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1、化学与清洁能源,作者：贺勇 学号：312008110210107 地址：西华大学交通与汽车工程学院物流管理（1）班,清洁能源,总述 能源之母太阳能 魔鬼与天使核能 氢能源 总结,一.总述,清洁能源是不排放污染物的能源，包括核电站和“可再生能源”，可再生能源是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能（沼气）、海潮能等，可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视，尤其是能源短缺的国家 可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的影响，如需要有水力、风力、太阳能资源，而且最主要的是投资和维护费用高，效率低，所以发出的电成本高，现在许多科学家在
2、积极寻找提高利用可再生能源效率的方法，相信随着地球资源的短缺，可再生能源将发挥越来越大的作用。,二、能源之母太阳能,太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。,目前人类所能够使用的能源形式,太阳辐射能的直接利用,与其他能源相比，太阳能具有独特的优点： （1）它没有一般煤炭、石油等矿物燃料产生的有害气体和废渣，因而不污染环境，被称作“干净能源”。 （2）到处都可以得到太阳能，使用方便、安全。 （3）成本低廉，可以再生。,（1）对可见光的利用,主要的利用途径是光电转换，即把太阳能直接转换成电能。这是人们目前对太阳能利用的主要方式之一。太阳能电池就属于这种转换方式。传统的太
3、阳能电池利用太阳光中高达九成以上的可见光。,太阳能电池,太阳能电池主要以半导体材料为基础，利用光照产生电子空穴对，在PN结上可以产生光电流、光电压的现象（光伏效应），实现光电转换。硅是最合适最理想的太阳能电池材料。 按照所用材料的不同分为： 硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅） （光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！） 以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池 （镉：剧毒。铟、硒：稀有元素） 功能高分子材料制备的大阳能电池 （处于研发初期、转化效率低、使用寿命短） 染料敏化纳米晶体太阳能电池 （正在研发）,太阳能电池的应用,太阳能电池的发展方向,材料与器件结构的研究与开发
4、各种太阳能电池材料研究 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 使用薄膜技术和剥离技术。 大规模生产技术的开发 跟踪与聚光 储电及并网发电结合 并网发电已占50% 以建成多个兆瓦级的电站，100MW规模VS太阳能热发电站 与建筑物结合 架设太阳电池组件 日本：1994-2000年 2万套屋顶光伏系统185MW ；七万屋顶计划 280M 美国：19972010年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分 集成在建筑材料上 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃,太阳能发电站,太阳能光伏发电系统主要由太阳电池阵列、贮能蓄电池、防反充二极管、充电控制器及逆变器、测量设备等组成。 太阳能发电站一旦建成，不需要运
5、行投资即能运用,但出初期投资较高。,加利福尼亚一家太阳能发电站中的太阳能反射装置,（2）对红外线的利用,主要的利用途径是光热转换，即把太阳能直接转变成热能。如：太阳能热水器。,太阳能热利用,低温热利用：地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能热水系统 中温热利用：空调制冷、制盐以及其它工业用热 高温热利用：聚焦形太阳灶、焊接机和高温炉,（3）对紫外线的利用,紫外线具有杀菌功效。波长为300nm的紫外光的光子所具有的能量约为399kJ/mol，它比细菌的蛋白质分子中重要的化学键C-C（347 kJ/mol）、C-N（305 kJ/mol）和C-S（259 kJ/mol）键的键能大，因此紫外光
