太阳能、生物质能和氢能的利用

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1、当今社会当今社会科技发展科技发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质：物质：煤煤、石油石油和和天然气天然气化石化石燃料燃料20012001年年世界世界能源能源结构结构我国我国能源能源结构结构化石化石燃料的燃料的缺点缺点：l污染污染问题问题l储量储量有限有限 l不可不可再生再生 l化工化工原料原料 解决解决能源能源问题问题的主要的主要途径途径：l合理、充分利用合理、充分利用现有现有化石能源化石能源l开发开发利用利用清洁、高效的清洁、高效的新能源新能源生物质能生物质能太阳能太阳能氢能氢能风风 能能海洋能海洋能地热能地热能核核 能能太阳能的利用

2、太阳能的利用太阳能资源的优点太阳能资源的优点1 1、总量最大总量最大 取之不尽，用之不竭取之不尽，用之不竭 2 2、分布最广分布最广遍布世界各地遍布世界各地 既可免费使用，又无需运输既可免费使用，又无需运输3 3、最清洁最清洁无任何污染及废弃物无任何污染及废弃物1 1、能量、能量密度密度低（低（1kW/m2）2 2、是其、是其强度强度受受各种各种因素因素影响影响（季节、地点、气候等）（季节、地点、气候等）太阳能资源的缺点太阳能资源的缺点1 1、光热转换、光热转换 原理：利用太阳辐射能加热物体而获得热能原理：利用太阳辐射能加热物体而获得热能应用：太阳能热水器应用：太阳能热水器 反射式太阳灶反射式

3、太阳灶 高温太阳炉高温太阳炉 地膜、大棚、温室地膜、大棚、温室直接利用太阳能的方式直接利用太阳能的方式太阳能热水器太阳能热水器太阳灶太阳灶太阳炉太阳炉大棚大棚2、光电转换、光电转换将太阳能用于发电将太阳能用于发电（1）光光热热电电转换转换（2）光光电电直接转换直接转换原理原理：根据光电效应，利用通过太阳能：根据光电效应，利用通过太阳能电池（光电材料做成）将太阳辐射能直电池（光电材料做成）将太阳辐射能直接转化为电能接转化为电能应用应用：为无电场所提供电池，包括移动：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品电源和备用电源、太阳能日用电子产品并网发电并网发电大型太阳能发电大型太

4、阳能发电美国军用太阳能发电帐篷美国军用太阳能发电帐篷3 3、光化学能转换、光化学能转换应用应用(1)(1)暖袋暖袋用于调节室温用于调节室温原理原理：当白天温度较高或受日光照射时分解：当白天温度较高或受日光照射时分解吸热，可以起到降温作用。晚上没有日光或者温吸热，可以起到降温作用。晚上没有日光或者温度低时重新化合放热，起到升温作用。度低时重新化合放热，起到升温作用。l选择内装晶体的原则：选择内装晶体的原则：分解温度要适中分解温度要适中热效应明显热效应明显价格便宜价格便宜芒硝芒硝 (2)(2)光解水光解水利用太阳能和催化剂将水分解制氢气。利用太阳能和催化剂将水分解制氢气。6H2O + 6CO2 C

5、6H12O6 +6O2光光叶绿素叶绿素4 4、光生物质能转换、光生物质能转换原理：原理：通过通过光合作用光合作用，将，将太阳能太阳能转化为转化为化学能化学能储储存在存在生物质生物质中中生物质能生物质能。自然界自然界利用太阳能利用太阳能最成功最成功的例子的例子地球上每年通过光合作用储藏的太阳地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球能源年消耗量的能相当于全球能源年消耗量的10倍左右。倍左右。化学方程式化学方程式C6H12O6(s)+6O2(g) 6H2O(l)+6CO2(g) H=-2804kJ/mol(C6H10O5)n +nH2O nC6H12O6淀粉、纤维素淀粉、纤维素葡萄糖葡萄糖动物获

6、得能量的途径动物获得能量的途径生物质能的利用生物质能的利用概念概念（P49）来源于来源于植物植物及其加工及其加工产品产品贮存的能量贮存的能量生物质生物质主要包括农业废弃物（如植物的主要包括农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油科植物、秸秆、枝叶）、水生植物、油科植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。城市与工业有机废弃物、动物粪便等。1、直接燃烧、直接燃烧点燃点燃（C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O缺点缺点: 能量能量利用率利用率低（低（2040）生物质能的利用方式生物质能的利用方式生物质能的利用拾柴背秸秆的老大爷晾晒在墙上的干牛粪2、生物化学转换、生物化学转

