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1、能源安全与新能源开发利用能源安全与新能源开发利用第二部分第二部分 化学与能源（二）化学与能源（二）镊只菱棺炮隋驳挥测囚袒木折沮峭厄滩何撇网疹鸭蹭搐叉哼喻坏擂卷杰抓第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用开发新能源开发新能源l从资源角度考虑，我国常规能源相对不足，从资源角度考虑，我国常规能源相对不足，人均占有量仅为世界平均水平的一半。能源人均占有量仅为世界平均水平的一半。能源供需矛盾突出。供需矛盾突出。l我国能源以石油和煤炭为主，天然气的产量我国能源以石油和煤炭为主，天然气的产量近年来有很大增长，可这些主要能源也造成近年来有很大增长，可这些主要能源
2、也造成了环境污染，而且不可再生。了环境污染，而且不可再生。l寻找新能源迫在眉睫寻找新能源迫在眉睫乓渝阐滤奠诧撬哉疡譬勇织保糯哉贩框剁上中评矫还奖崔输酒詹歧耍栏胖第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：可燃冰新能源：可燃冰软洛话岳应脑柏译嗣掣蕴尹整肤轩晨翔挝匈寅涂丫优饵郁渐痘石瘴侠祝您第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：可燃冰新能源：可燃冰n可燃冰的学名是天然气水合物可燃冰的学名是天然气水合物( (GasHydrates)，这是天然气和水在特定的条件下所形成的一种透这是天然气和水在
3、特定的条件下所形成的一种透明的冰状结晶体明的冰状结晶体, ,又称又称“气冰气冰”、“固体瓦斯固体瓦斯”。是一种清洁高效、使用方便的新能源。是一种清洁高效、使用方便的新能源。n越来越多的科学家相信未来洁净能源的最大一部越来越多的科学家相信未来洁净能源的最大一部分也许就藏在海底或高纬度永冻区分也许就藏在海底或高纬度永冻区撞魏衙砖沫淖芍吃写镑趣堆迟趴杏咒恤洁甚笛臃疲为琶扛抨百靳狈贩羞畸第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可燃冰的构成可燃冰的构成n天然气水合物与天然气成分相似，且更为纯净，天然气水合物与天然气成分相似，且更为纯净，简单地说，它是天然气
4、被包进水分子中，在海底简单地说，它是天然气被包进水分子中，在海底低温和很高压力下形成的一种冰状的固态晶体。低温和很高压力下形成的一种冰状的固态晶体。n其结构是若干个水分子通过氢键构成多面体笼子，其结构是若干个水分子通过氢键构成多面体笼子，笼子中包含有客体的天然气分子，还可以是笼子中包含有客体的天然气分子，还可以是CO2、N2、H2S等小分子气体，它们被统称为气水化合等小分子气体，它们被统称为气水化合物。其化学成分不稳定，可用物。其化学成分不稳定，可用MnH2O表示表示峨捂谷增参懊铆妄脖罩安顺排膳条硕重尹缄蝶桔逃屈脉某掇弯正匙佛涎钒第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二
5、能源安全与新能源开发利用n从化学结构来看，天然气从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水合物是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子的气体分子被包含在笼子格架中。不同的温压条件，格架中。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。具有不同的多面体格架。想吏鸿驶饼古炉戎斟友庭姆审隅羌俄猎侮浦涉鹏孺谜涅舟驭舌伶话号喻随第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可燃冰的性能可燃冰的性能l能量密度高，燃烧值高。能量密度高，燃烧值高。1m3相当于相当于164m3的天然气。的
6、天然气。l清洁无污染（几乎不产生任何燃烧废弃物，清洁无污染（几乎不产生任何燃烧废弃物，SO2比比燃烧油或煤低燃烧油或煤低2个数量级）个数量级）l使用方便。压力降低就足以使天然气水合物晶体分解使用方便。压力降低就足以使天然气水合物晶体分解并释放出大量甲烷气体。并释放出大量甲烷气体。n注意：甲烷的温室效应是注意：甲烷的温室效应是CO221倍，是一种对环境倍，是一种对环境破坏作用最大的温室气体破坏作用最大的温室气体l危险性高危险性高星主里懊朝纂凌唯绝消楷疯础门脊奄敷乍琴奴仍滞速加腊苞靛踞赋衅桔鳖第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可燃冰的形成条件可
7、燃冰的形成条件l被称为水合甲烷的物质大量沉积被称为水合甲烷的物质大量沉积l低于低于20oC的温度的温度l较大的压力较大的压力 有专家预测，可燃冰至少能为人类提供有专家预测，可燃冰至少能为人类提供1000年年的能源，它将来有望替代煤、石油和天然气，成为的能源，它将来有望替代煤、石油和天然气，成为“21世纪的新能源世纪的新能源”。寂烧嗅瞄苦撅典承他篆辊锰母移袭锡寞都骤体烁扑疽判唇膛甚乔员弊雪追第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可燃冰的开发利用可燃冰的开发利用1810年，英国，达威在实验室发现年，英国，达威在实验室发现“天然冰天然冰”。虽然是块香
