“化工”簡介、含義、起源、歷史及發(fā)展和電化學技術(shù)在新能源中的利用

化工

人類為了求得生存和發(fā)展，不斷地與大自然作斗爭，逐步地加深了對周圍世界的認識，從而掌握了征服自然、改造世界的本領(lǐng)。經(jīng)過漫長的歷史實踐，人類越發(fā)善于利用自然條件，并且為自己創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)世界。

古代人們的生活更多地依賴于對天然物質(zhì)的直接利用，或從中提取所需要的東西。由于這些物質(zhì)的固有性能滿足不了人們的需求，便產(chǎn)生了各種加工技術(shù)，把天然物質(zhì)轉(zhuǎn)變成具有多種性能的新物質(zhì)，并且逐步在工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模上付諸實現(xiàn)。凡運用化學方法改變物質(zhì)組成或結(jié)構(gòu)、或合成新物質(zhì)的，都屬于化學生產(chǎn)技術(shù)，也就是化學工藝;所得產(chǎn)品被稱為化學品或化工產(chǎn)品。這樣，許多自然界沒有的物質(zhì)被源源不斷地創(chuàng)制出來。起初，生產(chǎn)這類產(chǎn)品的是手工作坊，后來演變?yōu)楣S，并逐漸形成了一個特定的生產(chǎn)部門，即化學工業(yè)。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，有些生產(chǎn)部門，如冶金、煉油、造紙、制革等，已作為獨立的生產(chǎn)部門從化學工業(yè)中劃分出來。當大規(guī)模石油煉制工業(yè)和石油化工蓬勃發(fā)展之后，以化學、物理學、數(shù)學為基礎(chǔ)并結(jié)合其他工程技術(shù)，研究化工生產(chǎn)過程的共同規(guī)律，解決規(guī)模放大和大型化中出現(xiàn)的諸多工程技術(shù)問題的學科--化學工程進一步完善了。它把化學工業(yè)生產(chǎn)提高到一個新水平，從經(jīng)驗或半經(jīng)驗狀態(tài)進入理論和預(yù)測的新階段（見化學工程發(fā)展史），使化學工業(yè)以其更大規(guī)模生產(chǎn)的創(chuàng)造能力，為人類增添大量物質(zhì)財富，加快了人類社會發(fā)展的進程。

在現(xiàn)代漢語中，化學工業(yè)、化學工程和化學工藝都簡稱為化工，它們出現(xiàn)于不同歷史時期，各有不同涵義，卻又關(guān)系密切，互相滲透。在人們頭腦里，“化工”這個詞，習慣上已成為一個總的知識門類和事業(yè)的代名詞，它在國民經(jīng)濟和工程技術(shù)上所具有的重要意義，引起了人們廣泛的興趣，吸引著成千上萬的人，為之獻出畢生精力。下面簡要地從人類社會生活的各個方面，來說明化工絢麗多彩的內(nèi)容及其重要貢獻。

化工與人類文明

人類與化工的關(guān)系十分密切，在現(xiàn)代生活中，幾乎隨時隨地都離不開化工產(chǎn)品，從衣、食、住、行等物質(zhì)生活，到文化藝術(shù)、娛樂等精神生活，都需要化工產(chǎn)品為之服務(wù)。有些化工產(chǎn)品在人類發(fā)展歷史中，起著劃時代的重要作用。它們的生產(chǎn)和應(yīng)用，甚至代表著人類文明的一定歷史階段。

引火熟食是人類有史以來的一個了不起的進步；等到炙制藥物、釀酒制醋、燒陶制磚、煉銅冶鐵、熬油造漆、紡織印染、造紙印刷等化學加工技藝相繼出現(xiàn)的時候，歷史已流逝了幾十萬年。這些技藝的積累，創(chuàng)造了從古代到中世紀的寶貴遺產(chǎn)，并且也為化學工業(yè)的形成，奠定了基礎(chǔ)。（見化學工業(yè)發(fā)展史）

工業(yè)革命的助手

化學工業(yè)從它形成之時起，就為各工業(yè)部門提供必需的基礎(chǔ)物質(zhì)。作為各個時期工業(yè)革命的助手，正是它所擔負的歷史使命。18～19世紀的產(chǎn)業(yè)革命時期，手工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器生產(chǎn)，蒸汽機發(fā)明了，社會化大生產(chǎn)開始了，這正是近代化學工業(yè)形成的時候。面臨產(chǎn)業(yè)革命的急需，呂布蘭法制純堿等技術(shù)應(yīng)運而生，這使已有的鉛室法制硫酸也得到發(fā)展，解決了紡織、玻璃、肥皂等工業(yè)對酸、堿的需要。同時，隨著煉鐵、煉焦工業(yè)的興起，以煤焦油分離出的芳烴和以電石生產(chǎn)的乙炔為基礎(chǔ)的有機化工也得到發(fā)展。合成染料、化學合成藥、合成香料等相繼問世，橡膠輪胎、賽璐珞和硝酸纖維素等也投入生產(chǎn)。這樣，早期的化學工業(yè)就為紡織工業(yè)、交通運輸業(yè)、電力工業(yè)和機器制造業(yè)提供了所必需的原材料和輔助品，促成了產(chǎn)業(yè)革命的成功。