7、换（1）利用利用植物的秸杆、枝叶、杂草和动植物的秸杆、枝叶、杂草和动物粪便等物粪便等生物质生物质在厌氧条件下，经过细在厌氧条件下，经过细菌发酵菌发酵制取沼气制取沼气。主要优点：主要优点：环保环保副产副产化肥化肥（2）将将农产品（如玉米、高粱）等农产品（如玉米、高粱）等生生物质物质水解、发酵水解、发酵制乙醇制乙醇。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，使燃烧更充分燃烧更充分，降低，降低尾气中有害物质含量尾气中有害物质含量二、提高汽油的标号，

8、使二、提高汽油的标号，使发动机运行更平稳发动机运行更平稳；三，能消除发动机内积炭，三，能消除发动机内积炭，可可延长发动机寿命延长发动机寿命 3 3、热化学转换、热化学转换复杂的化学反应复杂的化学反应生物质生物质可燃性气体可燃性气体氢能的开发与利用氢能的开发与利用氢能的利用途径氢能的利用途径燃烧燃烧放热放热用于用于燃料电池燃料电池，释放电能，释放电能利用利用氢氢的的核聚变核聚变反应释放的核能反应释放的核能1、来源来源丰富、可丰富、可再生再生2、热值热值高高3、无污染无污染理想的理想的“绿色能源绿色能源”氢能源的优点氢能源的优点1、降低降低制氢气的制氢气的能耗能耗目前常用：目前常用：1)化石化石燃

9、料在燃料在高温高温下与下与水蒸气水蒸气反应反应2)化石化石燃料燃料部分氧化部分氧化法法3)电解电解水水研究方向：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决的问题需要解决的问题1、降低制氢气的能耗、降低制氢气的能耗2、氢的、氢的储存储存和和运输运输需要解决的问题需要解决的问题1)常压储氢常压储氢2)高压储氢高压储氢3)液氢储氢液氢储氢4)储氢材料储氢材料(P51)密度高、但能耗大、且密度高、但能耗大、且不安全不安全1、降低制氢气的能耗、降低制氢气的能耗2、氢的储存和运输、氢的储存和运输3、光解水光解水时还需解决产物时还需解决产物分离分离的问题的问题需要解决的问题需要解决的

10、问题一定的温度和压力条件下，一些金属能够一定的温度和压力条件下，一些金属能够大量大量“吸收吸收”氢气，反应生成金属氢化物，氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。释放出来。这些会这些会“吸收吸收”氢气的金属，氢气的金属，称为储氢合金称为储氢合金。其储氢能力很强。单位体。其储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的气态氢的1000倍。储氢合金都是固体，需倍。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使

11、储存于其中的要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。目前研究发展中的储氢合理想储氢方法。目前研究发展中的储氢合金，主要有金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金铁系储氢合金及稀土系储氢合金。石油石油约约40年年天然气天然气 约约50 年年煤煤 碳碳 约约200年年能源危机能源危机太阳以太阳以光光和和热热的形式辐射到的形式辐射到地球地球的能量仅的能量仅为其为其总辐射总辐射量（量（3.751026W）的）的22亿亿分之一，分之一，但已高达但已高达173,000TW

12、，即太阳，即太阳每秒钟每秒钟照射到照射到地地球球上的能量就相当于上的能量就相当于500万吨万吨煤，这是煤，这是全球全球能能耗的耗的1.6万万倍。倍。太阳能太阳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，地球上的风风能、能、水水能、海洋能、海洋温差温差能、能、波浪波浪能、能、生物质生物质能能以及以及部分部分潮汐能都是来源太阳。即便是潮汐能都是来源太阳。即便是化石化石燃燃料中储存的料中储存的化学能化学能，从，从根本根本上说也是远古时期上说也是远古时期贮存下来的贮存下来的太阳能太阳能。广义广义的太阳能包含的的太阳能包含的范围范围非常大，非常大，狭义狭义的的太阳能太阳能则限于太阳辐射能的则限于太阳辐射能的光光热热、光光电电和和光光化学能化学能的的直接直接转换。转换。