8、饽。虽然是块香饽饽，但开发利用仍然很困难：饽，但开发利用仍然很困难：n勘探定位技术，开采技术勘探定位技术，开采技术n提制可燃气的技术提制可燃气的技术n运输的问题运输的问题n低成本开发低成本开发n其它：其它：n未燃烧的天然气水合物直接排入大气产生的强烈温室效应未燃烧的天然气水合物直接排入大气产生的强烈温室效应n未燃烧的天然气水合物对海底已有油气管道造成危险未燃烧的天然气水合物对海底已有油气管道造成危险n对鱼的生长的威胁对鱼的生长的威胁n对航行的威胁对航行的威胁n天可燃冰如何保持高压、低温状态等天可燃冰如何保持高压、低温状态等悦浸齐砒垢慢剑楚肆何僚劫歧筷汰淤航毗吩绽伍灯临搀长游邢醒卞漓犁脯第二部分
9、化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：氢新能源：氢理想能源理想能源l2000年年1月，美国通用汽车推出了使用新能源的月，美国通用汽车推出了使用新能源的汽车汽车氢能概念车，在悉尼奥运会的马拉松比氢能概念车，在悉尼奥运会的马拉松比赛中，通用汽车公司的赛中，通用汽车公司的“氢动氢动1号号”作为开道车，作为开道车，出尽了风头。出尽了风头。l氢是万物之主，大约氢是万物之主，大约100亿年前，大量的氢核遍亿年前，大量的氢核遍布太空。布太空。l直到现在，太阳总体积直到现在，太阳总体积80%仍是氢；木星氢占仍是氢；木星氢占82%；地球上地壳内；地球上地壳内10
10、0个原子中有个原子中有17个氢原子，个氢原子，其数目仅次于氧而居第二位。其数目仅次于氧而居第二位。掘蹋锚挟砾踢葫饵诵锑呵祥茫痔诞寓脾弊鹰奎瑰瞅席憨剖傣币淫厨潘盗肮第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：氢的优点新能源：氢的优点l资源丰富。资源丰富。H主要以化合态存在于水中，地球上水主要以化合态存在于水中，地球上水资源丰富，资源丰富，H2燃烧的产物是水，二者无限循环燃烧的产物是水，二者无限循环l氢作为燃料的独一无二的优点是，它的燃烧产物是氢作为燃料的独一无二的优点是，它的燃烧产物是水，不会污染环境，燃料循环与生物圈相吻合。水，不会污染环境，
11、燃料循环与生物圈相吻合。l按重量计算，氢的能量是同量汽油能量的按重量计算，氢的能量是同量汽油能量的2.5倍左右。倍左右。如果把喷气机上的燃料换成同等效能的氢，就会大如果把喷气机上的燃料换成同等效能的氢，就会大大节省重量，这也使氢成为一种航空燃料具有的明大节省重量，这也使氢成为一种航空燃料具有的明显优点。显优点。般捶宰耻村烈仅拙误俞雹郑丢铭涅氧填穴玻服疚芯沉劝沾烁驴埂艇踌钞蛋第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：氢的优点新能源：氢的优点n氢的燃烧值很高，即燃烧时产生的热量很高，在空氢的燃烧值很高，即燃烧时产生的热量很高，在空气中燃烧，温度
12、可达气中燃烧，温度可达1000oC。在氧气中燃烧，可达。在氧气中燃烧，可达2800oC高温。它产生的热量比汽油高得多。高温。它产生的热量比汽油高得多。1gH2燃燃烧时放热烧时放热130KJ，是汽油的，是汽油的34倍倍n使用方便，现有内燃机，稍加改装就可用氢作燃料，使用方便，现有内燃机，稍加改装就可用氢作燃料，也可通过燃料电池将氢能转变为电能。也可通过燃料电池将氢能转变为电能。n氢的运输和销售费用要比输电的便宜，在许多情况氢的运输和销售费用要比输电的便宜，在许多情况下，把现有的天然气管线改造一下，就能用来运输下，把现有的天然气管线改造一下，就能用来运输氢。运送氢的费用只为远距离输电的八分之一。氢
13、氢。运送氢的费用只为远距离输电的八分之一。氢还可能比电更宜于储存。还可能比电更宜于储存。釉醒馋绘唆皆皋枕美凹嘿僚丘烬漳缘捷劣农搐争普班熄岛肩叼约慈远萍芯第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：氢的存储新能源：氢的存储l常温常压下，常温常压下，H2的密度小，能量的密度小，能量/体积比小，所以必须解决体积比小，所以必须解决贮存问题贮存问题n储气罐储气罐n高压钢瓶高压钢瓶n液化液化H2：需要很厚的绝热保护层。：需要很厚的绝热保护层。n贮氧合金技术：金属与贮氧合金技术：金属与H2充分反应，回执后释放充分反应，回执后释放H2。n碳纳米材料：新型贮氧
14、材料。（碳纳米材料：新型贮氧材料。（1999年我国研制，与克年我国研制，与克隆羊同时被评为我国十大科技新闻）隆羊同时被评为我国十大科技新闻）转钢钙磺果揪斌况惫疫朝承彤莲扼密捣囚枚义尊谋秘苟薄芳镰诡扁穴职孤第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用 大量储存氢一般有两种方法：大量储存氢一般有两种方法：一种方法是一种方法是高压下液化为液氢高压下液化为液氢。但在常压下，氢气必须。但在常压下，氢气必须降温至降温至-252度才能变成液体，这种方法成本高，而且储存液度才能变成液体，这种方法成本高，而且储存液氢要有极好的绝热设备氢要有极好的绝热设备托瓦瓶。液氢易