20世紀經(jīng)過兩次世界大戰(zhàn)，一方面石油煉制工業(yè)中的催化裂化、催化重整等技術(shù)先后出現(xiàn)，使汽、煤、柴油和潤滑油的生產(chǎn)有了大幅度增長，特別是丙烯水合制異丙醇工業(yè)化以后，烴類裂解制取乙烯和丙烯等工藝相繼成功，使基本有機化工生產(chǎn)建立在石油化工雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)之上，從而得以為各工業(yè)部門提供大量有機原料、溶劑、助劑等。從此，人們常以烴類裂解生產(chǎn)乙烯的能力，作為一個國家石油化工生產(chǎn)力發(fā)展的標志。另一方面，哈伯-博施法合成氨高壓高溫技術(shù)在工業(yè)上實現(xiàn)，硝酸投入生產(chǎn)，使大量的硝化物質(zhì)出現(xiàn)，尤其是使火炸藥工業(yè)從黑火藥發(fā)展到奧克托今，炸藥的比能量提高了十幾倍。這不僅解決了戰(zhàn)爭之急需，更重要的是在礦山、鐵路、橋梁等民用爆破工程上，得到了應(yīng)用。此外，對于核工程中同位素分離和航天事業(yè)中火箭推進劑的應(yīng)用，化工都作出了關(guān)鍵性的貢獻。

發(fā)展農(nóng)業(yè)的支柱

長期以來，人類的食物和衣著主要依靠農(nóng)業(yè)。而農(nóng)業(yè)自遠古的刀耕火種開始，一直依靠大量人力勞作，受各種自然條件的制約，發(fā)展十分緩慢。19世紀，農(nóng)業(yè)機械的運用，逐步改善勞動狀況。然而，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，單位面積產(chǎn)量的真正提高，則是施用化肥、農(nóng)藥以后的事。實踐證明，農(nóng)業(yè)的各項增產(chǎn)措施中，化肥的作用達40％～65％。在石油化工蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上，合成氨和尿素生產(chǎn)大型化，使化肥的產(chǎn)量在化工產(chǎn)品中占據(jù)很大比重。1985年世界化肥總產(chǎn)量約達140Mt，成為大宗化工產(chǎn)品之一。近年來，氮、磷、鉀復(fù)合肥料和微量元素肥料的開發(fā)，進一步滿足了不同土壤結(jié)構(gòu)、不同作物的需求。

早期，人類采用天然動、植物和礦物來防治農(nóng)作物病蟲害。直到19世紀末，近代化學工業(yè)形成以后，采用巴黎綠（砷制劑）殺馬鈴薯甲蟲、波爾多液防治葡萄霜霉病，農(nóng)業(yè)才開始了化學防治的新時期。20世紀40年代生產(chǎn)了有機氯、有機磷、苯氧乙酸類等殺蟲劑和除草劑，廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和公共衛(wèi)生。但這一代農(nóng)藥中有些因高殘留、高毒，造成生態(tài)污染，已被許多國家禁用。近年來，開發(fā)了一些高效、低殘留、低毒的新農(nóng)藥，其中擬除蟲菊酯(除蟲菊是具有除蟲作用的植物)是一種仿生農(nóng)藥，每畝用量只幾克，不污染環(huán)境，已經(jīng)投入工業(yè)生產(chǎn)。此外，生物農(nóng)藥目前在農(nóng)藥研究中是最活躍的一個領(lǐng)域。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用塑料薄膜（如高壓聚乙烯、線型低密度聚乙烯等），用作地膜覆蓋或溫室育苗，可明顯地提高作物產(chǎn)量，正在進行大面積推廣。

戰(zhàn)勝疾病的武器

醫(yī)學和藥物學一直是人類努力探求的領(lǐng)域，在中國最早的藥學著作《神農(nóng)本草經(jīng)》（公元1世紀前后編著）中，就記載了365種藥物的性能、制備和配伍。明代李時珍的《本草綱目》中所載藥物已達1892種。這些藥采自天然礦物或動植物，多數(shù)須經(jīng)泡制處理，突出藥性或消除毒性后才能使用。19世紀末至20世紀初，生產(chǎn)出解熱鎮(zhèn)痛藥阿司匹林、抗梅毒藥“606”（砷制劑）、抗瘧藥阿的平等，這些化學合成藥成本低、純度高、不受自然條件的影響，表現(xiàn)出明顯的療效。30年代，人們用化學剖析的方法，鑒定了水果和米糠中維生素的結(jié)構(gòu)，用人工合成的方法，生產(chǎn)出維生素C和維生素B1等，解決了從天然物質(zhì)中提取維生素產(chǎn)量不夠、質(zhì)量不穩(wěn)的矛盾。1935年磺胺藥投產(chǎn)以后，拯救了數(shù)以萬計的產(chǎn)褥熱患者。青霉素的發(fā)現(xiàn)和投產(chǎn)，在第二次世界大戰(zhàn)中，救治傷病員，收到了驚人效果。鏈霉素以及對氨基水楊酸鈉、雷米封等戰(zhàn)勝了結(jié)核菌，結(jié)束了一個歷史時期這種蔓延性疾病對人類的威脅。天花、鼠疫、傷寒等，直到19世紀，曾一直是人類無法控制的災(zāi)害之一，抗病毒疫苗投入工業(yè)生產(chǎn)以后，才基本上消滅了這些傳染病?，F(xiàn)在疫苗仍是人類與病毒性疾病斗爭的有力武器。還有各種臨床化學試劑和各種新藥物劑型不斷涌現(xiàn)，使醫(yī)療事業(yè)大為改觀，人類的健康有了更可靠的保證。

