我們的未來之綠色能源篇

1、11級應(yīng)用化工技術(shù) 丁世亮v2012世界一次能源消費概況1v綠色能源簡介2v介紹幾種綠色能源34v人造太陽核能 本圖所示的一次能源是指商業(yè)貿(mào)易的燃料，包括用于發(fā)電的現(xiàn)代可再生能源。本表只取一次能源消費大于100百萬噸油當(dāng)量（Mtoe）的國家。從表中可以看出： （1）2021年一次能源消費最多的國家是中國和美國，分別占世界總量的21.9%和17.7%，兩者之和為39.6%。 （2）如將水力發(fā)電和再生能源都并入再生能源，中國（226.7Mtoe）明顯高于美國（113.9Mtoe）。 （3）煤在一次能源消費的份額中最高的不是中國（68.5%），而是南非（72.8%）。 （4）在本表中，天然氣在一次能

2、源消費的份額中，中國除了比南非（2.8%）高以外，比任何國家都低。 （5）雖然中國水力發(fā)電起著重要作用，在一次能源消費中占7.1%，但是巴西（34.4%）、加拿大（26.3%）、土耳其（11.0%）都低。 綠色能源也稱清潔能源，是環(huán)境保護和良好生態(tài)系統(tǒng)的象征和代名詞。它可分為狹義和廣義兩種概念。狹義的綠色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽堋＿@些能源消耗之后可以恢復(fù)補充，很少產(chǎn)生污染。廣義的綠色能源則包括在能源的生產(chǎn)、及其消費過程中，選用對生態(tài)環(huán)境低污染或無污染的能源，如天然氣、氫氣、清潔煤、生物質(zhì)能和核能等。世界上最大的水電站：中國三峽 世界上最大的生物能電廠：芬

3、蘭世界上最大的太陽能熱電廠：美國加利福尼亞州南部的segs電廠最大的波浪能電廠：葡萄牙14其他生物質(zhì)能介紹32最常見的綠色能源 太陽能完全無污染的能源氫能源不可或缺的生活熱源天然氣蘊藏在生物質(zhì)中蘊藏在生物質(zhì)中的的生物質(zhì)能生物質(zhì)能 太陽能太陽能太陽能的太陽能的優(yōu)點優(yōu)點：是地球上最豐富的能源是地球上最豐富的能源免費使用免費使用不需運輸不需運輸對環(huán)境無污染對環(huán)境無污染缺點缺點：太陽能利用率低太陽能利用率低地球單位表面積接收到的太陽輻射能小地球單位表面積接收到的太陽輻射能小太陽能隨晝夜、氣候和季節(jié)的變化而變化太陽能隨晝夜、氣候和季節(jié)的變化而變化 光熱轉(zhuǎn)換：光熱轉(zhuǎn)換：利用各種集熱器將太陽能收集并轉(zhuǎn)換成熱

4、能利用各種集熱器將太陽能收集并轉(zhuǎn)換成熱能再加以利用再加以利用。 應(yīng)用應(yīng)用實例：實例：太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能空氣調(diào)節(jié)器、海水太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能空氣調(diào)節(jié)器、海水淡化、太陽能熱電站等。淡化、太陽能熱電站等。 光電轉(zhuǎn)換：光電轉(zhuǎn)換：利用太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能再加以利用。利用太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能再加以利用。太陽能電池、太陽能電站等。太陽能電池、太陽能電站等。 應(yīng)用應(yīng)用實例：實例： 光化學(xué)轉(zhuǎn)換：光化學(xué)轉(zhuǎn)換：是將太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)是將太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，再轉(zhuǎn)換為其他能量為人類所使用。能，再轉(zhuǎn)換為其他能量為人類所使用。 應(yīng)用應(yīng)用實例：實例： 如太陽能制氫，即利用太陽能在催化劑如太陽能制氫

5、，即利用太陽能在催化劑參與下分解水制氫和光合作用。參與下分解水制氫和光合作用。12H2O + 6CO2 +光 C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2+ 6H2o（葉綠體中） 氫能氫能氫能的優(yōu)點：氫能的優(yōu)點：熱值高熱值高 H2 (g) + 1/2O2(g) = H2O(l) = -285.8 kJmol-1 折合熱值為折合熱值為142.9MJ kg-1, 約為汽油的約為汽油的3倍，煤倍，煤 炭的炭的6倍倍資源豐富，資源豐富，氫燃燒速度快，可利于獲得高的功率氫燃燒速度快，可利于獲得高的功率無污染無污染rHm 要使氫成為廣泛使用的能源，關(guān)鍵是要解要使氫成為廣泛使用的能源，關(guān)鍵是要解決廉價的制氫技術(shù)、

