太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用

1、當今社會當今社會科技發(fā)展科技發(fā)展的的三大支柱三大支柱：材料材料、能源能源和和信息信息目前，世界目前，世界主要能源主要能源物質(zhì)：物質(zhì)：煤煤、石油石油和和天然氣天然氣化石化石燃料燃料20012001年年世界世界能源能源結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)我國我國能源能源結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化石化石燃料的燃料的缺點缺點：l污染污染問題問題l儲量儲量有限有限 l不可不可再生再生 l化工化工原料原料 解決解決能源能源問題問題的主要的主要途徑途徑：l合理、充分利用合理、充分利用現(xiàn)有現(xiàn)有化石能源化石能源l開發(fā)開發(fā)利用利用清潔、高效的清潔、高效的新能源新能源生物質(zhì)能生物質(zhì)能太陽能太陽能氫能氫能風風 能能海洋能海洋能地熱能地熱能核核 能能太陽能的利用

2、太陽能的利用太陽能資源的優(yōu)點太陽能資源的優(yōu)點1 1、總量最大總量最大 取之不盡，用之不竭取之不盡，用之不竭 2 2、分布最廣分布最廣遍布世界各地遍布世界各地 既可免費使用，又無需運輸既可免費使用，又無需運輸3 3、最清潔最清潔無任何污染及廢棄物無任何污染及廢棄物1 1、能量、能量密度密度低（低（1kW/m2）2 2、是其、是其強度強度受受各種各種因素因素影響影響（季節(jié)、地點、氣候等）（季節(jié)、地點、氣候等）太陽能資源的缺點太陽能資源的缺點1 1、光熱轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換 原理：利用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能原理：利用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能應用：太陽能熱水器應用：太陽能熱水器 反射式太陽灶反射式

3、太陽灶 高溫太陽爐高溫太陽爐 地膜、大棚、溫室地膜、大棚、溫室直接利用太陽能的方式直接利用太陽能的方式太陽能熱水器太陽能熱水器太陽灶太陽灶太陽爐太陽爐大棚大棚2、光電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換將太陽能用于發(fā)電將太陽能用于發(fā)電（1）光光熱熱電電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換（2）光光電電直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換原理原理：根據(jù)光電效應，利用通過太陽能：根據(jù)光電效應，利用通過太陽能電池（光電材料做成）將太陽輻射能直電池（光電材料做成）將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能接轉(zhuǎn)化為電能應用應用：為無電場所提供電池，包括移動：為無電場所提供電池，包括移動電源和備用電源、太陽能日用電子產(chǎn)品電源和備用電源、太陽能日用電子產(chǎn)品并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電大型太陽能發(fā)電大型太

4、陽能發(fā)電美國軍用太陽能發(fā)電帳篷美國軍用太陽能發(fā)電帳篷3 3、光化學能轉(zhuǎn)換、光化學能轉(zhuǎn)換應用應用(1)(1)暖袋暖袋用于調(diào)節(jié)室溫用于調(diào)節(jié)室溫原理原理：當白天溫度較高或受日光照射時分解：當白天溫度較高或受日光照射時分解吸熱，可以起到降溫作用。晚上沒有日光或者溫吸熱，可以起到降溫作用。晚上沒有日光或者溫度低時重新化合放熱，起到升溫作用。度低時重新化合放熱，起到升溫作用。l選擇內(nèi)裝晶體的原則：選擇內(nèi)裝晶體的原則：分解溫度要適中分解溫度要適中熱效應明顯熱效應明顯價格便宜價格便宜芒硝芒硝 (2)(2)光解水光解水利用太陽能和催化劑將水分解制氫氣。利用太陽能和催化劑將水分解制氫氣。6H2O + 6CO2 C

5、6H12O6 +6O2光光葉綠素葉綠素4 4、光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換、光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換原理：原理：通過通過光合作用光合作用，將，將太陽能太陽能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為化學能化學能儲儲存在存在生物質(zhì)生物質(zhì)中中生物質(zhì)能生物質(zhì)能。自然界自然界利用太陽能利用太陽能最成功最成功的例子的例子地球上每年通過光合作用儲藏的太陽地球上每年通過光合作用儲藏的太陽能相當于全球能源年消耗量的能相當于全球能源年消耗量的10倍左右。倍左右?；瘜W方程式化學方程式C6H12O6(s)+6O2(g) 6H2O(l)+6CO2(g) H=-2804kJ/mol(C6H10O5)n +nH2O nC6H12O6淀粉、纖維素淀粉、纖維素葡萄糖葡萄糖動物獲

6、得能量的途徑動物獲得能量的途徑生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)能的利用概念概念（P49）來源于來源于植物植物及其加工及其加工產(chǎn)品產(chǎn)品貯存的能量貯存的能量生物質(zhì)生物質(zhì)主要包括農(nóng)業(yè)廢棄物（如植物的主要包括農(nóng)業(yè)廢棄物（如植物的秸稈、枝葉）、水生植物、油科植物、秸稈、枝葉）、水生植物、油科植物、城市與工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等。城市與工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等。1、直接燃燒、直接燃燒點燃點燃（C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O缺點缺點: 能量能量利用率利用率低（低（2040）生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)能的利用拾柴背秸稈的老大爺晾曬在墻上的干牛糞2、生物化學轉(zhuǎn)換、生物化學轉(zhuǎn)

