浙江大學(xué)化學(xué)與人類文明論文——化學(xué)與能源.doc

1、浙江大學(xué) 社科1208班 張學(xué)智 2012年10月化學(xué)與人類文明化學(xué)與能源摘要：自從人類誕生以來，就有了對化學(xué)的探索，這是因?yàn)橛辛巳祟?，就有了對化學(xué)的需求?；瘜W(xué)與我們的生活息息相關(guān)，特別是在人類能源開發(fā)及其利用方面表現(xiàn)得尤為重要。本文主要從人類能源歷程、近年來世界能源結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀、當(dāng)今和未來的化學(xué)能源發(fā)展趨勢等幾個(gè)方面進(jìn)行論述，最后提出一些倡議。關(guān)鍵詞：能源現(xiàn)狀 綠色 可持續(xù) 新能源 人類文明能源離不開化學(xué)，人類對能源利用的歷史，也就是人類了解和使用化學(xué)的歷史。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類利用能源的歷史大體經(jīng)歷了五個(gè)階段：1、火的發(fā)現(xiàn)和利用（薪火時(shí)代）；2、風(fēng)力、水力和畜力等自然動(dòng)力的利

2、用；3、化石燃料的開發(fā)和利用（蒸汽時(shí)代）；4、電力的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用（電氣時(shí)代）；5、原子能、氫能、生物質(zhì)能等新能源的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用（新能源時(shí)代）。在能源歷程上，就其劃時(shí)代性革命轉(zhuǎn)折而言，主要有三大轉(zhuǎn)變：第一次是煤炭取代木材等成為主要能源，；第二次是石油取代煤炭而居主導(dǎo)地位；第三次是目前正在出現(xiàn)的多能源結(jié)構(gòu)。而這些轉(zhuǎn)變，無論是火的發(fā)現(xiàn)和利用，或煤、石油和天然氣的利用，還是新能源的開發(fā)，都離不開化學(xué)這一門自然學(xué)科的參與。如煤的高效、潔凈燃燒技術(shù)及煤的焦化氣化來合成生產(chǎn)烴類及含氧化合物；原油需經(jīng)過分餾、裂化、重整、精制得到石油及附屬產(chǎn)品；天然氣轉(zhuǎn)化及C1化學(xué)均是對化學(xué)重要性的肯定！在世界能源結(jié)構(gòu)上，

3、聯(lián)合國1994年能源統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)表明，世界能源儲量的情況是：煤的可開采總量為10633.68億噸，原油和天然氣儲量為1407.66億噸，天然氣可開采量為214.203萬億噸，水電理論裝機(jī)容量為33989264萬億焦耳。 據(jù)2010年中國統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)表明，化石燃料占一次能源的86%，仍是目前能源消費(fèi)的主體，但石油所占比重連續(xù)11年下降。2010年，在世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油占33.6%，天然氣占23.8%，煤炭占29.6%，核能占5.2%，水電占6.5%，可再生能源占1.3%。石油仍是最主要的能源，所占比重近幾年連續(xù)下降，但天然氣的比重顯著提高。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與各國的資源狀況密切相關(guān)。201

4、0年世界煤炭探明儲量及分布美國俄羅斯中國澳大利亞印度儲量/億噸237315701145第四第五占有率/%27.618.213.3世界總量8609億噸2010年世界石油探明儲量及分布中東亞太非洲歐洲和歐亞大陸中南美北美占有率/%5531010175世界總量13832億桶中國統(tǒng)計(jì)年鑒 （2010），有刪減雖然看似能源總量很大，但從近幾年的發(fā)展趨勢看，如果消費(fèi)量按平均每年3%的速度遞增，那么可以預(yù)計(jì)再過100多年它們就將全部消耗殆盡！我們面臨的不僅僅是資源的耗竭，還有能源利用帶來的一系列問題，諸如環(huán)境污染、在能源利用中利用率低的問題等。這些是化學(xué)與能源帶給我們便捷的同時(shí)，而被我們忽視了的后果。這就迫

5、切要求人們開發(fā)和使用氫能、核能、風(fēng)能和太陽能等新能源。這些能源的利用與開發(fā)，不但可以解決化石能源面臨耗盡的危機(jī)，還可以減少對環(huán)境的污染。不過還好，令人欣慰的是，人類正在著手研究。人們正在大力開發(fā)綠色、可持續(xù)的化學(xué)新能源，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，并努力提高能源的利用率。下面簡單列舉幾種有前景的化學(xué)能源開發(fā)案例：1、科學(xué)家研究利用尿液和廢水發(fā)電 綠色能源的一種方向排尿是人體正常新陳代謝所需，無可避免。盡管這些尿液在多數(shù)人眼中只是無法利用的廢棄物，但在荷蘭研究人員看來，尿液不僅是澆農(nóng)作物的肥料，還可以是供給燃料電池的原料，人們每次排尿之后能得到大約300mL的尿液，這可以使一個(gè)燈泡持續(xù)2個(gè)小時(shí)發(fā)光。 荷蘭代爾

