子體冷下來，所以要嚴防雜質混入等離子體中。因此，原料必須高度純凈，容器必須高度清潔，在裝料以前容器的真空度要達到萬分之一帕。這樣的超凈條件也是難以實現的。第三個條件是約束時間長。因為在核聚變過目前已實現的人工熱核反應是氫彈爆炸目前已實現的人工熱核反應是氫彈爆炸國際熱核實驗反應堆

盡管實現核聚變控制的難度很大，但人們一直沒有放棄研究，近些年取得了一定的進展。

2006年6月28日歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國代表在俄羅斯首都莫斯科達成協議，決定法國南部馬賽附近的“卡達拉舍”成為國際熱核實驗反應堆的建設地。國際熱核實驗反應堆

國際熱核實驗反應堆計劃是一項研究核聚變發電的大型國際科研項目。參與國際熱核實驗反應堆計劃的六方是歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國。據俄原子能署專家介紹，國際熱核實驗反應堆項目總費用將為130億美元，其中47億美元用于反應堆的前期投資。獲得第一個熱核實驗反應堆建造權的國家將承擔該項目50％的費用，另外五方分別承擔10％。國際熱核實驗反應堆計劃是一項研究核聚

目前國際熱核實驗反應堆只是一個研究工具，將來不會連接電網。它的目的是找到聚變的最佳條件，目標是建立一個功率可達500兆瓦，時間持續300秒以上的聚變反應堆。到那時才有可能進入下一個階段：利用聚變發電。這個目標應由國際熱核實驗反應堆的接班人來實現，最快也得2035年以后才有望利用核聚變反應堆發出第一度電。目前國際熱核實驗反應堆只是一個研究工核潛艇核電站核動力核潛艇核電站核動力？思考題：1.什么是新能源？舉例說明。2.簡述氫能的優越性。舉例說明三種產生氫能的途徑。3.核聚變與核裂變有何區別？目前世界上的核電站屬于哪一種？4.我們需要修建核電站嗎？為什么我們不能完全依靠煤和石油來發電？5.核電站安全嗎？核電站會像核彈那樣爆炸嗎？核電站會放出輻射嗎？如何避免核電站的危險？6.你知道如何處理核電站產生的廢料嗎？7.核反應堆有哪幾種類型？“快堆”有什么特點？8.試舉三例利用太陽能的設備，并解釋其原理。9.簡述太陽能的優點與不足，如何有效利用太陽能？？思考題：1.什么是新能源？舉例說明。第四節生物質資源

生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質能轉變而來的。第四節生物質資源生物質能是蘊藏在生

生物質能是可再生能源，通常包括以下幾個方面：

一是木材及森林工業廢棄物；

二是農業廢棄物；

三是水生植物；

四是油料植物；

五是城市和工業有機廢棄物；六是動物糞便。生物質能是可再生能源，通常包括以下幾個方面：

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量的第四位，在整個能源系統中占有重要地位。到本世紀中葉，采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40％以上。生物質能的來源生物質能源的利用過程生物質能一直是人類賴以生存的重要能源生物能的優點：(1)提供低硫燃料；(2)提供廉價能源；(3)將有機物轉化成燃料可減少環境公害(例如垃圾燃料)；(4)與其他非傳統性能源相比較，技術上的難題較少。生物能的優點：(1)提供低硫燃料；生物能的缺點：（1）利用規模小；

(2)植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；

(3)單位土地的有機物能量偏低；

(4)缺乏適合栽種植物的土地；

(5)有機物的水分偏多(50%～95%)。生物能的缺點：（1）利用規模??；生物質能的生化轉化過程

（1）厭氧消化利用微生物將固體有機物轉化成甲烷、二氧化碳、氫及其他產物；（2）乙醇發酵如利用糖類作物發酵可制成乙醇；生物質能的生化轉化過程（1）厭氧消化生物質資源利用實例

