化學(xué)與社會(huì)生活能源課件省公開課金獎(jiǎng)全國賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

呂琳（能源）化學(xué)與社會(huì)

1/130人類文明發(fā)端于火利用煤炭使用不但延長了燃燒時(shí)間，而且為金屬冶煉、蒸汽機(jī)使用奠定基礎(chǔ)。石油化工使人類進(jìn)入了當(dāng)代社會(huì)未來社會(huì)是核能社會(huì)2/130

能源是人類文明進(jìn)步先決條件，它開發(fā)和利用是衡量一個(gè)社會(huì)形態(tài)、一個(gè)時(shí)代、一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技水平與民眾生活質(zhì)量主要標(biāo)志。3/130伴隨當(dāng)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展和世界人口快速增加，對能源需求量越來越大，對能源質(zhì)量需求也越來越高，作為當(dāng)今能源主體石油、天然氣、煤，都是不能再生化石燃料，用去一點(diǎn)就會(huì)少一點(diǎn)。據(jù)科學(xué)家們預(yù)計(jì)，現(xiàn)在化石燃料只能再維持幾十年時(shí)間；另首先，世界新技術(shù)革命帶動(dòng)著許多新興工業(yè)蓬勃興起，新生產(chǎn)體系必定要求改變能源系統(tǒng)，要求采取可再生、分散、多樣化能源。所以，充分利用常規(guī)能源、開發(fā)新能源是處理世界能源危機(jī)主要路徑，是當(dāng)今世界各國共同追求之一，新能源必將成為世界新產(chǎn)業(yè)革命動(dòng)力，成為未來世界能源系統(tǒng)基礎(chǔ)，成為未來世界能源舞臺(tái)上主角。4/130毫無疑問，化學(xué)在充分利用現(xiàn)有資源和開發(fā)新能源方面發(fā)揮著不可替換作用。首先，經(jīng)過化學(xué)伎倆能夠更加好地利用化石燃料。其次，化學(xué)在開發(fā)新能源方面也發(fā)揮著主要作用，經(jīng)過化學(xué)等方法開發(fā)核能、氫能、太陽能等是極具前途清潔能源。5/130能源概述各種能源介紹主要內(nèi)容6/130能源是指能為人類提供所需能量自然資源，是指一切能量比較集中含能體（如煤炭、天然氣等）和能量過程（如風(fēng)、潮汐）一、能源概述

1、何謂能源？7/130當(dāng)前人類所能夠使用能源形式8/130

1、按起源分

來自地球以外輻射能、化石資源、生物質(zhì)能、

(太陽能)風(fēng)能、海洋能

來自地球內(nèi)部地?zé)崮芎秃四?/p>

地球與月球、太陽等天體間有規(guī)律運(yùn)動(dòng)形成能

潮汐能

2、按能源形成條件分：一次能源自然界中未經(jīng)轉(zhuǎn)換可直接使用能源如：原煤、石油、天然氣、流水、日光、草木二次能源

經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換后取得能源如：汽油、煤油、柴油、電力、氫能、沼氣2、能源分類9/130

3、按能源可否重復(fù)利用分：

可再生能源

水力、風(fēng)、草木燃料、海洋能

非再生能源化石燃料（煤、石油、天然氣）

4、按能源利用情況分：

常規(guī)能源是指已被廣泛利用能源（柴草、煤炭、石油、水力等）

新能源是指利用先進(jìn)技術(shù)所取得能源或指采取先進(jìn)技術(shù)開發(fā)利用傳統(tǒng)能源（太陽能、核能、氫能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮?、煤氣、水煤漿）能源分類5、世界能源委員會(huì)將能源分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮艿阮愋?。其中，前三種又稱化石燃料或化石能源。10/130

加熱大氣加熱海洋光電轉(zhuǎn)換光熱轉(zhuǎn)換風(fēng)能潮汐能海浪能海流能海水溫差能水能古生物固定太陽能人工利用太陽能光合作用煤炭石油天然氣生物質(zhì)能太陽輻射太陽能利用方式圖