6、的能量足以使这些化学键断裂，从而破坏细菌的蛋白质分子，达到杀菌的目的。,三.魔鬼与天使核能,（一）核裂变能 使一个重原子核分裂成为两个或两个以上中等质量原子核的过程，称为核裂变。核裂变是取得核能的重要途径之一。 只有一些质量非常大的原子核，像铀、钍等才能发生核裂变。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量，1克235U完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。,人们将核反应堆形象地比喻为核电站的“锅炉”，在这种“锅炉”里烧的是铀、钚等核燃料。在核电站“锅炉”这个家庭中，有一个特殊成员快中子增殖反应堆，简称“快堆”，现在已成为核反应中的佼佼者。在一般锅炉里的燃料如煤、燃油等都是越
7、烧越少，而“快堆”的“燃料”却越烧越多，成了魔炉。 一座快堆核电站，在515年的时间内可使燃料数量翻一番，通过建造快堆核电站，既能用238U发电，又能增殖燃料，因此“快堆”被人们称为“明天的核电站锅炉”。,建设中的中国快堆,“快堆”明天的核电站“锅炉”,“快堆”如何增值燃烧？,在“快堆”中用的核燃料是239Pu(钚b)。1个每吸收1个快中子发生裂变反应会放出2.45个快中子，除去1个用于链式裂变反应后，剩下的1.45个快中子会被装在反应区周围的238U（大量存在）吸收，产生1.45个新的核燃料原子239Pu 。就是说在核锅炉中一边“烧”掉，又一边使238U转为成新的，而且新产生的比“烧”掉的还
8、多。这就使“快堆”的燃料越烧越多。“快堆”增殖核燃料把铀资源的利用率大大提高了，因为它正好解决了热中子核反应堆产生的大量238U废料堆积问题。,核裂变能使用带来的问题,1、放射性废料的危害 核废料是指含有、和辐射的不稳定元素并伴随有热产生的无用材料，核废料进入环境后会造成水、大气、土壤的污染，并通过各种途径进入人体，当放射性辐射超过一定水平，就能杀死生物体的细胞，妨碍正常细胞分裂和再生，引起细胞内遗传信息的突变。 研究表明，孕妇在怀孕初期腹部受过X光照射，她们生下的孩子与母亲不受X光照射的孩子相比，死于白血病的概率要大50%。受放射性污染的人在数年或数十年后，可能出现癌症、白内障、失明、生长迟
9、缓、生育力降低等远期效应，还可能出现胎儿畸形、流产、死产等遗传效应。,2、放射性核废料的处理 与核能相关的一个最困难的问题就是在开采、燃料生产以及反应堆的运行过程中产生的核废料的处理，如何处理这些废料可能将是最终核能使用的最大障碍。目前，核废料的处理有“天葬”、“水葬”和“火葬”三种方法。,所谓“天葬”是指：把核废料先固化成玻璃块，装到特制的合金棺中，在棺材外面装上隔热外套，然后用航天飞机把它带入预定的轨道，机械手随即把它推入太空，再点燃助推火箭将它送入3000千米的轨道上，让核废料远远离开人类生活的地球。 “火葬”是美国能源部研制的一种处理核废料的先进方法。火葬前，先在地下挖一个深坑，把放射
10、性物质放入坑内，用特制的盖子把坑顶盖好。将空气净化器上的一根导管从盖子上插入坑内，坑内装个碳电极，电极接通后，就会产生一股强大的电流，使坑内的泥土温度上升到几百度。在这样的高温下，泥土开始溶化，使核废料均匀地分布在浆状的泥石溶液里。当溶化的泥石浆冷却后，与核废料一起形成了一种类似天然岩石的坚硬物质，其硬度比天然花岗石和大理石更高，渗透性更低，而且体积也缩小了好几倍。最后用泥土把坑封死，一切放射性物质均被围困在里面，不会外泄。 “水葬”就是将深海作为核废料的墓场。将核废料装入密封的合金棺，再用混凝土密封在海底下面。,（二）核聚变,太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量。在太阳内部，这个天然的核聚变过
