36化学与能源

化学与能源“化学与社会”专题讲座——化学与能源1一、能源家族的成员能源，就是可以向人们提供能量的自然资源。化学能是人类利用最古老的能源。能源家族成员种类繁多，而且新成员不断加入。只要能为人类利用以获得有用能量的各种来源都可以加入到能源家族中来。能源家族从不同的角度可以划分不同的的成员。“化学与社会”专题讲座——化学与能源2从其产生的方式可分为一次能源和二次能源；从其是否可再利用的角度分为可再生能源和不可再生能源；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染能源和清洁型能源；根据使用的层次又可分为常规能源和新型能源。“化学与社会”专题讲座——化学与能源3一次能源：从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，如原油、原煤、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、地热能、潮汐能等。二次能源：一次能源经过加工或转换得到的能源，如煤气、焦炭、汽油、煤油、电力、氢能等。“化学与社会”专题讲座——化学与能源4污染型能源包括像煤炭、石油等。清洁型能源包括像水力、电力，太阳能，风能和核能等。“化学与社会”专题讲座——化学与能源5常规能源：在现有经济和技术条件下，已经大规模生产和广泛使用的能源，如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。常规能源是相对于新能源而言的。新能源：指在新技术基础上系统开发利用的能源，如太阳能、海洋能、地热能、生物质能等.新能源大部分是天然和可再生的，是未来世界持久能源系统的基础。“化学与社会”专题讲座——化学与能源6世界能源委员会推介分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能和地热能.“化学与社会”专题讲座——化学与能源7二、与文明同步的能源革命1、柴薪马车——农业文明柴薪是人类第一代主体能源。人类发现用火之后，首先用树枝、杂草等作为燃料，用于燃烧煮食和取暖，用草饲养牲畜，靠人力、畜力并利用一些简单机械作动力，从事手工生产和交通运输活动。从远古时代直至中世纪，在马车的低吟声中，人类渡过了悠长的农业文明时代。“化学与社会”专题讲座——化学与能源82、煤炭蒸汽机——工业文明18世纪西欧产业革命开创的工业文明，逐步扩大了煤炭的利用。煤气灯的使用，照彻了人类的漫漫长夜。蒸汽机的发明，使煤炭一跃成为第二代主体能源。以煤炭作燃料的蒸汽机的应用，使纺织、冶金、采矿、机械加工等工业获得迅速发展。同时，蒸汽机车、轮船的出现，使交通运输业得到巨大进步。19世纪以来，电磁感应现象的发现，使得由蒸汽轮机作动力的发电机开始出现，煤炭作为一次能源被转换成更加便于输送和利用的二次能源――电能。“化学与社会”专题讲座——化学与能源93、石油内燃机——现代文明公元前250年，中国人首先发现石油是一种可燃的液体。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，石油工业由此发端。19世纪末，人们发明了以汽油和柴油为燃料的奥托内燃机和狄塞尔内燃机。1908年，福特研制成功了第一辆汽车。此后，汽车、飞机、柴油机轮船、内燃机车、石油发电等，将人类飞速推进到现代文明时代。到20世纪60年代，全球石油的消费量超过煤炭，成为第三代主体能源。“化学与社会”专题讲座——化学与能源104、绿色能源革命——未来文明随着全球人口的急剧膨胀，人类的能源消费大幅度增长。众所周知，煤炭、石油均为矿物能源，是古生物在地下历经数亿年沉积变迁而形成的，不可再生，其储量极为有限。按现在的能源消耗，世界上的石油、天然气和煤等生物化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。另外，大量矿物能源的燃烧，是造成大气污染、“酸雨”和“温室效应”的罪魁祸首。“化学与社会”专题讲座——化学与能源1120世纪60年代以来，“能源革命”的呼声日渐高涨。