在當(dāng)前人類所使用能源中，絕大部分都來自太陽能，太陽能利用方式各種多樣。能源分類11/130

1、

化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化2、

太陽能轉(zhuǎn)化為熱能、電能所需蓄熱材料、光電材料3、

核能轉(zhuǎn)化為電能：核燃料提純、富集——化學(xué)處理過程核廢料萃取分離反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、元件、包殼材料防護(hù)水純化4、化石燃料充分利用5、生物質(zhì)能利用效率提升3、能源轉(zhuǎn)換中化學(xué)12/130

裂變能太陽能熱利用技術(shù)大規(guī)模電力系統(tǒng)高效燃燒技術(shù)核能利用20世紀(jì)能源科學(xué)技術(shù)成就聚變能放射能大容量風(fēng)力發(fā)電技術(shù)能源軟科學(xué)13/130二十一世紀(jì)能源科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向燃料電池核聚變能氫能太陽能發(fā)電利用生物質(zhì)能高效和清潔利用技術(shù)分散能源系統(tǒng)技術(shù)能源軟科學(xué)14/130

二、化石燃料

當(dāng)代工業(yè)糧食—煤炭當(dāng)代工業(yè)血液—石油最清潔化石燃料—天然氣15/130煤炭大約在5000年前，人類曾把煤炭作為裝飾品。煤炭是世界上儲(chǔ)存量最豐富化石燃料之一。世界上煤總儲(chǔ)存量約為13萬億噸。我國探明煤炭可采儲(chǔ)存量為7300多億噸，居世界第一，占世界總儲(chǔ)量45.7%。我國也是世界第一產(chǎn)煤和用煤大國。你知道嗎？16/130煤是由古生植物伴隨地殼變動(dòng)被埋入地下，經(jīng)過數(shù)億年地?zé)岣邷?、高壓和?xì)菌作用逐步演化形成可燃性固體礦物。從本質(zhì)上說煤炭中所含化學(xué)能是植物經(jīng)過光合作用從太陽光轉(zhuǎn)化而來。煤形成采煤17/130世界煤炭貯備和分布

18/130中國煤炭貯備和分布

19/130依據(jù)煤化程度不一樣將煤大致分為泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤，其含碳量逐步升高，燃燒熱值也之間遞增。我國原煤產(chǎn)量以煙煤為主。煤種類泥炭褐煤煙煤無煙煤四種煤形成過程20/130

煤是一個(gè)含有高碳?xì)浔葟?fù)雜混合物，其主要成份是碳和氫，還有少許氧、氮、硫等。分子式：C125H97O9NS成份：C84.3%H5.1%O7.5%N1.5%S1.6%水分、揮發(fā)物、無機(jī)物灰分煤中氫并非都能夠燃燒，和C、S、P結(jié)合氫能夠燃燒煤組成與結(jié)構(gòu)21/130煤當(dāng)代結(jié)構(gòu)模型基本結(jié)構(gòu)單元：由數(shù)十個(gè)五元環(huán)和六元環(huán)組成稠環(huán)化合物煤粒關(guān)鍵部分：“瀝青類”或“樹脂類”高分子化合物22/130煤化學(xué)加工與轉(zhuǎn)化23/1301、煤炭直接作為燃料存在問題：環(huán)境污染、燃燒率低2、加工目標(biāo)：除去所含S、N和無機(jī)物——處理環(huán)境污染問題降低分子量提升氫含量——提升使用價(jià)值3、加工與轉(zhuǎn)化方式煤干餾煤氣化煤液化水煤漿24/130煤氣化門捷列夫暢想1、水煤氣將空氣經(jīng)過裝有灼熱焦炭塔柱，會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)：C（s）+O2（g）==CO2（g）△H=-393.5kJ·mol-1放出大量熱量可使焦炭溫度上升到約1500℃。切斷空氣，將水蒸氣經(jīng)過灼熱焦炭，發(fā)生以下反應(yīng)：C（s）+H2O（g）==CO（g）+H2△H=-131.3kJ·mol-12、合成氣將純氧氣和水蒸氣在加壓下經(jīng)過灼燒煤，可使煤中苯酚等揮發(fā)出來，并生成一個(gè)氣態(tài)混合物燃料，其體積分?jǐn)?shù)為：40%H2、15%CO、15%CH4、30%CO2。25/130煤液化以煤炭為原料，經(jīng)過化學(xué)加工過程，生產(chǎn)油品和石油化工產(chǎn)品。主要有兩種方式：直接液化：將煤炭先磨成煤粉，然后與溶劑（煤焦油）、催化劑混合為漿狀物，在溫度為673-773K，壓力為（100～300）×（100～