改善生活的手段

化工向人們提供的產(chǎn)品是豐富多彩的，它除了生產(chǎn)大量材料用于制成各種制品為人所用以外，還有用量很少、但效果十分明顯的產(chǎn)品，使人們的生活得到不斷改善。例如：用于食品防腐、調(diào)味、強化營養(yǎng)的各種食品添加劑；提高蔬菜、水果產(chǎn)量和保持新鮮程度的植物生長調(diào)節(jié)劑和保鮮劑；促使肉、蛋豐產(chǎn)的飼料添加劑；生產(chǎn)化妝品和香料、香精的基礎(chǔ)原料和助劑；房屋、家具和各種工、器具裝飾用的涂料；各種印刷油墨用的顏料；以及洗滌用品用的表面活性劑等等，不勝枚舉。還有電影膠片（感光材料）、錄音(像)磁帶(磁記錄材料)，以及最近推出的激光電視唱片(光盤)等。利用這些傳播聲像的手段，可加強通信聯(lián)絡(luò)，再現(xiàn)歷史場景，表演精湛藝術(shù)。借助于信息記錄材料，把人們的視野擴展到宇宙空間、海底深處或深入臟腑內(nèi)部，甚至于解剖原子結(jié)構(gòu)，為提高人類的精神文明，揭開自然界的奧秘，提供了條件。

化工與材料

上述工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活的提高，都離不開材料。據(jù)統(tǒng)計，到1984年為止，世界上所具有的化學物質(zhì)實際約達900萬種，其中約有43萬種在工業(yè)發(fā)達的國家中用為材料。材料數(shù)量雖多，若按化學組成分類，可以概括為金屬材料、無機非金屬材料和聚合物材料三大類。也有將復(fù)合材料列為第四大類，或者把它看作是由三大類中派生出來的一類新材料。一般來說，除金屬是冶金部門生產(chǎn)的產(chǎn)品外，其余都是化工生產(chǎn)的材料。

無機非金屬材料

分為傳統(tǒng)材料和新型材料兩類。前者主要是硅酸鹽材料；后者組成多樣，近年來發(fā)展很快。

硅酸鹽材料

指玻璃、陶瓷、水泥和搪瓷等。它們是以含硅酸鹽類礦石為原料進行生產(chǎn)的，廣泛用作建筑材料，也可以作為日用品和工藝美術(shù)制品。玻璃和陶瓷雖然性脆易碎是其主要的缺點；但由于原料易得，生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品的化學穩(wěn)定性好，又具有硬度高、耐熱和耐蝕等優(yōu)點，用途十分廣泛，產(chǎn)量很大，并仍在不斷發(fā)展中。

新型無機非金屬材料

主要是特種陶瓷。隨著工農(nóng)業(yè)、軍事工業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展，新型結(jié)構(gòu)陶瓷先后問世。它們是由不同的氧化物、硅化物、碳化物、氮化物、氟化物，硼化物等組成的。主要包括耐高溫材料、電絕緣材料、鐵電材料、壓電材料、半導(dǎo)體陶瓷材料等，用途特殊，產(chǎn)量不大，但價值很高。近來開發(fā)了一種陶瓷發(fā)動機用于汽車，可使燃氣溫度提高到1400℃以上，對提高效率，節(jié)約能源具有重要意義。這些材料的制造工藝的特點是：對原料的純度要求高，成分、顯微結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品表面和界面都需嚴格控制，形狀也細致而復(fù)雜，要求精密加工。此類新型材料是在高水平科學技術(shù)基礎(chǔ)上獲得成功的。

聚合物材料

主要包括塑料、化學纖維和橡膠三大類。其中合成材料品種很多，它們是由石油化工生產(chǎn)的單體，經(jīng)過聚合反應(yīng)而制成的。有的具有天然材料所達不到的特殊性能，廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與日常生活，所以發(fā)展很快。30年代世界聚合物材料的產(chǎn)量還未超過100kt，到80年代即已達到約80Mt，塑料占3/4。由于塑料比金屬輕，所以按體積計，其產(chǎn)量已超過黑色金屬。

塑料

基礎(chǔ)材料是合成樹脂。塑料制品質(zhì)輕（一般只有鋼鐵的1/9），耐腐蝕，耐熱，電絕緣性好，易于加工成型，近幾十年來大量用來代替金屬、玻璃、紙張、木材等。塑料薄膜主要用作包裝材料，在農(nóng)業(yè)上，也被廣泛使用。塑料管大量用作汽車的輸油、輸水管。汽車殼體和零件也用塑料。用聚氯乙烯加工的地板和門窗比用木材加工的耐磨性增加五倍。有機玻璃的密度為普通玻璃的一半，而沖擊強度高達17倍，可用作飛機的風擋玻璃。塑料還大量用于電子和電氣工業(yè)，制成電線、電纜、開關(guān)和儀器儀表殼體等。塑料制品可以說已經(jīng)深入到人們生產(chǎn)和生活的各個角落。還有一些合成樹脂具有特殊的功能，被稱為功能高分子材料，如導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、感光樹脂、光導(dǎo)材料和超導(dǎo)材料等，引起人們很大的興趣。