實例一：由生物質制造汽油酒精可作為機動車燃料已成為不爭的事實。但傳統的發酵工藝，以谷物為原料，原料成本高，且利用率低，能耗很大，因此酒精產品成本較高。要想將其大規模用于機動車燃料還必須降低成本。降低成本的辦法有二，其一是利用基因工程改進酵母的性能以提高過程效率，其二是采用更為廉價的纖維素原料。日本三得利公司把從霉菌中分離得到的葡萄糖淀粉霉基因克隆到酵母中，可直接發酵生產酒精，省去了淀粉原料蒸煮糊化的傳統工序及蒸煮物冷卻設備，可減少60%的能耗。目前在美國，酒精燃料已經進入實用化階段，只要在稅收政策上適當給予優惠，就可以大規模用作汽車燃料。生物質資源利用實例實例一：由生物質制造汽油

實例二：由生物質制天然氣天然氣有時也稱沼氣，其主要成分是甲烷，目前廣泛用作發電廠和家庭用燃料，部分天然氣還用做化工原料。農、林、畜產的廢物和家庭的有機垃圾可通過甲烷發酵過程制取沼氣。其過程是，把上述有機廢物放在容器中并與細菌混合，細菌便在容器中迅速繁殖起來，細菌在分解過程中釋放出甲烷、氨和二氧化碳。據報道，美國俄克拉荷馬州的一家熱回收處理廠已建成一套5萬立方米的沼氣，可滿足當地近3萬戶家庭使用。實例二：由生物質制天然氣

實例三由生物質制造生物柴油目前生物柴油主要是用化學法生產，即用動物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者堿性催化劑和高溫（230～250℃）下進行轉酯化反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯，在經洗滌干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產過程中可循環使用，生產設備與一般制油設備相同，生產過程中可產生10%左右的副產品甘油。

實例三由生物質制造生物柴油利用油菜籽制備生物柴油生物柴油生產裝置生產流程利用油菜籽制備生物柴油生物柴油生產裝置生產流程？思考題1.什么是“生物質能”？舉例說明。2.為什么把生物質能稱為“變廢為寶的能源”？介紹兩種利用生物質能的方法。3.在我國現階段，你認為應該如何有效利用生物質能？4.目前有人提倡推廣種植“綠色石油”來緩解能源危機，你認為可行嗎？為什么？

？思考題1.什么是“生物質能”？舉例說明。第五節化學電源

在開發新能源的過程中燃料電池異軍突起，燃料電池是一種直接利用氫和氧進行電化學反應的直接發電方式，其發電效率高達40％～60％，預計將來可達70％～80％。化學電源，特別是新型的鎳/氫電池、鋰電池、燃料電池具有高能量密度的特性，是高效能量儲存與轉換的應用典范。第五節化學電源在開發新能源的過程中化學電池的發展

化學電源是將物質化學反應所產生的能量直接轉化成電能的一種裝置。從1839年Willam-Grore發明燃料電池以來，化學電源的研制受人們的關注。如1859年Plante研制了鉛酸電池，1868年Leclanche研制了以氯化銨為電解液的鋅/二氧化錳電池，1888年Gassner制備了鋅/二氧化錳干電池，1895年Junger發明了鎳/鎘電池，1900年Edison創制了鎳/鐵電池，以及在20世紀后期形成產業化重點的鎳/氫電池和鋰(離子和高分子)電池?；瘜W電池的發展化學電源是將物質化學化學電池分類

化學電池的分類有不同方法，而按化學電池的工作性質及儲存方式不同，可將化學電池分為：原電池(一次電池)、蓄電池(二次電池)、儲備電池和燃料電池。原電池經過連續放電或間歇放電后，不能用充電的方法將兩極的活性物質恢復到初始狀態，即反應是不可逆的，因此正、負電極上的活性物質只能利用一次。原電池的特點是小型、攜帶方便，但放電電流不大，一般用于儀器及各種電子器件。廣泛應用的原電池有：鋅/錳、鋅/汞、鋅/銀電池等?；瘜W電池分類化學電池的分類有不同方法，原電池原電池