1000）Pa下加氫直接生產(chǎn)重質(zhì)液體燃料。普通二、三噸煤粉可得一噸液化油。間接液化：將煤粉先氣化成CO和H2，然后用高壓催化合成液體燃料。26/130是把煤在隔絕空氣密閉煉焦?fàn)t內(nèi)加熱，伴隨溫度升高，煤中有機(jī)物質(zhì)逐步開始分解，得到氣態(tài)爐煤氣、液態(tài)煤焦油和固態(tài)焦炭。煤焦油中有很多苯、甲苯、二甲苯、酚類、萘等，是寶貴化工原料。煤干餾27/130干餾產(chǎn)物主要成份主要用途爐煤氣焦?fàn)t氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳?xì)怏w燃料、化工原料粗氨水氨氣、銨鹽氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青電極、筑路材料焦炭碳冶金、燃料、合成氨煤干餾主要產(chǎn)物和用途28/130所謂一碳化學(xué)是指以分子中只含一個(gè)碳原子化合物（如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等）為原料，用化工方法制造產(chǎn)品化學(xué)體系總稱。廣義一碳化學(xué)，不但包含上述四種化合物，還包含如甲醛、甲酸、氫氰酸、甲胺、二氟二氯甲烷等制造及其衍生物合成。但當(dāng)今世界上，通常一碳化學(xué)范圍，主要是指一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇四種物質(zhì)所包括相關(guān)內(nèi)容。另外，因?yàn)榧淄閷儆谔烊粴饣瘜W(xué)；二氧化碳即使是一個(gè)取之不盡，用之不竭氣體，但人們對它研究還不夠，化工上應(yīng)用并不多；同時(shí)甲烷、二氧化碳及甲醇都可由一氧化碳制造，故狹義一碳化學(xué)就是指一氧化碳化學(xué)，或稱合成氣（CO＋H2）化學(xué)。拓展視野—一碳化學(xué)何謂一碳化學(xué)？29/130近幾年來，利用合成氣能夠生產(chǎn)化工產(chǎn)品不下30～40種，我國正在開發(fā)也有20～30種。關(guān)于利用合成氣合成燃料動(dòng)向，主要是合成甲醇，再由甲醇生產(chǎn)汽油。同時(shí)甲醇也是一個(gè)廉價(jià)化工原料。對一碳化學(xué)研究有催化法和放射線法。放射線特點(diǎn)是能夠在常溫常壓下進(jìn)行，但需依賴于電子加速器進(jìn)步。當(dāng)前研究一碳化學(xué)多用催化法，而且一些產(chǎn)品已投產(chǎn)。30/130石油我國對石油開發(fā)利用有著悠久歷史。早在多年前，我們祖先就在現(xiàn)陜西延安一帶發(fā)覺了石油，并將其稱為石漆、石液、石脂水、石腦油、猛火油等。到宋代，著名科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》一書中提出了“石油”一詞，并一直沿用至今。在古代，石油主要用于點(diǎn)燈照明，也用于制造藥品，有時(shí)還用它作“武器”。相傳在北周宣政元年（公元前578年），北周軍隊(duì)在河西走廊西部祿?？h，曾用燃燒“石脂水”作武器打敗了入侵突厥軍隊(duì)。自從1883年創(chuàng)造了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和1893年創(chuàng)造了柴油機(jī)以來，石油身價(jià)倍增，并取得了“工業(yè)血液”美稱。你知道嗎？31/130石油形成

石油是遠(yuǎn)古時(shí)代沉積在海底湖泊中動(dòng)植物遺體，在海洋條件作用下經(jīng)過千百萬年漫長轉(zhuǎn)化過程而生成。水中生物遺骸下沉而埋沒于地下32/130因地?zé)峄虻貕旱茸饔米兂墒褪痛蠖嗉性谏硯r之類孔隙較多巖石層中33/130從地下采出來石油，沒有經(jīng)過加工提煉成各種產(chǎn)品以前通稱為原油。原油是一個(gè)粘稠狀液體