化學纖維

包括人造纖維和合成纖維。人造纖維是以天然纖維為原料經(jīng)過化學加工而生產(chǎn)的，在20～30年代已經(jīng)流行，但它的產(chǎn)量受到天然纖維來源的限制。合成纖維制品是在40年代中期出現(xiàn)的，原料來源為豐富的石油化工產(chǎn)品。化學纖維的品種很多，又有長絲、短絲、鬃絲、彈力絲以及各種異形絲。它們分別可以純紡、混紡，因而織物的品種極多，并且生產(chǎn)效率高，不受自然條件的限制，有效地解決了與糧棉爭地的矛盾。生產(chǎn)萬噸化學纖維，可以相當于30萬畝（1畝＝666.6m2）棉田一年生產(chǎn)的棉花;或由250萬只羊一年剪下的羊毛。到80年代，全世界已有2/3的紡織品是由化學纖維制成的。一些聚合物制成的中空纖維用作分離膜，在海水淡化、氣體分離、超純物質(zhì)制備以及生物技術(shù)等方面，具有重要意義。

橡膠

是一種戰(zhàn)略物資。天然橡膠僅生長于熱帶及亞熱帶地區(qū)，不產(chǎn)橡膠的國家考慮戰(zhàn)時會受到封鎖，都極其重視建立于石油化工基礎(chǔ)上的合成橡膠工業(yè)。合成橡膠的品種多，有的品種比天然橡膠具有更好的耐熱、耐寒、耐油等性能。橡膠的最大消耗是做輪胎，此外還用以制作膠管、膠帶、膠鞋以及膠乳制品。橡膠又是各種設(shè)備所不可缺少的密封材料。70年代以來，天然橡膠的產(chǎn)量基本穩(wěn)定在3～3.5Mt，而合成橡膠產(chǎn)量在70年代已達6Mt，80年代增至8Mt，且仍有續(xù)增的趨勢。

復(fù)合材料

是新型結(jié)構(gòu)材料。其特點是體積比強度、體積比剛度和耐蝕性都超過金屬材料。它由合成樹脂、金屬或陶瓷等基體材料和無機或有機合成纖維等增強材料所組成?；暮驮鰪姴牧隙加卸喾N，因而可以進行有選擇的配合，以制得性能符合要求的各種復(fù)合材料。復(fù)合材料的出現(xiàn)，使化工材料有了更為廣闊的前景。

化工與能源

能源可以分為一次能源和二次能源。一次能源系指從自然界獲得、而且可以直接應(yīng)用的熱能或動力，通常包括煤、石油、天然氣等化石燃料以及水能、核能等。消耗量十分巨大的世界能源，主要是化石燃料。1985年世界一次能源消費量達10590Mt標準煤，其中石油37.9％、煤30.7％、天然氣20.1％、水電6.7％、核電4.6％；中國一次能源消費量達764Mt標準煤，其中煤75.9％、石油17.1％、水電4.8％、天然氣2.2％。二次能源(除電外)通常是指從一次能源（主要是化石燃料）經(jīng)過各種化工過程加工制得的、使用價值更高的燃料。例如：由石油煉制獲得的汽油、噴氣燃料、柴油、重油等液體燃料，它們廣泛用于汽車、飛機、輪船等，是現(xiàn)代交通運輸和軍事的重要物資；還有煤加工所制成的工業(yè)煤氣、民用煤氣等重要的氣體燃料；此外，也包括從煤和油頁巖制取的人造石油。

化工與能源的關(guān)系非常密切，還表現(xiàn)在化石燃料及其衍生的產(chǎn)品不僅是能源，而且還是化學工業(yè)的重要原料。以石油為基礎(chǔ)，形成了現(xiàn)代化的強大的石油化學工業(yè)，生產(chǎn)出成千上萬種石油化工產(chǎn)品。在化工生產(chǎn)中，有些物料既是某種加工過程(如合成氣生產(chǎn))中的燃料，同時又是原料，兩者合而為一。所以化工生產(chǎn)既是生產(chǎn)二次能源的部門，本身又往往是耗能的大戶。

化石燃料特別是煤的加工和應(yīng)用常常產(chǎn)生污水、固體廢料和有害的氣體，導(dǎo)致環(huán)境的污染。對于污染的防治，也有賴于多種化工技術(shù)的應(yīng)用。

中國的能源生產(chǎn)自1949年以來有了很大的發(fā)展，但能源（尤其是石油）仍是制約國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素，因此能源的增產(chǎn)和節(jié)約有很重要的意義。改進化工生產(chǎn)工藝，減少能耗，既能降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，也有利于能源緊張程度的緩解。這也是近年來，世界各國都很重視的問題。

長遠來看，在全世界范圍內(nèi)，預(yù)計至21世紀上半葉，化石燃料仍將占能源的主要地位。隨著時間的推移，由于化石燃料資源的限制，除上述常規(guī)能源外，若干非常規(guī)能源的發(fā)展將越來越受到重視。非常規(guī)能源指核能和新能源，后者包括太陽能、風能、地熱能、潮汐能、波浪能、海洋能和生物能（如沼氣）等。在太陽能、核能利用的研究開發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用的漫長過程中，化學工程和化工生產(chǎn)技術(shù)也大有用武之地。

化工與其他科學技術(shù)