7、換（1）利用利用植物的秸桿、枝葉、雜草和動植物的秸桿、枝葉、雜草和動物糞便等物糞便等生物質(zhì)生物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過細在厭氧條件下，經(jīng)過細菌發(fā)酵菌發(fā)酵制取沼氣制取沼氣。主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：環(huán)保環(huán)保副產(chǎn)副產(chǎn)化肥化肥（2）將將農(nóng)產(chǎn)品（如玉米、高粱）等農(nóng)產(chǎn)品（如玉米、高粱）等生生物質(zhì)物質(zhì)水解、發(fā)酵水解、發(fā)酵制乙醇制乙醇。酶酶（C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO2酶酶乙醇汽油乙醇汽油90%汽油汽油+10%乙醇乙醇一、可增加汽油中的含氧一、可增加汽油中的含氧量，使量，使燃燒更充分燃燒更充分，降低，降低尾氣中有害物質(zhì)含量尾氣中有害物質(zhì)含量二、提高汽油的標號，

8、使二、提高汽油的標號，使發(fā)動機運行更平穩(wěn)發(fā)動機運行更平穩(wěn)；三，能消除發(fā)動機內(nèi)積炭，三，能消除發(fā)動機內(nèi)積炭，可可延長發(fā)動機壽命延長發(fā)動機壽命 3 3、熱化學轉(zhuǎn)換、熱化學轉(zhuǎn)換復雜的化學反應復雜的化學反應生物質(zhì)生物質(zhì)可燃性氣體可燃性氣體氫能的開發(fā)與利用氫能的開發(fā)與利用氫能的利用途徑氫能的利用途徑燃燒燃燒放熱放熱用于用于燃料電池燃料電池，釋放電能，釋放電能利用利用氫氫的的核聚變核聚變反應釋放的核能反應釋放的核能1、來源來源豐富、可豐富、可再生再生2、熱值熱值高高3、無污染無污染理想的理想的“綠色能源綠色能源”氫能源的優(yōu)點氫能源的優(yōu)點1、降低降低制氫氣的制氫氣的能耗能耗目前常用：目前常用：1)化石化石燃

9、料在燃料在高溫高溫下與下與水蒸氣水蒸氣反應反應2)化石化石燃料燃料部分氧化部分氧化法法3)電解電解水水研究方向：研究方向：4)微生物微生物使使水分解水分解5)光解光解水水需要解決的問題需要解決的問題1、降低制氫氣的能耗、降低制氫氣的能耗2、氫的、氫的儲存儲存和和運輸運輸需要解決的問題需要解決的問題1)常壓儲氫常壓儲氫2)高壓儲氫高壓儲氫3)液氫儲氫液氫儲氫4)儲氫材料儲氫材料(P51)密度高、但能耗大、且密度高、但能耗大、且不安全不安全1、降低制氫氣的能耗、降低制氫氣的能耗2、氫的儲存和運輸、氫的儲存和運輸3、光解水光解水時還需解決產(chǎn)物時還需解決產(chǎn)物分離分離的問題的問題需要解決的問題需要解決的

10、問題一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠大量大量“吸收吸收”氫氣，反應生成金屬氫化物，氫氣，反應生成金屬氫化物，同時放出熱量。其后，將這些金屬氫化物同時放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。釋放出來。這些會這些會“吸收吸收”氫氣的金屬，氫氣的金屬，稱為儲氫合金稱為儲氫合金。其儲氫能力很強。單位體。其儲氫能力很強。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的氣態(tài)氫的1000倍。儲氫合金都是固體，需倍。儲氫合金都是固體，需要用氫時通過加熱或減壓使

11、儲存于其中的要用氫時通過加熱或減壓使儲存于其中的氫釋放出來，因此是一種極其簡便易行的氫釋放出來，因此是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。目前研究發(fā)展中的儲氫合理想儲氫方法。目前研究發(fā)展中的儲氫合金，主要有金，主要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金。石油石油約約40年年天然氣天然氣 約約50 年年煤煤 碳碳 約約200年年能源危機能源危機太陽以太陽以光光和和熱熱的形式輻射到的形式輻射到地球地球的能量僅的能量僅為其為其總輻射總輻射量（量（3.751026W）的）的22億億分之一，分之一，但已高達但已高達173,000TW，即太陽，即太陽每秒鐘每秒鐘照射到照射到地地球球上的能量就相當于上的能量就相當于500萬噸萬噸煤，這是煤，這是全球全球能能耗的耗的1.6萬萬倍。倍。太陽能太陽能是地球上是地球上最基本最基本的的能源能源，地球上的，地球上的風風能、能、水水能、海洋能、海洋溫差溫差能、能、波浪波浪能、能、生物質(zhì)生物質(zhì)能能以及以及部分部