11、程以及发生了了好几十亿年了。,和平利用聚变能实验非常困难，因为核力是一种短程力，只有当它们之间的距离接近到大约万分之一毫米时，核力能才起作用，使两个原子核聚合在一起，放出巨大的能量。,核能虽然属于清洁能源，但消耗铀燃料，不是可再生能源，投资较高，而且几乎所有的国家，包括技术和管理最先进的国家，都不能保证核电站的绝对安全，前苏联的切尔诺贝利事故和美国的三里岛事故影响都非常大，日本也出现过核泄漏事故，核电站尤其是战争或恐怖主义袭击的主要目标，遭到袭击后可能会产生严重的后果，所以目前发达国家都在缓建核电站，德国准备逐渐关闭目前所有的核电站，以可再生能源代替，但可再生能源的成本比其他能源要高。,切尔诺
12、贝利核电站,四.氢能源,氢能需求的背景 大气中二氧化碳逐年增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害频发，造成的损失逐年增加。 化石能源储量有限，消耗加快。 能源结构单一，过渡依赖化石能源。 经济增长、环境保护和社会发展的压力。 氢能的特点：储量大，分布广，清洁无污染,高效,氢能社会构想,氢气的制取,氢气是清洁能源，也是重要的化工原料。氢气的制取都是从次性能源转化而来，目前制取氢气的方法主要有：煤、焦碳气化制氢，天然气或石油产品转化制氢，各种工业生产的尾气回收或焦化厂、氯碱厂副产氢以及水电解制氢等。作为化工原料的含氢气体基本采用化石燃料制取，而作为工业氢气、石化行业加氢用的氢气，基本采用前面提
13、及的含氢气体或工业生产的含氢尾气利用变压吸附法(PSA)或膜法分离或水电解法制取，这些制取方法国内外均有一定的成熟经验。,氢的储运,1、液氢储运，1.0立方米液氢气化后可得到788Nm3的气氢，所以采用液氢（以下简称LH2）储运，可减少储运体积和运输重量，但每Nm3气氢液化为LH2要消耗大约0.5-1.0kWh的电力，且LH2装置一次投资较大，在贮运过程中还有一定量蒸发损失，因此通常在运输距离较远且使用点分散或储氢、氢的使用特殊时，才采用LH2储运；也可通过技术经济比较，确认采用LH2储运经济合理时采用。 2、高压氢气钢瓶（含大型长管钢瓶）储运，目前国内外都有采用压力为25-30MPa的氢气钢
14、瓶储运；每辆氢气长管车的气氢储运量3000-5000Nm3。燃料电池汽车所需氢气钢瓶，现已有压力为25-35 MPa的碳纤维钢瓶，减轻了钢瓶重量，目前国内正研制40 MPa的氢气钢瓶。 3、储氢材料（金属氢化物、纳米碳等）储运，国内外已开展大量的各种储氢材料的储氢、放氢性能的开发研究工作，但是目前要达到实用的单位重量储氢量的要求尚需进行大量的研究，下表为几种储氢方法的比较。 4、氢气管网输送，氢气的规模生产和氢能的广泛应用，氢气管网的建设势在必行，尤如当今的天然气管网一样，氢气的长距离输送管网和“庭院”管网的建设终将成为现实。为了实现这个目的，我们应该从现在开始，就组织开发研究氢气管网建设用氢
15、气压缩机、管材、附件的开发研究和安全管理的规程、规范的制定。,氢能的利用,（1）燃烧放热 （2）用于燃料电池，释放电能 （3）利用氢的核聚变反应释放的核能,五.总结,化学的知识来源于日常生活、生产、实践、自然界和化学实验等，并通过应用服务于社会。化学与生活结合、有利于引导我们根据已有的知识和生活经验去探究和认识化学，激发我们探究和学习的兴趣。同时，通过化学知识在生活中的应用，可以让我们了解化学知识的社会价值，培养我们应用化学知识解决实际问题的能力，实现自我、社会与自然的和谐。 同过本次做化学与生活相关的ppt，我了解到化学是一门实用性的学科。生活中处处有化学知识，让我更容易懂得日常生活中衣，食,住,行, 育,乐等种种发生的现象。 同时，化学对科学的贡献让我了解到它的博大精深。学习化学与生活，重要好处是让我明白宏观的现象往往是微观的变化的外在表现 。,六.致 谢,衷心的感谢任川宏老师孜孜不倦的给我们传授化学与生活知识，丰富我们的生活常识。 谢谢！,