推動化工發(fā)展的動力是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活對化學品的需要，它所依靠的基礎(chǔ)是化學、物理學、數(shù)學和各種工程技術(shù)。其中與化學的關(guān)系尤為密切，化學是化工須臾不能離開的學科。在它們之間，也曾有過“工業(yè)化學”、“應(yīng)用化學”等學科，起過一定的歷史作用?；せ窘ㄔO(shè)離不開土木工程、電力工程?；C械的制造離不開機械工程和各種金屬材料，尤其是不銹鋼，乃至特種鋼材。化工機械特別注意的是高溫、高壓下的可靠性，即指系統(tǒng)、設(shè)備、元件在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的概率?，F(xiàn)代化工裝置趨于大型化、單系列生產(chǎn)，對于可靠性的研究就顯得格外重要。

化工過程的控制離不開電子學、計算機和自動化，這些理論和儀器儀表，不僅能運用于生產(chǎn)，甚至也能運用于解決發(fā)展預(yù)測、決策和經(jīng)營管理等問題。20世紀80年代，新技術(shù)革命中蓬勃發(fā)展的若干領(lǐng)域，除前述能源和材料外，微電子技術(shù)和生物技術(shù)等前沿科學，以自己強大的生命力，對化工提出了更高的要求，從而把化工推向前進。

微電子技術(shù)

電子計算機、微處理機和信息技術(shù)都離不開微電子技術(shù)。在微電子技術(shù)中，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，對化工提出了新的要求。例如超純氣體和純水、電子工業(yè)用試劑、光刻膠、液晶以及腐蝕劑、摻雜劑、粘合劑等等。

微電子技術(shù)中使用的超純氣體有幾十種，除氧、氫、氮、二氧化碳、氬等常見氣體外，還有硼烷、三氯化硼、二氯硅烷、四氟化碳等自然界不存在的氣體。所用化工產(chǎn)品的純度對半導(dǎo)體成品的影響很大。使用工業(yè)氣體時，成品率只有10％;使用含雜質(zhì)小于10ppm的氣體和相應(yīng)的高純化學試劑時，則成品率可提高到70％～80％。以用水而言，集成度為1Mb的集成電路，允許水中微粒的粒徑不大于0.1μm。為了制得接近理論的純水，生產(chǎn)方法從蒸餾、離子交換發(fā)展到70年代的膜分離與離子交換相結(jié)合的方法，使純水制備技術(shù)達到新的水平。

微電子器件生產(chǎn)的關(guān)健在于光刻膠。超大規(guī)模集成電路所用的光刻膠是由芳香族疊氮化合物制成的感光樹脂，其優(yōu)點是分辨率高，去膠容易，圖像清晰。液晶是微電子器件中不可缺少的顯示材料。它是一種有機化合物，由于要求顯示溫度在-20～60℃之間，一般單一液晶都達不到這種要求，須用多種同類型或不同類型的液晶混配使用。

生物技術(shù)

微生物是一種活細胞催化劑，在常壓和不高的溫度下通過發(fā)酵過程，將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品。多年來，應(yīng)用這種傳統(tǒng)的生物技術(shù)生產(chǎn)了乙醇、丁醇、丙酮、醋酸等產(chǎn)品。近年來研究開發(fā)了利用固定化細胞，由丙烯腈生產(chǎn)丙烯酰胺，收率可達99.8％。此外，還可利用酶催化劑，特別是固定化酶，生產(chǎn)有機產(chǎn)品。生物技術(shù)用于化工，投資較少，節(jié)省能源和原料，污染少，可以制得利用常規(guī)方法難以制取的物質(zhì)，如干擾素、胰島素、單克隆抗體等。這些藥物運用重組DNA技術(shù)來制備，可望使制藥工業(yè)面貌一新。

生物技術(shù)對化學工程提出了新的要求，主要是解決適宜于微生物大量培養(yǎng)的生化反應(yīng)器，滿足復(fù)雜生化反應(yīng)過程的分離技術(shù)以及過程控制等。在這方面，目前已形成了新的邊緣學科──生物化學工程，它把化學工程理論，運用于生物催化劑、生化反應(yīng)工程和新型單元操作的研究開發(fā)，做出了許多成績。