管道原油

原油最直觀物理性質(zhì)就是豐富多彩顏色，由淺到深有白色、淡黃色、褐色、黑綠色以至黑色。34/130石油成份與結(jié)構(gòu)石油是各種碳?xì)浠衔锘旌衔?，主要是烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴，以及少許有機(jī)硫化物、有機(jī)氮化物、水分和礦物質(zhì)等。依據(jù)石油中所含碳?xì)浠衔锓N類不一樣，可將石油分為四大類：石蠟基石油環(huán)烷基石油中間基石油芳香基石油35/130世界石油資源分布極不平衡：中東地域擁有全球63.3%石油儲(chǔ)量歐洲和中亞占9.2%非洲地域石油儲(chǔ)量占全球8.9%拉丁美洲和中美洲占8.9%北美地域占5.5%東南亞和大洋洲占4.2%石油資源分布36/130我國石油分布37/130海上油井克拉瑪依油田大慶油田38/130石油加工

原油是由各種碳?xì)浠衔锝M成，直接利用路徑極少。將石油加工成不一樣產(chǎn)品，則能充分發(fā)揮其效能。把預(yù)處理后原油送到煉油廠進(jìn)行分餾加工，能夠生產(chǎn)出汽油、煤油、柴油、潤滑油及瀝青等含有不一樣用途產(chǎn)品，這是石油“大家庭”第一次“分家”。

39/130另外，人們還想方設(shè)法把一些不盡人意分子轉(zhuǎn)變成燃燒情況良好分子，比如，用催化裂解方法把大分子裂解成小分子，用催化重整方法改變分子結(jié)構(gòu)等。這么做目標(biāo)在于得到效果更佳燃料。石油不但是主要燃料資源，還是一個(gè)寶貴化工原料，石油化工就是以它為母體發(fā)展起來。石油化學(xué)工業(yè)以石腦油等石油產(chǎn)品為原料，首先經(jīng)裂解轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯、丁烯等，然后深入精加工成為聚烯烴及一些主要精細(xì)化工原料。我國石油化學(xué)工業(yè)推向了一個(gè)新水平，并跨入了世界先進(jìn)行列。40/130石油分餾以及產(chǎn)品示意圖41/130車用汽油

汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)中正常燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鬏斔俣燃s為30-70m·s-1。但當(dāng)混合氣已燃燒2/3-3/4時(shí)，未燃燒混合氣中產(chǎn)生了高度密集過氧化物，它分解使混合氣中出現(xiàn)了許多燃燒中心，燃燒速率猛增，產(chǎn)生強(qiáng)大壓力脈沖，火焰?zhèn)鬏斔俾士蛇_(dá)800-1000m·s-1。這種情況下汽缸內(nèi)產(chǎn)生清脆金屬敲聲，這種燃燒就是爆燃。汽油抗爆性與組成汽油烴類相關(guān)。正構(gòu)烷烴隨碳原子數(shù)增多抗爆性降低，異構(gòu)烷烴隨支鏈增多抗爆性升高，環(huán)烷烴抗爆性居中，而芳香烴及其衍生物抗爆性較高。為了提升汽油抗爆性，常向汽油中添加抗爆劑。四乙基破壞生成過氧化物，但會(huì)生成硬質(zhì)PbO顆粒，它會(huì)沉積在燃燒室，因而要同時(shí)加入一定量導(dǎo)出劑溴乙烷（或二溴乙烷），使PbO轉(zhuǎn)化為PbBr2。當(dāng)前，很多國家已禁止使用含鉛汽油，現(xiàn)在抗爆劑多采取甲基叔丁基醚。42/130不一樣標(biāo)號(hào)指是此標(biāo)號(hào)汽油辛烷值大小，汽油標(biāo)號(hào)越高，辛脘值含量越高，越不輕易發(fā)生爆燃。應(yīng)依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比選取汽油，壓縮比高車輛應(yīng)該選取高標(biāo)號(hào)汽油，從而確保在發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生爆燃情況下動(dòng)力輸出最正確、成本最低。壓縮比是指發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)非常主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，壓縮比高，動(dòng)力性好、熱效率高，車輛加速性、最高車速等會(huì)對應(yīng)提升。通常，壓縮比在7.5～8.0應(yīng)選取90號(hào)車用汽油；壓縮比在8.0～8.5應(yīng)選取90號(hào)～93號(hào)車用汽油；壓縮比在8.5～9.5應(yīng)選取93號(hào)～95號(hào)車用汽油；壓縮比在9.5～10應(yīng)選取95號(hào)～97號(hào)車用汽油。車主應(yīng)嚴(yán)格按發(fā)動(dòng)機(jī)不一樣壓縮比，選取對應(yīng)標(biāo)號(hào)車用汽油，才能使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮出最正確效能。43/130丙烷、丙烯和丁烷、丁烯（液化氣）是瓶裝煤氣主要成份，能用適當(dāng)壓力和冷凍使之液化。因?yàn)楸楸榷⊥楦讚]發(fā)，所以在北方使用瓶裝煤氣含有較多丙烷，而在南方使用瓶裝煤氣含有較多丁烷。將重油、柴油與氫氣混合在高壓催化下反應(yīng)，可制得合成石油，深入加工可得到汽油和高級汽油。你知道嗎？開采石油通常采取鉆井方法，一部分用于注水，一部分用于采取石油。44/130