蓄電池在放電時通過化學反應可以產生電能，而充電(通以反向電流)時則可使體系回復到原來狀態，即將電能以化學能形式重新儲存起來，從而可循環使用。常用的蓄電池有：鉛酸、鎳/鎘電池、鎳/鐵電池、鎳/氫電池、鋰(離子和高分子)電池等。蓄電池在放電時通過化學反應可以產生電蓄電池蓄電池鎳/氫電池

鎳/氫電池是在研究能源基礎上發展起來的一種高科技產品，它是集能源、材料、化學、環境于一身的新型化學能源。這種新型蓄電池以氫氧化鎳做正極活性材料，以儲氫合金做負極活性材料，以堿性氫氧化鉀及氫氧化鋰水溶液為電解質。鎳/氫電池鎳/氫電池是在研究能源基礎上發展鋰電池

鋰電池是對采用金屬鋰做負極活性物質的電池的總稱。鋰位于元素周期表第一主族的第二位，在已知金屬中具有最輕的原子量(6.94)和最負的標準電極電位(-3.045V)，因而鋰與適當的正極材料匹配構成的鋰電池具有能量密度大、電池電壓高的特性。另外，鋰電池還具有放電電壓平穩、工作溫度范圍寬、低溫性能好、儲存壽命長等優點。形式各樣的鋰電池鋰電池鋰電池是對采用金屬鋰做負

儲備電池又稱之為激活電池。該類電池的正負極活性物質和電解質在儲備期間不直接接觸，只有在使用時借助動力源作用于電解質，才使電池激活工作。儲備電池的特點是電池在使用前處于惰性狀態，因此可儲存較長時間(如幾年到十幾年)。儲備電池有：鎂/銀電池、鋅/銀電池、鉛/高氯酸電池等。儲備電池儲備電池又稱之為激活電池。該類電池

燃料電池又稱為連續電池，與其他電池相比，它最大的特點是正負極本身不包含活性物質，而活性物質被連續地注入電池，就能夠使電池源源不斷地進行發電。按使用電解質的不同，燃料電池大體上可分為五大類：堿性燃料電池，高分子電解質(又稱質子交換膜)燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及固體氧化物燃料電池。燃料電池又稱為連續電池，與其他電池燃料電池

燃料電池是一個電化學系統，它將化學能直接轉化為電能且廢物排放量很低。燃料電池由3個主要部分組成：燃料電極(正極)、電解液、空氣／氧氣電極(負極)。燃料電池的工作原理燃料電池燃料電池是一個電化學系統氫動力燃料電池電動汽車氫動力燃料電池電動汽車燃料電池的優點

由于燃料電池不會燃燒出火焰，也沒有旋轉發電機，所以燃料的化學能直接轉化為電能。這一過程具有許多重要的優點：①這一過程的電效率比任何其它形式的發電技術的電效率都高。②廢氣如SO2，NOx和CO的排放量極低。③由于燃料電池中無運動部件，燃料電池工作時很安靜且無機械磨損。④電與熱量可結合起來用(熱電聯產廠)。⑤燃料電池的工作特性可滿足各種負荷水平要求。燃料電池的優點由于燃料電池不會燃燒出燃料電池的應用

目前將質子交換膜燃料電池用于空間飛行、移動式和固定式設備，同時開發小型化的質子交換膜燃料電池系統，作為便攜式電源用于筆記本電腦和攝像機等裝置。將來，在固定和移動式發電廠中采用燃料電池，可以使對環境的污染減少到現有技術還不能達到的程度。燃料電池的應用目前將質子交換膜燃料燃料電池應用燃料電池應用？思考題：1.簡述化學電池的分類和主要用途。2.簡述燃料電池的工作原理。3.舉例說明燃料電池的應用。4.簡述化學電池作為新能源的優點和不足。？思考題：1.簡述化學電池的分類和主要用途。本章主要內容能源概述常規能源新能源生物質能源化學電源本章主要內容能源概述常規能源新能源生物質能源化學電源第一節概述