分支的劃分

化工作為一個知識門類來說，在各個不同的歷史時期，在各種不同目的的要求下，有多種分解或綜合的分類方法。可按照原料來源、產(chǎn)品性質(zhì)分類，也可按照過程規(guī)律、歷史聯(lián)系分類。每種劃分方法都難于嚴格適應(yīng)。本卷力求減少不必要的交叉，采取綜合分類的方法，設(shè)計了從原料出發(fā)的燃料化工分支；從產(chǎn)品出發(fā)的無機化工、基本有機化工、高分子化工、精細化工等分支；還有從共同的過程規(guī)律出發(fā)的化學工程分支，以及從歷史發(fā)展和橫向聯(lián)系出發(fā)的綜論分支。燃料化工的原料是石油、天然氣、煤和油頁巖等可燃礦物，所以它又劃分為石油煉制工業(yè)、石油化工、天然氣化工、煤化工和頁巖油工業(yè)。其中，石油煉制工業(yè)是創(chuàng)造產(chǎn)值較高的工業(yè)部門，是國家的重要經(jīng)濟命脈。天然氣常與石油共生，也常把天然氣化工歸屬于石油化工。在現(xiàn)階段，石油煉制和石油化工是燃料化工的主體。燃料化工生產(chǎn)的產(chǎn)品包括燃料和化工原料，后者主要是有機化工原料（除合成氣也用于生產(chǎn)無機化工產(chǎn)品，如合成氨等外）。所以，石油化工也是基本有機化工的主要組成部分。由石油化工可以生產(chǎn)塑料、合成橡膠、合成纖維等三大合成材料，這是高分子化工的主要產(chǎn)品。因此，燃料化工、基本有機化工和高分子化工三者是有機地聯(lián)系在一起的。至于無機化工所采用的原料既有可燃礦物，也有無機礦物。其產(chǎn)品主要有化肥，硫酸、硝酸、磷酸等酸類，純堿、燒堿等堿類，還有無機鹽，工業(yè)氣體和無機非金屬材料等。無機非金屬材料中的硅酸鹽材料，有時被劃入傳統(tǒng)的建筑材料領(lǐng)域。精細化工生產(chǎn)小批量、具有專門功能、主要用于消費的化學品。由于市場需求的發(fā)展，有些產(chǎn)品已變成大批量產(chǎn)品，但按習慣，往往仍視作精細化工產(chǎn)品。主要有染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、火炸藥、信息記錄材料、涂料、顏料、膠粘劑、催化劑、各種助劑和化學試劑等。醫(yī)藥和火炸藥的生產(chǎn)又往往被分別劃為獨立的工業(yè)部門。如果從原料考慮，則精細化工是既有無機的，又有有機的，還有聚合物，是一個著眼于使用功能的綜合部門。在微電子技術(shù)、生物技術(shù)和新型材料蓬勃發(fā)展的新技術(shù)革命中，精細化工給化學工業(yè)增添了新的活力。

化學工程又分為化工熱力學、傳遞過程、單元操作、化學反應(yīng)工程和化工系統(tǒng)工程。前兩者是化學工程的理論基礎(chǔ)，單元操作是化學工程最早形成的概念，它把化工生產(chǎn)的物理過程分解為若干單元，如流體輸送、蒸餾、萃取、換熱、干燥等?，F(xiàn)在這些單元操作不僅在化工生產(chǎn)中起著重要作用，也廣泛用于冶金、輕工、食品、核工業(yè)等與化工有共同特點的工業(yè)領(lǐng)域。單元操作仍在繼續(xù)發(fā)展和完善，如近年來發(fā)展的顆粒學，作為粉體工程的一種理論，已應(yīng)用于催化劑粒度設(shè)計、高溫氣體除塵、糧食干燥和輸送。化學反應(yīng)工程著眼于工業(yè)規(guī)模的化學反應(yīng)過程的傳遞和動力學等規(guī)律，以解決反應(yīng)器的設(shè)計和放大的問題。至于化工系統(tǒng)工程，則是運用系統(tǒng)工程的理論和方法，來解決化工過程優(yōu)化問題的邊緣學科。

化工所包含的核心內(nèi)容基本上都可以歸納在上述六個分支之中，并且綜論也是由這六個分支組成的。但是，這種分類方法并不是完全合理的，如催化劑工業(yè)被列入精細化工。雖然理論上講，催化劑具有加快反應(yīng)速率的專門功能，是不參與反應(yīng)的少量物質(zhì)，但在大型化生產(chǎn)的今天，催化劑的產(chǎn)量和裝填量也是相當大的，中國1985年石油煉制催化劑的用量達20kt。而且催化劑的使用范圍遍及燃料、無機、有機、高分子和精細化工等所有領(lǐng)域。這樣的歸屬問題尚有很多。

此外，環(huán)境保護既是化工各部門不斷解決的共性問題，也是化工能作出貢獻的領(lǐng)域。18世紀興起的近代化學工業(yè)，迄今已有200多年的歷史，創(chuàng)造了無數(shù)的化工產(chǎn)品，同時也排放了廢氣、廢液、廢渣，污染了環(huán)境。因此，人們要求化學工業(yè)在轉(zhuǎn)化原料為產(chǎn)品時，力求物盡其用，成為無排放工程。國民經(jīng)濟中其他部門的發(fā)展也或多或少造成公害。長此以往，超越大自然環(huán)境自凈能力的排放，必將使人類的生活環(huán)境日益惡化。因此，有識之士對世界上大氣、水、土壤、生物所受到的污染和破壞，發(fā)出了危險警告。為了解決污染，保護環(huán)境，使自然界的生態(tài)平衡走向新的和諧一致，化工將成為一支主力軍。