6、方便安全的氫的儲存和運決廉價的制氫技術(shù)、方便安全的氫的儲存和運輸問題！輸問題！1.制氫方法制氫方法 如：如：水煤氣制氫、電解法制氫、熱化學(xué)法水煤氣制氫、電解法制氫、熱化學(xué)法分解水制氫、太陽能光解制氫、生物制氫等。分解水制氫、太陽能光解制氫、生物制氫等。2.氫的貯存與運輸氫的貯存與運輸 儲存儲存如：如：高壓氣體儲存、低壓液氫儲存、高壓氣體儲存、低壓液氫儲存、 金屬儲氫材料儲氫。金屬儲氫材料儲氫。 運輸運輸如：如：一般的交通工具、管道運輸。一般的交通工具、管道運輸。 天然氣，是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、氣田、煤層

7、和頁巖層。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。天然氣甲烷燃燒方程式完全燃燒：CH4+2O2=CO2+2H2O（反應(yīng)條件為點燃）甲烷+氧氣二氧化碳+水蒸氣不完全燃燒：2CH4+3O2=2CO+4H2O 綠色環(huán)保天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時產(chǎn)生二氧化碳少于其他化石燃料，造成溫室效應(yīng)較低，因而能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。經(jīng)濟實惠天然氣與人工煤氣相比，同比熱值價格相當(dāng)，并且天然氣清潔干凈，能延長灶具的使用壽命，也有利于用戶減少維修費用的支出。天然氣是潔凈燃氣，供應(yīng)穩(wěn)定，能夠改善空氣質(zhì)

8、量，因而能為該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供新的動力，帶動經(jīng)濟繁榮及改善環(huán)境。安全可靠天然氣無毒、易散發(fā)，比重輕于空氣，不宜積聚成爆炸性氣體，是較為安全的燃氣。 生物質(zhì)能生物質(zhì)能 生物質(zhì)能：生物質(zhì)能：是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物內(nèi)部的能量。而貯存在生物內(nèi)部的能量。生物質(zhì)能生物質(zhì)能木材及森林工業(yè)廢棄物木材及森林工業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢棄物水生植物水生植物油料植物油料植物城市和工業(yè)有機廢棄物城市和工業(yè)有機廢棄物人和動物糞便人和動物糞便生物質(zhì)能來源生物質(zhì)能來源光合作用光合作用 植物 水水 + +

9、二氧化碳二氧化碳 - 有機體有機體 + + 氧氧 太陽能 internal leaf structurechloroplastsouter membraneinner membrane光合作用生物質(zhì)能來源生物質(zhì)能來源生物質(zhì)能概述光合作用的總過程光合作用的總過程 光化學(xué)反應(yīng) 電子傳遞 太陽光能-電能-活躍化學(xué)能（同化力） h e ATP，NADPH2 （光反應(yīng)） CO2H2O-穩(wěn)定化學(xué)能 C6H12O6 （暗反應(yīng)，酶促反應(yīng)） 生物質(zhì)：n (C6H12O6) 1) 可再生性 生物質(zhì)能屬可再生資源,生物質(zhì)能由于通過植物的光合作用可以再生,與風(fēng)能、太陽能等同屬可再生能源； 2) 低污染性 生物質(zhì)的硫含

10、量、氮含量低、燃燒過程中生成的SOX、NOX較少；生物質(zhì)作為燃料時，由于它在生長時需要的二氧化碳相當(dāng)于它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng)； 3) 廣泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質(zhì)能； 4) 生物質(zhì)燃料總量十分豐富 生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。生物質(zhì)能的生物質(zhì)能的開發(fā)和利用：開發(fā)和利用：(1)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法，獲得木炭、焦油和可燃氣熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法，獲得木炭、焦油和可燃氣 體等品位高的能源產(chǎn)品體等品位高的能源產(chǎn)品(2)生物化學(xué)轉(zhuǎn)化法，主要指生物質(zhì)在微生物生物化學(xué)轉(zhuǎn)化法，主要指生物質(zhì)在微生物 的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能

11、源產(chǎn)品的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產(chǎn)品(3)利用油料植物所產(chǎn)生的生物油利用油料植物所產(chǎn)生的生物油(4)把生物質(zhì)壓制成成型狀燃料把生物質(zhì)壓制成成型狀燃料(如塊狀、棒型如塊狀、棒型 燃料燃料)，以便集中利用和提高效率，以便集中利用和提高效率生物質(zhì)能生物質(zhì)能生物質(zhì)能利用與轉(zhuǎn)化生物質(zhì)的空氣氣化生物質(zhì)的空氣氣化氣化反應(yīng)過程原理圖v 干燥區(qū)干燥區(qū) （100 250 C）水分蒸發(fā)v 熱解區(qū)熱解區(qū) （250 C以上）生成固體焦炭、氣體揮發(fā)分、焦油、木醋酸和熱解水等v 氧化區(qū)氧化區(qū) （1000 C以上）高溫?zé)峤鈿怏w產(chǎn)物和焦炭與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)v 還原區(qū)還原區(qū) （700900 C）氧化區(qū)所生成的高溫氣體與高