能量是物質運動的基礎，是物質之所以發生變化的原因第一節概述能量是物質運動的基礎，是物質之所以發生變化

在自然界中處處充滿能源，能量無所不在，如機械能，原子核能，電能，生物質能等，正是由于在這個世界上處處充滿著能量，而且這些能量還可以相互轉化，所以才使我們這個世界絢麗多彩，充滿了生機和活力。在自然界中處處充滿能源，能量無所不在，如機械能到底什么叫做能源？

能源是指一切能量比較集中的含能體和提供能量的物質運動形式。能源是人類生存和發展的重要物質基礎，是人類從事各種經濟活動的原動力，也是人類社會經濟發展水平的重要標志。到底什么叫做能源？能源是指一切能量比能源的分類能源種類很多，但按照它們的來源，大體上可分為三大類。

一太陽能二地球本身蘊藏的能量

三地球在其它天體的影響下產生的能量

能源的分類能源種類很多，但按照它們的來源，大體上可分為三大類太陽向地球輻射能量1.太陽能太陽向地球輻射能量1.太陽能2.地球本身蘊藏的能量

如石油，煤炭，天然氣等2.地球本身蘊藏的能量如石油，煤炭，天然氣等3.地球在其它天體的影響下產生的能量

如利用潮汐能進行潮汐發電3.地球在其它天體的影響下產生的能量如利用潮汐能進行潮汐發

以上三類能源統稱為一級能源；而人類依靠一級能源來制造加工出許多適合于生產活動所需的能量形式如電能等，則統稱為二級能源。以上三類能源統稱為一級能源；而人類對于一級能源和二級能源，依據它們的形成方式、使用性質、可否再生及使用成熟程度又可將能源作如下分類：1．按能源的形成方式可劃分為一次能源和二次能源。一次能源是自然界中存在的可直接使用的能源(如煤炭、石油、天然氣、太陽能等)。二次能源則是指經加工轉化成的能源(如電、煤氣、蒸汽等)。2．按能源的使用性質可分為含能體能源和過程性能源。含能體能源是指能夠提供能量的物質能源(如煤炭、石油等)，其特點是可以保存且可儲存運輸。而過程性能源是指提供能量的物質運動形式(如太陽能、電能等)，它不能保存，難于儲存運輸。對于一級能源和二級能源，依據它們的形成方式、使用性質、可否再3．按可否再生又可將能源分為再生能源和不可再生能源。再生能源是指不隨人類的使用而減少的能源(如太陽能)。不可再生能源則是隨著人類使用而逐漸減少的能源(如化石能源)。4．按現階段使用的成熟程度又可將能源劃分為常規能源和新能源。前者是指人類已長期使用，且在技術上也比較成熟的能源。而后者是指雖已開發并少量使用，但技術上還未成熟而未被普遍使用、卻具有潛在應用價值的能源。3．按可否再生又可將能源分為再生能源和不可再生能源。再生能源能源分類圖：能源分類圖：化學與能源的關系

20世紀是化學工業蓬勃發展的世紀，化學工業對能源的發展起到了舉足輕重的作用。煤的氧化、加氫，石油的裂解，太陽能蓄熱、熱發電、光伏發電及光化學發電，原子核發生變化釋放的核能等等，無論是常規能源還是新能源的開發、利用和發展，都與化學有著密不可分的關系。化學與能源的關系20世紀是化學工業能源的變遷1.柴草的開發利用

從原始社會到18世紀產業革命以前，人類一直以柴草為燃料，依靠人力、畜力，并利用一些簡單的水力與風力機械作為動力，從事生產活動，生產和生活水平都很低。這就是人類能源史上經歷的柴草時期。能源的變遷1.柴草的開發利用2．煤炭的開發利用標志性事件：蒸汽機的發明和利用