撫今追昔，展望未來，化工將不囿于傳統(tǒng)的范圍，為改造世界作出難以估量的貢獻。

電化學技術(shù)在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進社會經(jīng)濟的發(fā)展而不停地進行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經(jīng)濟發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來看,能源問題已成為社會經(jīng)濟發(fā)展中一個具有戰(zhàn)略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要標志,能源問題對社會經(jīng)濟發(fā)展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規(guī)能源和新能源兩大類.常規(guī)能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì)能,核能,風能,地熱能,海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質(zhì)能,風能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲量不多.據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲量和使用量統(tǒng)計,世界上煤,石油和天然氣的儲采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴峻,據(jù)2002年統(tǒng)計,中國煤,石油和天然氣的儲采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時間能使用化石能源.隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長,對能源的需求也持續(xù)攀升.我國一次能源消費總量從1978年的5.3億噸標準煤,上升到2002年的14.3億噸.據(jù)估計,我國在2004,2020和2050年的石油消費量達3,4.5和6億噸,其中進口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進口量相當于目前美國的石油進口量,這不但會制約我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,而且對國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴重環(huán)境污染和氣候異常化石燃料造成嚴重環(huán)境污染和氣候異?；剂系氖褂靡鸬沫h(huán)境污染,排放的CO2會造成溫室效應(yīng),使全球氣候變暖.有關(guān)機構(gòu)已向聯(lián)合國發(fā)出警告,如再不對CO2的排放采取嚴厲措施,在10年內(nèi),世界的氣候?qū)a(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化.我國的環(huán)境污染問題更是日趨嚴重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計到2025年,將位居第一.在本世紀初聯(lián)合國關(guān)于環(huán)境污染的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)在世界上十個環(huán)境污染最嚴重的城市中,七個在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟南和石家莊.4.21世紀世界能源發(fā)展趨勢世紀世界能源發(fā)展趨勢(1)節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費.目前節(jié)能技術(shù)水平已是一個國家能源利用情況的綜合性指標,也是一個國家總體科學技術(shù)水平的重要標志.許多研究報告指出,依靠節(jié)能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發(fā)達國家的5-10倍,因此更應(yīng)重視節(jié)能技術(shù),我國應(yīng)該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革據(jù)預(yù)測,20世紀形成的以化石燃料為主的世界能源系統(tǒng)將在21世紀轉(zhuǎn)換成以可再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在20世紀末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員會(WEC)和國際應(yīng)用分析系統(tǒng)研究所的研究報告認為,在20世紀上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀下半葉,太陽能,生物質(zhì)能,風能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲量較少,而煤炭儲量相對較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀上半葉受到重視.主要發(fā)展的技術(shù)是潔凈煤技術(shù),煤液化和汽化技術(shù).(4)新化石能源的開發(fā)將得到強化新化石能源的開發(fā)將得到強化近年來發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發(fā)已經(jīng)受到特別的關(guān)注.據(jù)估計,世界甲烷水合物的儲量可能超過石油,天然氣和煤炭儲量的總和.因此,甲烷水合物作為儲量巨大的未開發(fā)能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進一步得到重視核能的利用將進一步得到重視據(jù)國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計,在20世紀末,全世界運行的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個國家,近年來,由于擔心核電站運轉(zhuǎn)的安全性,核廢料對環(huán)境的影響和核技術(shù)擴散對世界安全性的影響,核能的發(fā)展在發(fā)達國家已有下降趨勢,但在亞洲地區(qū)仍有強勁的增加趨勢,我國準備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關(guān)心的技術(shù),因為在海水中大約有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術(shù)在21世紀能得到應(yīng)用,在21世紀末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴重的環(huán)境污染和氣候異常,人們對新能源的開發(fā)越來越重視.其中水力能,地熱能,海洋能和風能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關(guān)注.二.生物質(zhì)能的利用1.生物質(zhì)能的優(yōu)點.(1)生物質(zhì)來源豐富地球上每年生長的生物質(zhì)總量約14001800億噸,相當于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質(zhì)能也極為豐富,可作為能源開發(fā)的生物質(zhì)能總量可達4.5億噸標準煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此,生物質(zhì)能的高效,規(guī)模化利用可有效緩解世界能源供需矛盾.(2)生物質(zhì)能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術(shù)成熟,但效率低.(b)生物轉(zhuǎn)化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取醇類.生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術(shù)基本成熟,但生產(chǎn)成本較高.生物質(zhì)制沼氣技術(shù)相當成熟.2002年全國已建1300多萬個沼氣池.(c)光熱轉(zhuǎn)化.通過氣化,裂解,光催化等技術(shù),獲得氣,液體燃料來發(fā)電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng)甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優(yōu)點.(3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少由于生物質(zhì)利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環(huán)境吸收的,所以生物質(zhì)能的利用過程不排放額外的CO2,而對環(huán)境污染少.生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可利用生物質(zhì)熱解汽化技術(shù)處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃氣,實現(xiàn)垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質(zhì)能利用的問題2.生物質(zhì)能利用的問題生物質(zhì)能利用的缺點主要是生物質(zhì)分布廣,大面積收集成本高,經(jīng)濟的收集半徑在50公里以內(nèi),只適合建立小型,分散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效率就不能獲得好的經(jīng)濟效益,這是生物質(zhì)能至今未能實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)模化利用是迫切需要解決的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優(yōu)點太陽能的優(yōu)點(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內(nèi)部不停地進行熱核反應(yīng),釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時,相當于74萬噸標準煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發(fā)太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發(fā)電等.