12、溫炭層發(fā)生非均相的還原反應(yīng)，生成含有COCO、H H2 2、CHCH4 4、CmHnCmHn、COCO2 2等。生物質(zhì)能生物質(zhì)能生物質(zhì)能利用與轉(zhuǎn)化生物質(zhì)的熱解原理生物質(zhì)的熱解原理 生物質(zhì)在基本無氧的環(huán)境中受熱分解，生物質(zhì)在基本無氧的環(huán)境中受熱分解，生成固體炭、液體燃料和氣體的過程生成固體炭、液體燃料和氣體的過程干燥階段干燥階段v在150C左右，蒸出物料中的水分。預(yù)熱解階段預(yù)熱解階段v在150300C左右，物料化學(xué)組成開始發(fā)生變化，不穩(wěn)定成分（如半纖維素）分解成CO2、CO和少量醋酸等物質(zhì)。固體分解階段固體分解階段v在300600C左右，生成醋酸、木焦油和甲醇等液體和CO2、CO、CH4、H2等

13、氣體物質(zhì)。此階段放熱。 燃燒階段燃燒階段vC-H、C-O鍵進一步裂解，排出殘留在木炭中的揮發(fā)分。 我國微藻制備生物柴油技術(shù)農(nóng)村建立的大型沼氣池農(nóng)村建立的大型沼氣池太陽是取之不盡用之不竭的熱核能源。合肥科學(xué)島上的合肥科學(xué)島上的東方超環(huán)東方超環(huán)(EAST)超導(dǎo)超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置托卡馬克實驗裝置合肥科學(xué)島合肥科學(xué)島“人造小太陽人造小太陽”核能還具有以下一些優(yōu)點：核能還具有以下一些優(yōu)點： 1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到 大氣中，因此 核能發(fā)電不會造成空氣污染。 2.核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。 3.核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。 4.核燃料

14、能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠 所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬 瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可 以完成運送。 中國是一個人口大國，又是一個經(jīng)濟迅速發(fā)展的國家，中國是一個人口大國，又是一個經(jīng)濟迅速發(fā)展的國家，21世紀將面臨著世紀將面臨著 經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力。因此改變能源生產(chǎn)和消費方式，開發(fā)利用經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力。因此改變能源生產(chǎn)和消費方式，開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進國民經(jīng)濟生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進國民經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重大意義。開發(fā)利用

15、生物質(zhì)能對中國農(nóng)村更具特殊意義。發(fā)展和環(huán)境保護具有重大意義。開發(fā)利用生物質(zhì)能對中國農(nóng)村更具特殊意義。 中國中國80%人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料。人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料。盡管煤炭等商品能源在農(nóng)村的使用迅速增加，但生物質(zhì)能仍占有重要地位。盡管煤炭等商品能源在農(nóng)村的使用迅速增加，但生物質(zhì)能仍占有重要地位。1998年農(nóng)村生活用能總量年農(nóng)村生活用能總量3.65億噸標煤，億噸標煤，其中秸稈和薪柴為其中秸稈和薪柴為2.07億噸標煤，占億噸標煤，占56.7%。因此發(fā)展生物質(zhì)能技術(shù)，因此發(fā)展生物質(zhì)能技術(shù)，為農(nóng)村地區(qū)提供生活和為農(nóng)村地區(qū)提供生活和生產(chǎn)

16、用能，是幫生產(chǎn)用能，是幫助這些地區(qū)脫貧致富，助這些地區(qū)脫貧致富，實現(xiàn)小康目標的一項重實現(xiàn)小康目標的一項重要任務(wù)要任務(wù) 。發(fā)展綠色能源的意義發(fā)展綠色能源的意義 生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實現(xiàn)能源現(xiàn)代化進程，滿足農(nóng)民富裕后對優(yōu)質(zhì)能源的實現(xiàn)能源現(xiàn)代化進程，滿足農(nóng)民富裕后對優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。迫切需求，同時也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。由于中國地廣人多，常規(guī)能源不可能完全滿足廣大農(nóng)村由于中國地廣人多，常規(guī)能源不可能完全滿足廣大農(nóng)村日益增長的需求，而且由于國際上正在制定各種有關(guān)環(huán)境日益增長的需求，

17、而且由于國際上正在制定各種有關(guān)環(huán)境問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，這對以煤炭問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，這對以煤炭為主的我國是很不利的。因此，立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)為主的我國是很不利的。因此，立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)資源，研究新型轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)新型裝備既是農(nóng)村發(fā)展的資源，研究新型轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)新型裝備既是農(nóng)村發(fā)展的迫切需要，又是減少排放、保護環(huán)境、實施可持續(xù)發(fā)展迫切需要，又是減少排放、保護環(huán)境、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。戰(zhàn)略的需要。 目前，能源開發(fā)已經(jīng)成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)?shù)谋壤獾纳镔|(zhì)能技術(shù)和裝置多已達到商業(yè)化應(yīng)用程度，實現(xiàn)了規(guī)模化產(chǎn)業(yè)經(jīng)營，以美國、