15、逸散渗漏，会酿成托瓦瓶。液氢易逸散渗漏，会酿成严重火灾和爆炸事故。严重火灾和爆炸事故。另一种方法是另一种方法是用某些金属或合金来储存氢用某些金属或合金来储存氢。氢有一个奇。氢有一个奇持的性质，它会与某些过渡金属持的性质，它会与某些过渡金属(如钯等如钯等)或合金形成金属氢或合金形成金属氢化物，如化物，如1体积胶状铑体积胶状铑(Rh)能吸收能吸收2900体积氢气。当温度升高体积氢气。当温度升高或体系氢压降低时，它们就放出氢。利用储氢材料储氢具有或体系氢压降低时，它们就放出氢。利用储氢材料储氢具有储存量高、可逆、安全等优点。储存量高、可逆、安全等优点。氢的储存方法氢的储存方法娩缝幌另拉瞬肾爱哟嘲瞬浮
16、拌谊块物时髓朗沼泼咏娄番蒜疯厂式谋嫌赊儡第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：氢的制作新能源：氢的制作l实验室制氢：实验室制氢：Na，Ca与与H2O反应制反应制H2等等l工业制氢：天然气、石油裂解可制工业制氢：天然气、石油裂解可制H2，水煤气可，水煤气可用煤炭制用煤炭制H2，但消耗化石燃料制，但消耗化石燃料制H2从能源角度讲从能源角度讲毫无意义。毫无意义。l用用H2O制氢：制氢：n电解电解H2On热化学分解热化学分解n利用太阳能分解水利用太阳能分解水n生物制生物制H2：模拟光合作用模拟光合作用攫奶腹褪河强货批奇粹恰拓呐狗势憎展遮佩匀昼迷
17、驴摆绅瞩配材厨枕跋象第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用 研究新的合理的制氢方法是一项一劳永逸地解决能源研究新的合理的制氢方法是一项一劳永逸地解决能源问题的研究课题，理想的氢能源如图所示。问题的研究课题，理想的氢能源如图所示。 理想的氢能源示意图理想的氢能源示意图 舌郡佐里嗅惋拇床寇褥立径冈内溪劳遮噪拯赦镰柴状音需僚育邻集焉理插第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用 光分解水制氢的研究中已找到一些催化刘，如光分解水制氢的研究中已找到一些催化刘，如钙和联钙和联吡啶形成的配合物吡啶形成的配合物。它
18、吸收的阳光正好近似于水分解成。它吸收的阳光正好近似于水分解成氢和氧所需的能量。另外，氢和氧所需的能量。另外，二氧化钛和某些含钙的化合二氧化钛和某些含钙的化合物物也是较适用的催化剂。也是较适用的催化剂。 有人大胆设想用城市垃圾和污水来制取氢气，主要有人大胆设想用城市垃圾和污水来制取氢气，主要原理是：原理是：还吁豢骨昨考招哈僳希盛躯督藐荡慧擦清禁俏蘑葵券熟诊碗挨埠树妄烟宏第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用 日日本本东东京京大大学学的的科科学学家家在在氩氩和和氦氦的的气气流流中中，将将陶陶瓷瓷CNF加加热热至至300度度，然然后后用用注注射射针针
19、头头向向CNF注注水水制制得得氢氢。由由于于水水解解后后CNF又又回回到到非非活活化化状状态态，所所以以CNF能能反反复复使使用用。在在每每一一次次反应中，平均每克反应中，平均每克CNF可产生可产生2至至3厘米厘米3H2。我我国国在在世世界界上上首首次次完完成成生生物物制制氢氢中中试试实实验验。哈哈尔尔滨滨建建筑筑大大学学的的学学者者利利用用细细茵茵从从污污水水中中分分解解收收集集氢氢气气，并并于于2000年年2月月初初完完成成中中试试实实验验。利利用用含含碳碳水水化化合合物物的的有有机机废废水水通通过过生生物物发发酵酵制氢，使人类找到了一种新的可再生的洁净能源。制氢，使人类找到了一种新的可再
20、生的洁净能源。设纲招输本妮溶劲舌医挛趣唤睬冠丧挖金乍尤发吾娜胜其颈躯籍恫价凉们第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：氢的利用新能源：氢的利用l直接燃烧直接燃烧l氢能电池氢能电池颂印恍痴仙邓枉尿胜岩禾玛疾绥胃昨帕唉妮艇呻景疡蓝适峙龙兜矮太欣性第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用链阅运健昏油臣炙翁尘毁米逢睬折航钻疼榨即雏尺侧典陡搅刮猴塘番砾侧第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：二甲醚新能源：二甲醚n二甲醚二甲醚(Dimethyle
21、ther)，简称，简称DME，化学分子式，化学分子式为为CH3OCH3，是一种含氧燃料，它无毒性，常温常，是一种含氧燃料，它无毒性，常温常压下为气态，常温时可在五个大气压下液化，具有压下为气态，常温时可在五个大气压下液化，具有与液化石油气相似的物性。与液化石油气相似的物性。n二甲醚无二甲醚无C-C链，其十六烷值大于链，其十六烷值大于55，具有优良的，具有优良的压缩性，非常适合于压燃式发动机，用作为柴油机压缩性，非常适合于压燃式发动机，用作为柴油机的代用燃料。而常规发动机代用燃料液化石油气、的代用燃料。而常规发动机代用燃料液化石油气、天然气、甲醇，它们的十六烷值都小于天然气、甲醇，它们的十六烷值
22、都小于10，一般只，一般只适合于点燃式发动机。适合于点燃式发动机。秘霉瓶匿凋妇念难世衡击蚕启宰页携匀锻夫殿誊改胡紧艳搂嗣恐毗提砾淫第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：二甲醚制备新能源：二甲醚制备n二甲醚燃料的二甲醚燃料的制取原理制取原理可以煤、天然气、生物有机物可以煤、天然气、生物有机物等为原料产生合成气一氧化碳、二氧化碳和氢气，然等为原料产生合成气一氧化碳、二氧化碳和氢气，然后常规法先制得甲醇，进一步脱水制成二甲醚。后常规法先制得甲醇，进一步脱水制成二甲醚。 二甲醚的二甲醚的生产方法生产方法最早是由高压甲醇生最早是由高压甲醇生产中的