石油植物亦稱植物能源，在一些植物體內(nèi)含有跟石油差不多液體燃料。如巴西熱帶森林“香波樹”，只要在樹上挖個(gè)洞，油就會(huì)流出來。美國“黃鼠草”及西海岸巨型藻，澳大利亞叢粒藻等也都能提煉出石油。

拓展視野—石油植物45/130

既然花生油、菜籽油、玉米油、桐油、豆油能夠在地里“種”出來，為何石油就不能“種”出來呢？美國化學(xué)家卡達(dá)文是位諾貝爾獎(jiǎng)取得者，他就相信石油能夠“種”出來。1987年他處處尋找能生產(chǎn)石油植物，功夫不負(fù)有心人，他終于發(fā)覺了許多能“擠”出石油來植物?？ㄟ_(dá)文在尋找到能“生產(chǎn)”石油植物后，就開始選種和育種，并在美國加利福尼亞種了大約6畝地“石油”樹，一年中竟收獲了50t石油，卡達(dá)文“種”石油成功，激起了一股研究和尋找石油樹熱潮?，F(xiàn)在美國成立了一個(gè)石油植物研究所，專門研究能流出石油植物。現(xiàn)在，能夠生產(chǎn)石油植物越來越多，在菲律賓發(fā)覺一個(gè)能產(chǎn)石油胡桃，一年可收兩季。在巴西有一個(gè)喬木高達(dá)30多米，直徑最大有1m，在這種喬木上打一個(gè)洞，一小時(shí)就能流出7Kg石油來。美國加利福尼亞大學(xué)還用遺傳技術(shù)培養(yǎng)了一個(gè)石油植物，這種植物乳汁中成份和天然礦物石油成份很相同。從這種乳汁中能夠提煉出汽油、煤油和許多副產(chǎn)品。石油也能夠“種出來”，將為緩解能源短缺擔(dān)心局面起到主要作用。小故事46/130天然氣天然氣是一個(gè)優(yōu)質(zhì)氣體燃料和主要化工原料。我國是世界上最早開采和利用天然氣國家，早在公元前2，我國就在四川省自流井氣田鉆成深約100m天然氣井。天然氣是世界上第三大貿(mào)易燃料，占全球能源消費(fèi)總量23%，是消費(fèi)需求增加速度最快能源。47/130

天然氣雖在組成上也是以碳?xì)浠衔餅橹饕煞?，但其生成條件比石油更多樣化。天然氣從淺到深都能生成；天然氣可由浮游動(dòng)、植物生成，也可由高等植物生成；天然氣有有機(jī)成因，也有沒有機(jī)成因。48/130

可燃冰是一個(gè)天然氣水合物，是水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時(shí)產(chǎn)生無色透明冰狀晶體，點(diǎn)燃即可燃燒。

拓展視野—可燃冰49/130

天然氣水合物是一個(gè)籠型水合物，屬于主客體化合物。水分子間以氫鍵相互吸引組成籠子作為主體，甲烷作為客體居于籠中，以范德華力與水分子相互作用而形成籠型水合物。五角十二面體五角六角是六面體籠形水合物結(jié)構(gòu)圖可燃冰結(jié)構(gòu)50/130