到19世紀末，煤炭用于發電，電力應用于生產和生活的各個方面，電動機也逐步代替了蒸汽機，電燈代替了油燈和蠟燭。從19世紀70年代到20世紀初，煤炭在能源構成中的比例從24%上升到95%，從而取代柴草坐上了主要能源的寶座，開始了人類能源史上的煤炭時期。2．煤炭的開發利用標志性事件：蒸汽機的發明和利用3．石油的開發利用

石油主要是沉淀在一起的低等動植物等，經過復雜的化學和生物化學作用轉化而成的液體有機物。3．石油的開發利用石油主要是沉淀在一

人類利用石油的歷史可以追溯到很久以前的古代社會。真正大規模的利用石油資源還是從19世紀開始的，20世紀初，內燃機的發明促使石油被大規模開發利用。同時工業革命誘發了社會對石油的迫切需求，石油取代煤炭成為主要能源，也促成了能源結構的第二次變革。

內燃機人類利用石油的歷史可以追溯到很久以4．新能源的開發利用

自1973年開始，國際上接連出現兩次石油危機。人們越來越清醒地認識到，石油是一種蘊藏量極其有限的寶貴能源，必須一方面設法提高其利用率，千方百計節省能源；另一方面也必須考慮尋求新的替代能源。通過研究摸索，我們認為太陽能、核能、氫能等為代表的新能源將成為未來的能源主體。應該說，第三次變革具有劃時代意義。因為人類找到了新的“火種”，而且人類看到了最終獲得取之不盡的能源的希望之光。4．新能源的開發利用自1973年（1）太陽能的開發利用

太陽能是太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能。太陽向宇宙空間發射的輻射功率為3.8×1023kW的輻射值，其中20億分之一到達地球大氣層。到達地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，其余的到達地球表面，其功率為8×1013kW，能量相當巨大。（1）太陽能的開發利用太陽能是太陽內

在近三百多年中，人們逐漸把太陽能作為一種能源使用。例如，1615年發明了太陽能抽水泵，1866年制出了太陽能發動機，1878年推出了以太陽能為動力的印刷機。在20世紀最初的10年中，美國建造了一系列太陽能發電機。1950年前蘇聯建造了第一座太陽能塔式熱電站，1952年法國建造成功50千瓦的太陽爐，1960年美國用太陽能平板集熱器建起了世界上第一座氨-水吸式空調系統等。

太陽能發電機與利用太陽能的汽車太陽能發電機與利用太陽能的汽車（2）核能的開發利用

核能就是通常所說的原子能。原子核外電子的變化過程稱化學反應，反應過程中釋放出來的能量稱化學反應熱，簡稱反應熱。原子核結構發生變化的過程稱核反應，核反應過程中釋放出來的能量稱核能。

1克鈾(U)發生原子核裂變反應時可放出8×107千焦的熱量（相當于3噸煤燃燒時放出的熱），放出的熱量相當于2萬噸黃色炸藥(TNT)爆炸時放出的熱量。威震四海的原子彈爆炸就是根據這個原理。氘和氚的核聚變反應如果不加控制，可引發氫彈爆炸。它的威力一般要比原子彈大幾十到幾百倍。（2）核能的開發利用核能就是通常所原子彈爆炸核潛艇原子彈爆炸核潛艇第二節常規能源

定義：在現有經濟和技術條件下，已經大規模生產和廣泛使用的能源為常規能源，如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。第二節常規能源定義：在現有經濟一.煤

由于成煤植物和生成條件的不同，煤一般分為三大類，它們是腐植煤、殘植煤和腐泥煤。一.煤由于成煤植物和生成條件1．煤的形成

煤是大量植物遺體被堆積、掩埋在地底下，經過泥炭化和煤化作用而形成的固體有機礦物。組成煤的主要化學元素是碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)和硫(S)等。其中，碳的含量達到50%~97%，故煤又稱煤炭。1．煤的形成煤是大量植物遺體被堆積2．煤的綜合利用