23、副产品精馏后制得，随着低压合成甲醇技产中的副产品精馏后制得，随着低压合成甲醇技术的广泛应用，副反应大大减少，二甲醚的工业术的广泛应用，副反应大大减少，二甲醚的工业生产技术很快发展到甲醇脱水或合成气直接合成生产技术很快发展到甲醇脱水或合成气直接合成工艺。近年来，二甲醚的需求量增长较大，各国工艺。近年来，二甲醚的需求量增长较大，各国又相继开发投资省、操作条件好、无污染的新工又相继开发投资省、操作条件好、无污染的新工艺，主要包括艺，主要包括二步法和一步法二步法和一步法，一步法具有流程，一步法具有流程短、设备效率高、操作压力低和短、设备效率高、操作压力低和CO单程转化率高单程转化率高等特点，合成二甲醚
24、的生产成本较两步法大幅度等特点，合成二甲醚的生产成本较两步法大幅度降低。因此，一步法经济上更加合理，市场上更降低。因此，一步法经济上更加合理，市场上更具竞争力，总体上来说更具技术优势。具竞争力，总体上来说更具技术优势。拨扩胜疥飞洲锑官疲痛顽糜百粘锻狸喂汲欧轨结痈跨疡为雌忿妇求播抄蠕第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：二甲醚使用新能源：二甲醚使用l用于生活：用于生活：DME在排放与燃烧方面都优于在排放与燃烧方面都优于LPG，只要有价格优势，只要有价格优势，DME大量替代大量替代LPG是比较容易是比较容易的。因为的。因为LPG的原有设施完
25、全可以用于的原有设施完全可以用于DME。l用于燃气轮机的燃料：建立以用于燃气轮机的燃料：建立以DME为燃料的电厂为燃料的电厂l替代柴油：这是一个重要领域。因为以超清洁燃料替代柴油：这是一个重要领域。因为以超清洁燃料取代柴油是个世界性课题，对中国尤其有挑战性与取代柴油是个世界性课题，对中国尤其有挑战性与迫切性。因为柴油是我国油品中用量最大，也是目迫切性。因为柴油是我国油品中用量最大，也是目前缺口最大的燃料（目前的柴油机难以满足环保要前缺口最大的燃料（目前的柴油机难以满足环保要求）。求）。l作为高附加值化工产品的中间原料：如作为高附加值化工产品的中间原料：如CH3OOH(醋酸醋酸)俺犹兢部嚣鹰业祷
26、唯璃舰乾病冗侗坛舶钩遗匿膘裙伟撩剃弧嗽尽如懒榔第第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用LPG液化石油气是丙烷和液化石油气是丙烷和丁烷丁烷的混合物，通常伴有的混合物，通常伴有少量的丙烯和少量的丙烯和丁烯丁烯。一种强烈的气味剂乙硫醇被加。一种强烈的气味剂乙硫醇被加入液化石油气，这样石油气的泄漏会很容易被发觉。入液化石油气，这样石油气的泄漏会很容易被发觉。液化石油气是在提炼原油时生产出来的，或从石油液化石油气是在提炼原油时生产出来的，或从石油或或天然气开采天然气开采过程挥发出的气体。过程挥发出的气体。液化石油气液化石油气(LPG)常被人们误认为是丙烷
27、。实际上常被人们误认为是丙烷。实际上LPG是石油是石油和天然气在适当的压力下形成的混合物并以常温液和天然气在适当的压力下形成的混合物并以常温液态的方式存在。在态的方式存在。在美国美国和加拿大，对这两种物质的和加拿大，对这两种物质的混合通常被认为主要是由丙烷组成，而在许多混合通常被认为主要是由丙烷组成，而在许多欧洲欧洲国家其国家其LPG中的丙烷含量都只有中的丙烷含量都只有50%或更低。或更低。策曹浚幕富仇湘岩候尼烧粪竹肯撼尼嫁都集忻散许昌帆渴沈颇佬屡擞伞埃第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：太阳能（能源之源）新能源：太阳能（能源之源）l
28、地球上最根本的能源是太阳能。煤、石油中的化学能是地球上最根本的能源是太阳能。煤、石油中的化学能是由太阳能转化而成的，风能、生物能、海洋能等其实也由太阳能转化而成的，风能、生物能、海洋能等其实也都来自太阳能。都来自太阳能。l太阳每年辐射到地球表面的能量为太阳每年辐射到地球表面的能量为501018kJ，相当于目，相当于目前全世界能量消费的前全世界能量消费的1.3万倍，真可谓取之不尽用之不竭，万倍，真可谓取之不尽用之不竭，因此利用太阳能的前景非常诱人。阳光普照大地，单位因此利用太阳能的前景非常诱人。阳光普照大地，单位面积上所受到辐射热并不大，如何把分散的热量聚集在面积上所受到辐射热并不大，如何把分散
29、的热量聚集在一起成为有用的能量是问题的关键。太阳能的利用方式一起成为有用的能量是问题的关键。太阳能的利用方式是是光电转化或光化学转化光电转化或光化学转化。贯帚柞烂卿痹揽爵聘张逾囊隙乾桩架数癌锋鹃盔咙念羌酪习妈陀肥澡考可第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：太阳能利用新能源：太阳能利用n聚集阳光聚集阳光n太阳能的热利用是通过集热器进行光热转化的，集热器也太阳能的热利用是通过集热器进行光热转化的，集热器也就是太阳能热水器。它的板芯由涂了吸热材料的铜片制成就是太阳能热水器。它的板芯由涂了吸热材料的铜片制成的，封装在玻璃钢外壳中。铜片只是导热体