“能源革命”的目的，是以绿色能源，包括新能源（如核能）和可再生能源（包括水电能、生物质能、太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等）逐步代替矿物能源。绿色能源将有望为21世纪人类社会的发展提供持久的动力。“化学与社会”专题讲座——化学与能源12三、化石燃料化石燃料是指煤炭、石油、天然气等埋藏在地下不能再生的燃料资源。化石燃料中按埋藏的能量的数量顺序排列为煤炭类、石油、油页岩、天然气和油砂。“化学与社会”专题讲座——化学与能源13煤炭是埋藏在地下的植物受高压和地热的作用，经过几千万年乃至几亿年的炭化过程，释放出水份、二氧化碳、甲烷等气体后，含氧量减少而形成的，含炭量非常丰富。由于地质条件和进化程度不同，含炭量不同，从而发热量也就不同。按发热量大小顺序分为无烟煤、烟煤和褐炭等。煤炭在地球上分布较为广泛，不集中某一产地。“化学与社会”专题讲座——化学与能源14石油是水中堆积的微生物残骸，在高压的作用下形成的碳氢化合物。石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。石油在地球上分布不均，中东占54%，北美占12%，南美占9%，几乎占了可确认埋藏量的3/4。油页岩是水中堆积的微生物残骸水藻化后形成的，含灰分过多，多半不能自燃。油砂是含重质油4-20%的砂子。油页岩和油砂在美洲大陆偏多。“化学与社会”专题讲座——化学与能源15天然气直接采掘于地下，含甲烷为主。在摄氏零下162度被冷却液化后，作为液化天然气用油罐输送。天然气的分布也偏于中东、美洲和欧洲大陆。“化学与社会”专题讲座——化学与能源16化石燃料对环境的影响1、开采过程对环境的影响最典型的是煤炭开采对环境的影响。⑴塌陷损害包括开采对土地的损害、对村庄的损害。据不完全统计，迄今为止平均每开采万吨煤炭塌陷农田0.2公顷，平均每年塌陷2万公顷。我国建筑物下压煤超过48亿吨，其中村庄下压煤占2/3。在山东、河北、河南、安徽和江苏五省平原地区，压煤村庄1100个，居住村民百万以上。“化学与社会”专题讲座——化学与能源17辽宁阜新一些民房出现了大裂缝“化学与社会”专题讲座——化学与能源182003年6月1日，温家宝在辽宁本溪看望采煤沉陷区老工人温家宝总理“化学与社会”专题讲座——化学与能源19⑵对水资源的影响煤炭开采造成水资源的污染对生态环境的影响也量大面广。平均每开采1吨原煤需排放2吨污水。更严重的是，在有些地区，由于水源和江河湖海的严重污染，造成居民用水短缺。“化学与社会”专题讲座——化学与能源202、利用过程对环境的影响化石燃烧时产生的污染物对环境的影响主要有两个方面。一是全球气候变化。燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳的浓度增大，从而导致温室效应，改变了全球的气候，危害生态平衡。二是热污染。火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比水域的温度平均要高出7～8℃，以致明显改变原有的生态环境。“化学与社会”专题讲座——化学与能源21核能的利用是20世纪能源科学的主要成就。核能又称原子能，是原子核中的核子裂变时释放出来的能量。核子指的是组成原子核的基本单位粒子，是质子和中子的统称。人类和平利用核裂变能的关键技术是实现链式裂变反应。链式裂变反应指的是原子核的可控连续裂变过程。核反应堆是维持可控核裂变链式反应的装置。核反应堆一般由堆芯、控制棒、反射层、堆内支撑机构、反应堆容器等组成。四、核能的利用“化学与社会”专题讲座——化学与能源22我国正在加速核电建设，继秦山一期及大亚湾两座核电站建成之后，还将建设4座跨世纪大型核电站，共8个机组，660万千瓦，这4座大型电站是：秦山核电二期工程(2×60万千瓦)，广东岭澳核电站(2×100万千瓦)，秦山核电三期工程(2×70万千瓦)，连云港核电站(2×100万千瓦)。