6、夫特理工大學(xué)的赫里什克希·帕特爾教授日前向記者介紹說，利用尿液發(fā)電的原理其實(shí)很簡單，就是通過搜集尿液中的氨作為生物燃料來提供能源，“利用我們現(xiàn)在研發(fā)的設(shè)備，能夠從尿液或者廢水中得到氨，然后設(shè)法實(shí)現(xiàn)高效的電化學(xué)反應(yīng)來獲得能源?！痹谀茉次C(jī)日益嚴(yán)重的今天，用尿液發(fā)電，確實(shí)是一件振奮人心的大事。2、氫能源的應(yīng)用環(huán)境與能源雙豐收氫能源是當(dāng)今世界最有潛力的新能源之一，它無污染，熱值高，可循環(huán)制備。目前，氫能源的應(yīng)用已經(jīng)逐步開始了。氫是一種優(yōu)質(zhì)的能源載體，氫能燃料電池能夠保證陸用、水用、航天及鐵路交通工具足夠的行駛里程外，且比傳統(tǒng)汽油、柴油內(nèi)燃機(jī)車更環(huán)保。此外，氫能源在智能電網(wǎng)中也可起到重要作用

7、。澳大利亞墨爾本皇家墨爾本理工大學(xué)的兩位學(xué)者對氫能在未來21世紀(jì)世界可持續(xù)發(fā)展能源經(jīng)濟(jì)中的位置問題提出：大都市地區(qū)應(yīng)該以電網(wǎng)為依托，根據(jù)當(dāng)?shù)乜稍偕茉春驮霞暗乩砦恢玫膶?shí)際狀況，建造多層次、多樣化、且相互支持的制氫、儲氫和輸氫中心，減輕氫輸送管道的工作壓力。隨著可再生能源制氫利用量的不斷增加，各國可通過大量儲存氫能保證國家和世界能源安全。到那時(shí)，人類就不必要擔(dān)心能源使用帶來的環(huán)境問題，而致力于研究更佳的能源使用開發(fā)，從而解決世界上的能源問題。3、太陽能的使用取之不盡，用之不竭太陽光普照大地，沒有地域的限制，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，處處皆有。每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬

8、億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源?，F(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。太陽能發(fā)電是電化學(xué)的應(yīng)用！光電直接轉(zhuǎn)換方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，從而被人類利用！4、生物質(zhì)能的利用綠色可持續(xù)生物質(zhì)發(fā)電是利男人能用生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種。生物質(zhì)能發(fā)電方式包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電等。中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源十分豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億噸，全國林木總生物量約190億噸，可獲得量為9億噸，可作為能源利用的總量約為3億噸。如加

9、以有效利用，開發(fā)潛力將十分巨大，生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。最近幾年來，國家電網(wǎng)公司、五大發(fā)電集團(tuán)等大型國有、民營以及外資企業(yè)紛紛投資參與中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)運(yùn)營。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目超過15個(gè)，在建項(xiàng)目30多個(gè)?？梢钥闯?，中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在漸入佳境。另外，現(xiàn)在市場上存在的生物質(zhì)能研發(fā)產(chǎn)品乙醇汽油，正是人類對生物質(zhì)的有效利用！5、催化劑（酶）的研發(fā) 能源研發(fā)和高利用率的捷徑雖然催化劑不是能源，但它在提高能源利用率方面顯得至關(guān)重要！催化劑是近代化學(xué)工業(yè)的支柱，新型催化劑材料的開發(fā)與應(yīng)用，能夠極大的推動(dòng)整個(gè)化學(xué)能源工業(yè)的發(fā)展。2012年10月8日，從大洋彼岸傳來

10、消息，由中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心申報(bào)的發(fā)明專利“一種選擇性加氫催化劑（HPC）及其制備方法”獲得美國專利授權(quán)。研究院的科研人員大幅提升了催化劑的加氫選擇性和抗雜質(zhì)性能，攻克了長期困擾本領(lǐng)域研究者的技術(shù)難題。對于大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，有無催化劑，反應(yīng)有著天上地下的區(qū)別！研究和開發(fā)新的催化劑，對于能源利用起著至關(guān)重要的作用！當(dāng)然，我們更需要綠色催化劑！只有綠色的催化劑，才符合21世紀(jì)乃至以后化學(xué)與能源發(fā)展的根本原則！總之，能源改變了人類的命運(yùn)。能源應(yīng)用技術(shù)的發(fā)明和普及決定著人類社會的生產(chǎn)方式，能源的大規(guī)模使用為人類享受高水平物質(zhì)生活提供了重要基礎(chǔ)。各項(xiàng)相關(guān)研究方向切合當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，以綠色可持續(xù)新能源為研究對象，并緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，研制、開發(fā)新型實(shí)用能源，新型能源的開發(fā)，是環(huán)境保護(hù)的需求，也是保證國民經(jīng)濟(jì)與整個(gè)國家可持續(xù)發(fā)展的要求而新能源的開發(fā)，離不開化學(xué)技術(shù)的發(fā)展。著眼于能源工業(yè)與化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，其研究