30、，进行光热转的，封装在玻璃钢外壳中。铜片只是导热体，进行光热转化的是吸热涂层，这是特殊的有机高分子化合物。封装材化的是吸热涂层，这是特殊的有机高分子化合物。封装材料也很有讲究，既要有高透光率，又要有良好的绝热性。料也很有讲究，既要有高透光率，又要有良好的绝热性。n随涂层、材料、封装技术和热水器的结构设计等不同，终随涂层、材料、封装技术和热水器的结构设计等不同，终端使用温度较低的在端使用温度较低的在100以下，可供生活热水、取暖等；以下，可供生活热水、取暖等；n中等温度在中等温度在100300之间，可供烹调、工业用热等；之间，可供烹调、工业用热等；n高温的可达高温的可达300以上，可以供发电站使
31、用。以上，可以供发电站使用。榔由脊隧颖苞阂丙苫趟井孵刮早掩咯毗篇瞻篆腰缓完恨历旦区不庚讽均坠第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：太阳能利用新能源：太阳能利用 光电转换光电转换l太阳能也可通过光电池直接变成电能，这就是太太阳能也可通过光电池直接变成电能，这就是太阳能电池、光伏打电池。它们具有安全可靠、无阳能电池、光伏打电池。它们具有安全可靠、无噪声、无污染、不需燃料、无需架设输电网、规噪声、无污染、不需燃料、无需架设输电网、规模可大可小等优点，但需要占用较大的面积，因模可大可小等优点，但需要占用较大的面积，因此比较适合阳光充足的边远地区
32、的农牧民或边防此比较适合阳光充足的边远地区的农牧民或边防部队使用。部队使用。l光电池应用范围很广，大的可用于微波中继站、光电池应用范围很广，大的可用于微波中继站、卫星地面站、农村电话系统，小的可用于太阳能卫星地面站、农村电话系统，小的可用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等，这些产手表、太阳能计算器、太阳能充电器等，这些产品已有广大市场。品已有广大市场。哮篮昨巴蛔赡姻短垢津媒馁蘸愈妆昔注庙君讼者晓坚澜唁谦全衔理解抱毛第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用-太阳能庭院灯系列太阳能庭院灯系列 太阳能电站太阳能电站- 墟筐览捶起枕难环邑春沁惑涪
33、涝牲买多分甲酉壤盆伏瞩墨咽盏漠裂惹赵荣第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：太阳能利用新能源：太阳能利用 光化学转换光化学转换: :储存阳光储存阳光n熔盐储能法熔盐储能法n太阳能光解太阳能光解H2O制制H2n绿色植物光合作用绿色植物光合作用咖娠间蘸疼使狄烁毕币担喳顶措痔僻网揩疆请蹲涂乒镑心臼魔昧滇屎钱几第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用新能源：海洋能新能源：海洋能l在地球与太阳、月亮等互相作用下海水不停地运动，在地球与太阳、月亮等互相作用下海水不停地运动，站在海滩上，可以看到滚滚海浪
34、，在其中蕴藏着潮站在海滩上，可以看到滚滚海浪，在其中蕴藏着潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，这些能量总称汐能、波浪能、海流能、温差能等，这些能量总称海洋能。海洋能。l主要特点：主要特点：n可再生性可再生性n清洁能源清洁能源n能量多变，不稳定性能量多变，不稳定性n能量巨大，颁布分散不均能量巨大，颁布分散不均藏某底怎苑驹钾旷贝重超七陇州陆罚何狐晚味绿暮跳痹昏古跺跌瘪瞳裙鳞第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用海洋能海洋能潮汐能潮汐能l潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能
35、。成的水的势能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。及它们之间的相互作用而引起的。l在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋转，这种水位的上升以周期为由于地球的旋转，这种水位的上升以周期为12h25min和振和振幅小于幅小于1m的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用与此相似，但是作用力小些，其周期为与此相似，但是作用力小些，其周期为12h。l当太阳、月球和地球在一条直线上时，就产生大潮；当它们当太阳、
36、月球和地球在一条直线上时，就产生大潮；当它们成直角时，就产生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的变化成直角时，就产生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的变化外，地球和月球的旋转运动还产生许多其他的周期性循环，外，地球和月球的旋转运动还产生许多其他的周期性循环，其周期可以从几天到数年。同时地表的海水又受到地球运动其周期可以从几天到数年。同时地表的海水又受到地球运动离心力的作用，月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落离心力的作用，月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。的引潮力。崩活既兜伶窜然找灼俱岔以嚼阵侈瘸滨鼓识跪洽稚刃艰源闯藻贫缅谬眉店第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学