“化学与社会”专题讲座——化学与能源23秦山核电三期工程“化学与社会”专题讲座——化学与能源24近半个世纪以来，人类一方面发展核能，另一方面，到现在为止，没有任何国家找到安全、永久处理高放射性核废料的办法。核能发电已有45年的历史，所提供的电力约占世界电力生产的18%，已取得巨大的经济效益。但自1959—1995年全球共发生18次重大核事故。其中，1986年4月26日，位于乌克兰境内的切尔诺贝利核电站发生重大事故，电站第4号反应堆起火燃烧，致使大量放射性物质逸入大气中。据1992年6月官方报道，已有6000—8000名乌克兰人死于核辐射，而且还长期严重影响着附近居民的正常生活。“化学与社会”专题讲座——化学与能源25当前，处理核废料，各国大都采取浅部临时掩埋的措施。某些发达国家甚至将灾难转移，把大量有毒废料运往穷国。在利用深部岩石洞室做为永久储存库方面，虽然科学家为之奋斗了几十年，迄今未获圆满解决。核泄漏不能完全避免问题已引起全球关注。由于技术上的原因及各界人士的强烈抗议，使一些核电生产大国在选择永久存放核废料地点时，陷于困境。“化学与社会”专题讲座——化学与能源26五、人类将优先开发的五种新能源在过去的20世纪中，人类使用的能源主要有三种，就是原油、天然气和煤炭。而根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，不加节制，那么，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年了。“化学与社会”专题讲座——化学与能源27核能在今后一段时期内还将有所发展，但是核电站的最大使用期只有25-30年，核电站的建造、拆除和安全防护费用也相对不低，过多地建设核电站是否明智可取，还有待今后实践和历史来检验。那么，人类将向何处寻找新能源呢？先进国家的能源专家认为，太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。“化学与社会”专题讲座——化学与能源28太阳能太阳能利用的形式很多，例如太阳能集热为建筑供暖、供热水，用太阳能电池驱动交通工具和其它动力装置，等等，这些都属于太阳能小型、分散的利用形式。太阳能大型、集中和利用形式，则是太空发电。在距地面三万多公里高空的同步卫星上，太阳能电池每天24小时均可发电，而且效率高达地面的10倍。太空电能可以通知过对人体无害的微波向地面输送。“化学与社会”专题讲座——化学与能源29太阳能发电站的主要目的就是集中太阳能源，用来驱动发电站的涡轮。这种收集系统可以制造高达1000℃。这是抛物槽发电站用一排抛物槽集中阳光。“化学与社会”专题讲座——化学与能源30风能风能利用技术的不断革新，使这种丰富的无污染能源正重放异彩。据估计，二三十年内，风力发电量将要占欧共体电占全国总电力的30%左右。“化学与社会”专题讲座——化学与能源31盐湖风力发电站位于乌鲁木齐附近的的土乌大高速公路两侧，是亚洲最大的风力发电站，在这里风车林立，绵延数里，非常壮观！“化学与社会”专题讲座——化学与能源32地热能目前世界上已有近二百座地热发电站投入了运行，装机容量数百万千瓦。研究表明，地热能的蕴藏量相当于地球煤炭储量热能的1.7亿倍，可供人类消耗几百亿年，真可谓取之不尽、用之不竭，今后将优先利用开发。“化学与社会”专题讲座——化学与能源33羊八井地热电站施工现场羊八井位于拉萨北90公里处，地热田面积17.1平方公里“化学与社会”专题讲座——化学与能源34波浪能主要的开发形式是海洋潮汐发电。80年代中期挪威成功地建成一座小型潮汐发电站，让涨潮的海小冲进有一定高度的贮水池，池水下溢即可发电。已经在设计的单座潮汐电站，其它发电量可供一个30万人口的城市使用。“化学与社会”专题讲座——化学与能源35氢能氢是宇宙中含量最丰富的元素之一，就可经提取出无穷无尽的氢。氢运输方便，用作燃料不会污染环境，重量又轻，优点很多。前苏联试用氢为“图-155”型飞机的燃料已经初步得成功，各国正积极试验用氢作为汽车的燃料。氢无疑也是人类未来要优先利用的能源之一。“化学与社会”专题讲座——化学与能源谢谢大家！