(b)太陽能發(fā)電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術(shù)從水或生物質(zhì)中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發(fā)展很快,據(jù)1997年的數(shù)據(jù),全球太陽能發(fā)電量已達800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結(jié)合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已有300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng)不但可供應(yīng)清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達25年.太陽能的熱利用發(fā)展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產(chǎn)值已達60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發(fā)太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率,其次是降低成本,這對我國特別重要,目前我國生產(chǎn)太陽能電池的能力已達幾百兆瓦,但由于價格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術(shù),如光催化和光電催化制氫技術(shù)還沒成熟,沒有達到實用化的階段,應(yīng)該抓緊這方面的研究和發(fā)展.四.氫能的利用1.氫能的優(yōu)點氫能的優(yōu)點(1)氫是自然界儲量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規(guī)模生產(chǎn).(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發(fā)電,通過燃料電池發(fā)電等.2.對氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會.2003年在華盛頓召開15個國家和地區(qū)參加的"國際氫能經(jīng)濟合作伙伴"會議.冰島計劃用40年時間將冰島建成"氫社會".布什將投資120億美元來促進氫能源的發(fā)展.過去5年,工業(yè)化國家在氫能開發(fā)領(lǐng)域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進入氫能時代已成為近年來的熱門話題,21世紀將是氫能世紀.布什舉著使用氫燃料的照相機我國對發(fā)展氫能經(jīng)濟也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經(jīng)濟合作伙伴"會議.2004和2005舉辦了兩次關(guān)于氫能經(jīng)濟的中美雙邊會議.今年一月,中國科學院院士局召開了關(guān)于"石油替代能源"的研討會,主要討論石油資源可持續(xù)性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價格氫的制備,儲存和運輸中的價格問題,是影響走進氫能時代的很關(guān)鍵的問題.要降低其價格,必須形成氫的制備,儲存和運輸?shù)木W(wǎng)絡(luò).(2)廉價清潔的制氫技術(shù)問題(2)廉價清潔的制氫技術(shù)問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價清潔的制氫技術(shù)是各國科學家共同關(guān)心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術(shù)成熟,但要造成環(huán)境污染.(b)電解水制氫:技術(shù)成熟,但耗能多,價格高.一般每生產(chǎn)1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉(zhuǎn)化率不到32%.(c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可儲存,碳循環(huán)等優(yōu)點,從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效率低.(d)生物制氫:國內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌株工作進展不快,制氫效率低.(e)風能制氫:用風能發(fā)電來電解水產(chǎn)生氫,技術(shù)上沒有問題,降低成本和風能發(fā)電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎(chǔ)研究階段,離商業(yè)化還有較遠的距離.(3)氫的儲運問題(3)氫的儲運問題氫的儲運技術(shù)主要解決儲運的安全性和成本,現(xiàn)在由于儲運技術(shù)不過關(guān),因此浪費了許多氫.許多工業(yè)過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由于儲運技術(shù)的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標立方米以上.因此解決氫的儲運問題也是走進氫能時代的一個很關(guān)鍵的問題.目前氫的儲運還有很大問題.(a)高壓儲氫:儲氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲氫:很不方便,儲氫設(shè)備大,蒸發(fā)損失大.(c)吸附儲氫:這是目前的研究熱點,但儲氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲氫在3%,但儲放不可逆.熱門一時的納米碳管儲氫也已沒有了希望,最終的儲氫量也只有1%左右.(e)化合物儲氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴重,各國對燃料電池的研究十分重視.美國《時代周刊》把燃料電池列為21世紀十大高新科技之首,燃料電池已被認為是21世紀極具應(yīng)用前景的一種新型能源系統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點,而且燃料電池的發(fā)展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經(jīng)真正商品化,因此,燃料電池何時才能商品化是一個與氫能利用密切相關(guān)的問題.4.反對氫能的意見4.反對氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達15%.泄漏的氫會在大氣形成水霧,它會象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現(xiàn)在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會產(chǎn)生很大的不安全性,手機等的火花就會使泄漏的氫發(fā)生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地熱和水電站產(chǎn)生的.(5)氫的清潔生產(chǎn)要用風能和太陽能.據(jù)估計,如用風能發(fā)電制氫,當風能發(fā)電量達到美國6%的用電量,風能發(fā)電機要占的面積要有半個加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費大于氫燃料的研究經(jīng)費.美國推行"健康婚姻"的預(yù)算就有150億美元.美國用于伊拉克戰(zhàn)爭的經(jīng)費每月390億美元.(7)氫燃料電池價格昂貴.目前內(nèi)燃機成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優(yōu)點.(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進氫能的利用.(3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制,小型燃料電池同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)電,適合于生物質(zhì)分散性的特點.2.燃料電池定義燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接以電化學反應(yīng)的方式將燃料的化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置,只要連續(xù)供應(yīng)燃料,燃料電池就能連續(xù)發(fā)電.3.原理陽極反應(yīng):H2=2H++2e陰極反應(yīng):1/2O2+2H++2e=H2O總的反應(yīng):H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動力源優(yōu)點:比能量和比功率高缺點:對CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車動力源優(yōu)點:穩(wěn)定性好,已有商品生產(chǎn)缺點:用貴金屬作催化劑,價格高.(3)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車和潛艇等的動力源優(yōu)點:比能量和比功率高,壽命長,應(yīng)用范圍廣缺點:對CO敏感,價格高,800美元/千瓦,而內(nèi)燃機50美元/千瓦.氫源問題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含硫酸的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:可移動的小型電子儀器設(shè)備動力源優(yōu)點:比能量高,體積小問題:Pt對甲醇氧化電催化效率低,易被甲醇氧化中間產(chǎn)物毒化,甲醇會透過質(zhì)子交換膜.(5)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)陽極:催化劑:Ni,燃料:氫陰極:催化劑:NiO,氧化劑:氧電解液:熔融碳酸鹽(NaCO3-LiCO3)