煤的氣化:2．煤的綜合利用煤的氣化:煤的焦化(干餾)：煤的焦化(干餾)：煤的液化：煤的液化：化學與生活第三章-化學與能源課件二、石油

石油(Petroleum)，指氣態、液態和固態的烴類混合物，具有天然的產狀。

原油(CrudeOil)，指石油的基本類型，儲存在地下儲集層內，在常壓條件下呈液態。二、石油石油(Petroleum)，指氣態、液態和固1．石油儲量

根據《2004年BP世界能源統計》，截止到2003年底，全世界剩余石油探明可采儲量為1565.8億噸，其中，中東地區占63.3％，北美洲占5.5％，中南美洲占8.9％，歐洲占9.2％，非洲占8.9％，亞太地區占4.2％。1．石油儲量根據《2004年BP世界2．石油的重要性

自19世紀70年代的產業革命以來，化石燃料的消費量急劇增長，初期主要是以煤炭為主，進入20世紀以后，特別是第二次世界大戰以來，石油和天然氣的生產與消費持續上升，石油于20世紀60年代首次超過煤炭，躍居一次能源的主導地位。雖然20世紀70年代世界經歷了兩次石油危機，但世界石油消費量卻沒有絲毫減少的趨勢。

2．石油的重要性自19世紀70年代

到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源，在世界一次能源供應中約占87.7％，其中石油占37.3％、煤炭占26.5％、天然氣占23.9％。從以上數據可以看出，原油和天然氣這兩種石油能源占了總能源的60%。據分析，石油能源的優勢地位將一直持續到2010年左右。到2003年底，化石能源仍是世界

我國石油能源在總能源中的比重一直在20%左右，低于世界平均58％的水平。我國石油能源在總能源中的比重一直在23．石油的煉制

石油經過分餾、裂化、重整、精制等步驟，獲得了各種燃料和化工產品，有的可直接使用，有的可以進行深加工。

3．石油的煉制石油經過分餾、裂化三.天然氣

天然氣(NaturalGas)，也是石油的主要類型，呈氣相，或處于地下儲層條件時溶解在原油內，在常溫和常壓條件下又呈氣態。天然氣與煤炭、石油，并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣的蘊藏量和開采量都很大，其基本成分是甲烷。由于天然氣熱值高，燃料產物對環境的污染少，被認為是優質潔凈燃料。三.天然氣天然氣(Natural化學與生活第三章-化學與能源課件四.能源危機1．能源的存量

石油，煤和天然氣都是不可再生能源資源。目前已探明的石油儲量將于2010-2035年耗掉80％；而天然氣和煤，從現在算起，天然氣只能再用40-80年，煤只能再用200-300年。四.能源危機1．能源的存量石油，煤和天然氣都是不2．能源開發利用對生態環境的影響

能源開發利用不當，將影響生態環境。例如，森林的破壞將減少森林對二氧化碳氣體的吸收，從而造成大氣中二氧化碳含量增加，大氣溫室效應加劇。水力發電站選址、設計不當會破化周圍的生態環境，造成魚類減少、土地變質等不良后果。2．能源開發利用對生態環境的影響能源溫室效應導致冰水融化能源開發引起的大氣污染溫室效應導致冰水融化能源開發引起的大氣污染3．能源價格飛漲拖累經濟

新興市場發展快速、資源不穩定、石油價格飛漲，表明我們正處在一個新的能源時代。數據顯示，到2004年，世界對能源的需求量從1.8億桶增加到了2.5億桶，由原來的每桶30美元躍升到了現在的每桶超過85美元。石油價格急速高漲，能源價格的波動對世界經濟產生強烈影響。新能源的發展、政府和企業如何應對未來能源的挑戰已是各國政府不得不面對的重大課題。3．能源價格飛漲拖累經濟新興市場發展第三節新能源