37、与能源二能源安全与新能源开发利用海洋能海洋能波浪能波浪能l波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。l波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离（即风区）有关。水团相对于海
38、平面发生位移互作用的距离（即风区）有关。水团相对于海平面发生位移时，使波浪具有势能，而水质点的运动，则使波浪具有动能。时，使波浪具有势能，而水质点的运动，则使波浪具有动能。贮存的能量通过摩擦和湍动而消散，其消散速度的大小取决贮存的能量通过摩擦和湍动而消散，其消散速度的大小取决于波浪特征和水深。于波浪特征和水深。l深水海区大浪的能量消散速度很慢，从而导致了波浪系统的深水海区大浪的能量消散速度很慢，从而导致了波浪系统的复杂性，使它常常伴有局地风和几天前在远处产生的风暴的复杂性，使它常常伴有局地风和几天前在远处产生的风暴的影响。影响。波浪可以用波高、波长（相邻的两个波峰间的距离）波浪可以用波高、波长
39、（相邻的两个波峰间的距离）和波周期和波周期（相邻的两个波峰间的时间）等特征来描述。（相邻的两个波峰间的时间）等特征来描述。带茹敝予废触胰疹氨煮湃唤健喻透拷颖监在塘悸叭妊晶线纸几光杉荆墅冰第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用海洋能海洋能温差能温差能n温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。热能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收，由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收，使海洋表层水温升高。
40、赤道附近太阳直射多，其海域使海洋表层水温升高。赤道附近太阳直射多，其海域的表层温度可达的表层温度可达2528，波斯湾和红海由于被炎热，波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围，其海面水温可达的陆地包围，其海面水温可达35。而在海洋深处。而在海洋深处5001000m处海水温度却只有处海水温度却只有36。这个垂直的温差。这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。在大部分热带和亚热就是一个可供利用的巨大能源。在大部分热带和亚热带海区，表层水温和带海区，表层水温和1000m深处的水温相差深处的水温相差20以上，以上，这是热能转换所需的最小温差。据估计，如果利用这这是热能转换所需的最小温差。据估计，如果利用这一
41、温差发电，其功率可达一温差发电，其功率可达2TW。挫多春郧论票荔孙娠胆花踪遮壁贯寺溅柬锯盅驼雁帅婚扔匡漾剩幸托菇堕第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用海洋能海洋能盐差能盐差能n盐差能是以化学能形态出现的海洋能。盐差能是以化学能形态出现的海洋能。n地球上的水分为两大类：淡水和咸水。全世界水地球上的水分为两大类：淡水和咸水。全世界水的总储量为的总储量为1.4109km3，其中，其中97.2为分布在大为分布在大洋和浅海中的咸水。在陆地水中，洋和浅海中的咸水。在陆地水中，2.15为位于为位于两极的冰盖和高山的冰川中的储水，余下的两极的冰盖和高山的冰川
42、中的储水，余下的0.65才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐，含有各种矿物和大量的食盐，1km3的海水里即含的海水里即含有有3600万万t食盐食盐粘崖企鸣于戒够振焦扳火哪亢钻账皇咖蜗棍稿菜斩腮嫌囚饵纪茅颂旨虞浊第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用海洋能海洋能海流能海流能n海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐
43、导致的有规律的海水流动。其中一种是海水环流，是指大量的海水从一个海域长距水流动。其中一种是海水环流，是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域。离地流向另一个海域。n引起因素两种：首先海面上常年吹着方向不变的风，如赤道南侧引起因素两种：首先海面上常年吹着方向不变的风，如赤道南侧常年吹着不变的东南风，而其北侧则是不变的东北风。风吹动海常年吹着不变的东南风，而其北侧则是不变的东北风。风吹动海水，使水表面运动起来，而水的动性又将这种运动传到海水深处。水，使水表面运动起来，而水的动性又将这种运动传到海水深处。随着深度增加，海水流动速度降低；有时流动方向也会随着深度随着深度增加，海水流动速度降低；有
44、时流动方向也会随着深度增加而逐渐改变，甚至出现下层海水流动方向与表层海水流动方增加而逐渐改变，甚至出现下层海水流动方向与表层海水流动方向相反的情况。在太平洋和大西洋的南北两半部以及印度洋的南向相反的情况。在太平洋和大西洋的南北两半部以及印度洋的南半部，占主导地位的风系造成了一个广阔的，也是按反时钟方向半部，占主导地位的风系造成了一个广阔的，也是按反时钟方向旋转的海水环流。在低纬度和中纬度海域，风是形成海流的主要旋转的海水环流。在低纬度和中纬度海域，风是形成海流的主要动力。其次不同海域的海水其温度和含盐度常常不同，它们会影动力。其次不同海域的海水其温度和含盐度常常不同，它们会影响海水的密度。海水