目前，世界各國所消耗的能源中常規能源占絕大多數，然而，這些礦物燃料既儲量有限，又污染環境，從長遠來看，為了人類的生存和社會的發展，必須大力開發利用可再生能源。新能源的含義在我國是指除常規能源和大型水力發電之外的太陽能、氫能、核能、風能、生物質能、海洋能、地熱能等。“新”與“常規”相比是一個相對的概念，隨著科學技術的進步，它們的內涵將不斷發生變化。新能源的出現與發展，一方面是能源技術本身發展的結果，而另一方面也是由于它們在解決能源危機及環境問題方面呈現出新的應用前景。目前最有發展前景的新能源包含太陽能、氫能、核能、風能等。第三節新能源目前，世界各國所消耗一.太陽能

太陽能是指太陽的輻射能。太陽離地球大約1.5億千米，其表面溫度約6000℃左右。太陽能的產生主要是因為太陽內部連續不斷地發生以氘和氚轉變為氦的核聚變反應，好像許多顆巨型氫彈在連續爆炸一樣，可以放出驚人的能量。一.太陽能太陽能是指太陽的輻射能?；瘜W與生活第三章-化學與能源課件太陽能優點：1.太陽能既是一次能源，又是可再生能源，它資源豐富，取之不盡，用之不竭；2.太陽能可就地取用，無需運輸；3.太陽能作為一種清潔能源，在開發利用過程中對環境無任何污染；太陽能優點：1.太陽能既是一次能源，又是可再生能源，它資源豐太陽能缺點：1.能流密度低；

2.其強度受各種因素(季節、地點、氣候等)的影響不能維持常量。太陽能缺點：1.能流密度低；太陽能開發利用（1）太陽能的光-熱轉換太陽能的光-熱轉換是太陽能利用中最主要的轉換方式。實現這種轉換的是各種光-熱轉換裝置，其基本設計思想是先設法把太陽輻射能收集起來，然后利用它來加熱。太陽能開發利用（1）太陽能的光-熱轉換

目前，具有實用價值的光-熱轉換裝置有太陽灶、太陽能熱電站、太陽房、太陽能干燥器、太陽能熱水器和太陽能航標燈塔等泥薄殼型太陽灶太陽能熱電站太陽房太陽能干燥器太陽能熱水器目前，具有實用價值的光-熱轉換裝置有(2)太陽能的光-電轉換

太陽能的光-電轉換是把太陽輻射能直接轉換成電能。這種轉換通常是讓太陽的輻射光子通過半導體物質來實現的，在物理學上叫做光生伏打效應。(2)太陽能的光-電轉換太陽能的太陽能航標燈塔利用太陽能人造衛星電視差轉臺光電水泵太陽能飛機太陽能航標燈塔利用太陽能人造衛星電視差轉臺光電水泵太陽能飛機(3)太陽能的光-化學轉換

太陽能的光-化學轉換是將太陽能直接轉換成化學能。這種轉換一般通過植物的光合作用和光化學反應實現。(3)太陽能的光-化學轉換太陽能光合作用示意圖光合作用示意圖二.氫能

隨著常規能源危機出現，人們在開發新的二次能源探索道路上，氫能以其清潔、安全、高效的特點受到了越來越多的關注。二.氫能隨著常規能源危機出現，人們在氫能的優點：

首先，氫能來源廣泛，可以從化石能、核能、可再生能源中制取，有利于擺脫對石油的依賴；

其次，氫能作為燃料，能在傳統的燃燒設備中進行能量轉化，與現有能源系統易兼容；

第三，氫能通過燃料電池技術轉化能量，比利用熱機轉化效率更高，而且沒有環境污染；第四，氫能能夠儲存，可以與電力并重而且互補。氫能的優點：首先，氫能來源廣泛，可清華大學研制的氫燃料電池城市客車清華大學研制的氫燃料電池城市客車

目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫能的大規模的商業應用還有待解決以下關鍵問題：①價廉的制氫技術；②安全可靠的貯氫和運輸氫方法；目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫的制造技術

氫的制造技術(1)電解水制氫(1)電解水制氫(2)太陽能制氫

這種所謂“水中取火”的方法是非常誘人的。它只要在水中放入催化劑，在太陽光的作用下就能使水分解放出氫氣和氧氣。如果這種方法切實可行，人們只要在飛機和汽車的油箱中裝滿水，再加入一些催化劑，在太陽光的照射下就可以行駛起來。(2)太陽能制氫這種所謂“水中取火”的方法是非常誘(3)熱化學循環分解水

純水的分解需要很高溫度(大約4000℃)。在1960年，科學家們觀察到可利用核反應堆的高溫來分解水制氫。目前高溫石墨反應堆的溫度已高于900℃，而太陽爐的溫度可達1200℃，這將有利于熱化學循環分解水工藝的發展。(3)熱化學循環分解水純水的分熱化學循環分解水熱化學循環分解水(4)礦物燃料制氫

目前，制備氫氣的最主要方法是以煤、石油及天然氣為原料。如水煤氣反應：(4)礦物燃料制氫目前，制備氫氣的礦物燃料礦物燃料(5)生物質制氫

生物質可通過氣化和微生物法制氫。在生物質氣化制氫方面，可將原料如薪柴、鋸末、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐中進行氣化或裂解反應可制得含氫的燃料氣。(5)生物質制氫生物質可通過氣化生物質制氫生物質制氫(6)其它方法制氫

在多種化工過程中，如電解食鹽制堿過程、發酵制酒過程、合成氨生產化肥過程、石油煉制過程等，均有大量副產物氫氣。如果能采取適當的措施對上述副產物進行氫氣的分離回收，每年可獲得數億立方米的氫氣。制氫研究新進展的取得將會不斷地促進氫能源的綜合利用與開發。(6)其它方法制氫在多種化工過程氫的貯存和運輸(1)氫的氣態貯存。由于氫氣密度小、體積大，所以在常溫常壓下貯存氫氣是沒有任何實用意義的。一般認為，氫氣作為燃料使用時的貯存，應該與天然氣的大規模貯存相同，最好貯存在遠離城市的地下氣體倉庫中。在城市中則建立合適的轉運、分配系統，以適應不同要求用戶的需要。此外，需要特別注意的是防止氫氣的滲漏。(2)氫的液態貯存。常用的方法是將氫氣深冷液化并罐裝運輸。但需要零下250℃的超低溫，盛器復雜，價格過于昂貴，而且不安全，一般只用于火箭、宇宙飛船等航天工業。現正在試驗把液氫噴氣式發動機用于民用航空運輸，以制造速度超過超音速飛機6～8倍的新型飛機。(3)氫的固態貯存。目前，極有前途的一種方法是將氫氣以固體金屬合金氫化物的形式貯存在金屬合金中。非常有趣的是，當氫氣遇到某些金屬合金時，就像水遇到海綿一樣，氫分子會鉆進金屬合金的晶格里形成金屬合金氫化物，從而使氫氣固體化貯存起來；當外界條件稍微改變時，所生成的金屬合金氫化物就分解放出氫氣。故有人把這種金屬合金叫做“氫海綿”。氫的貯存和運輸(1)氫的氣態貯存。由于氫氣密度小、體積大，氫能的應用

氫能的應用燃氫航天飛機燃氫宇宙飛船液態氫動力車氫能發電站燃氫航天飛機燃氫宇宙飛船液態氫動力車氫能發電站

早在第二次世界大戰期間，氫即用作A-2火箭發動機的液體推進劑。1960年液氫首次用作航天動力燃料。1970年美國發射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料?，F在氫已是火箭領域的常用燃料了。