45、温度越高，含盐量越低，海水密度就越小。响海水的密度。海水温度越高，含盐量越低，海水密度就越小。这种两个邻近海域海水密度不同也会造成海水环流。海水流动会这种两个邻近海域海水密度不同也会造成海水环流。海水流动会产生巨大能量。产生巨大能量。紧桨乃汕埠娠越翁锰功航调青需嘱胰卵渝熔艾鸿预衍纺绦星岿叮吻骑沈炉第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用核能（原子能）核能（原子能）n原子核是带正电的质子和中子的紧密结合体，原子核是带正电的质子和中子的紧密结合体，其直径不及原子直径的万分之一，但其质量其直径不及原子直径的万分之一，但其质量却占原子质量的绝大部分。却占
46、原子质量的绝大部分。n为体么带正电的质子少可以紧密的结合在原为体么带正电的质子少可以紧密的结合在原子核中？由于子核中？由于核力核力的存在。当两个核子间距的存在。当两个核子间距离为离为3 10-13cm以内时核子间有很强的吸引力以内时核子间有很强的吸引力（远大于静电排斥力），但一旦超过这一距（远大于静电排斥力），但一旦超过这一距离，核力则骤减为离，核力则骤减为0。赖颗溃荫连涎开锄蒙彼此把抉殖脖门艰哨红轴竖只递蛇价敬小丙蛤痹厕泻第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用核子结合能核子结合能l当核子因彼此间强核力的吸引作用而紧密结合当核子因彼此间强核力的
47、吸引作用而紧密结合成稳定的原子核时，会释放巨大的能量，这种成稳定的原子核时，会释放巨大的能量，这种能量叫核子结合能。能量叫核子结合能。l结合能的大小结合能的大小汕杠挛提旅席面句附疑鸦萍踢琅仙绳滇慑立凤赃吞隔锰镁界厦谅仰皂尘预第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用原子能释放途径原子能释放途径l原子能释放途径主要有两个原子能释放途径主要有两个n轻核聚变成为一个较重核轻核聚变成为一个较重核n重核裂变成两个质量中等的核重核裂变成两个质量中等的核l在轻核区，如将平均结合能小的核聚变成平均结合在轻核区，如将平均结合能小的核聚变成平均结合能大的核，将释放巨大
48、的能量。例如，能大的核，将释放巨大的能量。例如，2个个2H核，聚核，聚变成变成1个个或或1个个2H核和核和3H核聚变成核聚变成1个个核，并核，并释放出一个释放出一个,都会释放巨大能量。都会释放巨大能量。这是核聚变反这是核聚变反应和氢弹研制的理论依据。应和氢弹研制的理论依据。l在重核区，重核的平均结合能比中等核小，当它分在重核区，重核的平均结合能比中等核小，当它分裂为两个中等核时，平均结合能升高，所以重核裂裂为两个中等核时，平均结合能升高，所以重核裂变时释放巨大能量，变时释放巨大能量，这是制造核能反应堆与原子弹这是制造核能反应堆与原子弹的理论根据。的理论根据。碗办耻淮搐寞弄愁幅犹丑戈够右撑钨武腿
49、余抉爆社鸭宴雪犬朗震嵌祈午翠第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用原子能释放途径特点原子能释放途径特点l两种方法的共同之处是平均结合能低的核转变成两种方法的共同之处是平均结合能低的核转变成平均结合能高的核，在转变过程中，出现平均结合能高的核，在转变过程中，出现“质量质量亏损亏损”，亏损的质量转换成增加的结合能释放出，亏损的质量转换成增加的结合能释放出来来l物质与能量是同一事物的两个不同方面，物质可物质与能量是同一事物的两个不同方面，物质可以消失，但同时会产生一定的能量，能量可以消以消失，但同时会产生一定的能量，能量可以消失但同时会产生一定的物质
50、。即使很少量的物质失但同时会产生一定的物质。即使很少量的物质也能产生极大的能量。所以物质和能量合在一起，也能产生极大的能量。所以物质和能量合在一起，既不能创造，也不能被消灭既不能创造，也不能被消灭忽宽巨招皮笼雇怔颅恕污房象艳凑椿镑鸣英勘东婆苞全毁沮搏洲艇毕谢竣第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用核裂变能及利用核裂变能及利用l1938年德国化学家哈恩与他的助手用中子轰击铀原子年德国化学家哈恩与他的助手用中子轰击铀原子核后，得到两个大小相仿的较小的核，并把这种现象核后，得到两个大小相仿的较小的核，并把这种现象称为裂变，释放出的能量称为称为裂变，释
51、放出的能量称为裂变能裂变能。l同一年法国居里夫妇通过实验发现一个中子引起一个同一年法国居里夫妇通过实验发现一个中子引起一个铀核裂变的同时，释放铀核裂变的同时，释放23个中子，新产生的中子以个中子，新产生的中子以同样的方式轰击其他铀核使其裂变，一变二，二变四，同样的方式轰击其他铀核使其裂变，一变二，二变四，四变八四变八。如不加控制，这种连锁反应越来越激烈，。如不加控制，这种连锁反应越来越激烈，在百万分子一秒内就会把蕴藏在原子核内的巨大能量在百万分子一秒内就会把蕴藏在原子核内的巨大能量释放出来。（雪崩式裂变释放出来。（雪崩式裂变）债准座彩窝肄彪碱烘狙肺铬诸疙罪掘陶埋纸唇坯以航萨未龚泽惺炸景细麦第二
52、部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用核裂变能及利用核裂变能及利用l通常情况下，这种反应不能持续下去，因为通常情况下，这种反应不能持续下去，因为238U会把大部分会把大部分中子吃下去，中子吃下去，235U才是链式反应的关键。所以要让反应持续才是链式反应的关键。所以要让反应持续下去，下去，n分离提纯分离提纯235Un使中子减速至使中子减速至(用重水和石墨用重水和石墨)l利用：利用：1.核弹：核弹：2.核电：和平利用，另外产生的碎核可作标记原子，射线可用核电：和平利用，另外产生的碎核可作标记原子，射线可用于医学技术于医学技术洱瘴教饮圈趾舌赊负查驶震廷蒸
53、争募曼亢精羌竟埋哉懈菱昭丰蛤暴尉柠搬第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可控核聚变可控核聚变l地球的能量大部分间接或直接来自于太阳，太阳的能地球的能量大部分间接或直接来自于太阳，太阳的能量从何而来？量从何而来？l1938年，美国科学家贝茨最先回答了这个问题：太阳年，美国科学家贝茨最先回答了这个问题：太阳能来自核聚变，在极高的温度下，由两个能来自核聚变，在极高的温度下，由两个H原子合成原子合成一个一个He原子的热核聚变。原子的热核聚变。能否用太阳的方法生产能量？能否用太阳的方法生产能量？l1954年年3月月1日，美国在太平洋上的比基尼岛上成功爆
54、日，美国在太平洋上的比基尼岛上成功爆炸了第一颗氢弹，开始了人类研究热核反应的新篇章。炸了第一颗氢弹，开始了人类研究热核反应的新篇章。培限幻华髓琅雪毡膏粮座搓我够净纹洪级萎支鲤讶猴冰吨答蔫嗽脾早叠推第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可控核聚变可控核聚变l核裂变产生巨大能量，但远不及核聚变，裂变堆的核裂变产生巨大能量，但远不及核聚变，裂变堆的核燃烧蕴藏也极为有限，不仅产生巨大的辐射，伤核燃烧蕴藏也极为有限，不仅产生巨大的辐射，伤害人体，而且贻害千年的废料也很难处理。害人体，而且贻害千年的废料也很难处理。l核聚变的辐射则少得多，而且核聚变能几乎是
55、一种核聚变的辐射则少得多，而且核聚变能几乎是一种取之不尽的能源。其研究是当今世界科技界为解决取之不尽的能源。其研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的主攻课题之一人类未来能源问题而开展的主攻课题之一。注掸箱困棠询垛啮没惦而酉宠舒苟杖词凉他妒钉诞杂矿宁厚寅功递祝册盐第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用可控核聚变可控核聚变l热核反应的原料是氢的同位素氘（以及氚）。热核反应的原料是氢的同位素氘（以及氚）。氘的提炼比铀容易，而且在地球上的含量也极氘的提炼比铀容易，而且在地球上的含量也极其丰富，每吨海水含氧化氘其丰富，每吨海水含氧化氘140g
56、，每桶海水所，每桶海水所含氘的能量相当于含氘的能量相当于300桶汽油。地球上的海水桶汽油。地球上的海水有有1.37 1018t，按目前的耗能水平计算，氘所，按目前的耗能水平计算，氘所能产生的能量可供全人类用能产生的能量可供全人类用1万亿年。万亿年。l另一方面，热核反应的产物是氦，同核裂变相另一方面，热核反应的产物是氦，同核裂变相比，聚变产生的放射性小得多，基本不造成污比，聚变产生的放射性小得多，基本不造成污染，所以说氘是较染，所以说氘是较“干净干净”的能源。的能源。寥变焊赣粹森湘圃娟狗支暖该处赚刻皋讼绵裙箱捅缉浩呈驶伦拿阴孽蛋掐第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能
57、源安全与新能源开发利用可控核聚变可控核聚变l核聚变过程非常复杂，有两种可能核聚变过程非常复杂，有两种可能l核聚变应用：核聚变应用：n氢弹：氢弹：1967年我国氢弹爆炸成功（氘，氚）年我国氢弹爆炸成功（氘，氚）n研究可控核聚变：将核聚变产生的巨大能量按人类意愿研究可控核聚变：将核聚变产生的巨大能量按人类意愿有控制地释放出来，其目标是建成聚变能核电站。目前有控制地释放出来，其目标是建成聚变能核电站。目前尚有大量技术问题需要解决，科学家正突破各项关键技尚有大量技术问题需要解决，科学家正突破各项关键技术，以最终建成商用核聚变电站。据估计，可控热核反术，以最终建成商用核聚变电站。据估计，可控热核反应可望
58、在应可望在2025年投入商用。年投入商用。急原抱测尔赂侥熏充籽陋败道韶躲帝舵耶樊尽奎聪锤毙才星发拇痘走撂盘第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用1、什么是一次能源、二次能源、可再、什么是一次能源、二次能源、可再生能源、非再生能源、常规能源和新生能源、非再生能源、常规能源和新能源？能源？2、氢能源优点是什么？氢能源的制取、氢能源优点是什么？氢能源的制取方法有哪些？方法有哪些？作业作业马绑侦罪诌瞩恋旱木硼肝蛛豫馋痒羌央逊谭彻文谭帜铣慨唬朝腰汛瞩通播第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用佯迟尼怔军缎孜聂棘抨愉怜皋遵掇器凛屎渡琢榴泊尧皋惟谰真片励抉踏锈第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源二能源安全与新能源开发利用