能量密度高。每1立方米固體水合物可釋放164立方米左右甲烷氣體。

雜質(zhì)少，無污染。燃燒后幾乎不產(chǎn)生有害氣體和雜質(zhì)，是一個(gè)清潔能源。

形成條件復(fù)雜。第一溫度不能太高，第二壓力要足夠大，第三要有甲烷氣源。

分布廣，資源豐富。海底可燃冰分布范圍約4000萬km2，其儲(chǔ)量夠人類使用10?？扇急攸c(diǎn)51/130可燃冰其一是分布在各大陸向海延伸大陸邊緣水深超出300～500m有利地帶，且其大多數(shù)處于海底以下100～200m深層沉積地層中。二是分布在高緯度永久凍土層帶?？扇急_采當(dāng)前考慮開采方案有幾個(gè)：解熱法和降壓法；還有科學(xué)家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解；另外還有一個(gè)新構(gòu)想，即“置換法”。因?yàn)榧淄閷Νh(huán)境破壞作用，所以可燃冰又是一個(gè)危險(xiǎn)燃料。除此之外，可燃冰開采還可能會(huì)造成大陸架邊緣動(dòng)蕩，引發(fā)海底塌方并造成災(zāi)難性海嘯，52/130

三、生物質(zhì)能開發(fā)利用

生物質(zhì)從廣義上說是指綠色植物經(jīng)過光合作用產(chǎn)生各種有機(jī)物。這些有機(jī)物為生物提供了食物，提供了各種各樣原料和能量。所以從某種意義上說，綠色植物是巨大天然能源倉庫。53/130生物質(zhì)能源產(chǎn)量巨大，生生不息。生物質(zhì)能源潔凈，環(huán)境保護(hù)。生物質(zhì)能源含有穩(wěn)定可取得性。生物質(zhì)與化石燃料含有兼容性。油棕油菜

用油菜等油料作物，油棕等油料林木果實(shí)，可制得生物柴油。生物質(zhì)能源特點(diǎn)54/130當(dāng)前生物質(zhì)能利用大多是直接燃燒。然而直接燃燒薪柴，能源利用率太低，僅10％。近幾十年，人們對生物質(zhì)能源利用模式進(jìn)行了廣泛基礎(chǔ)研究。大致分為兩個(gè)方面：一是由含糖類較多作物中提取酒精或甲醇，二是制造沼氣。這都和發(fā)酵相關(guān)，所以當(dāng)代綠色能源概念不只是指薪柴了，它包含植物本身，以及從植物、動(dòng)物衍生物經(jīng)發(fā)酵工藝所提取能源。生物質(zhì)能源開發(fā)乙醇汽油多品種原料生物柴油集成生產(chǎn)裝置55/130教授們斷言，垃圾發(fā)電在二十一世紀(jì)將成為能源市場一名新主角。城市垃圾資源十分豐富，且蘊(yùn)藏著大量二次能源物質(zhì)。通常城市生活垃圾中灰渣，可燃物占27%，發(fā)燒值8734KJ／Kg；菜類可燃物占23.5％，發(fā)燒值5524KJ／Kg；紙類可燃物占84.4％，發(fā)燒值15794KJ／Kg；塑料可燃物占88%，發(fā)燒值37450KJ／Kg。綜合起來，大約2t垃圾燃燒熱量就相當(dāng)于1t煤燃燒時(shí)所發(fā)出熱量，1t垃圾可產(chǎn)生525KW電能。利用垃圾最經(jīng)濟(jì)有效方法就是利用垃圾發(fā)電。當(dāng)前有各種路徑。一個(gè)是利用城市垃圾填埋制取沼氣，進(jìn)行發(fā)電；而更主要是將垃圾用焚燒爐燃燒余熱進(jìn)行發(fā)電；再就是將垃圾制取成固體燃料直接燃燒進(jìn)行發(fā)電。垃圾發(fā)電56/1306月20日拍攝垃圾發(fā)電廠主控室。6月20日，江蘇省最大垃圾發(fā)電廠――蘇州市生活垃圾焚燒發(fā)電廠正式并網(wǎng)發(fā)電。這個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠投資5.3億元，耗時(shí)兩年建設(shè)完成，日處理生活垃圾1000噸左右，占到蘇州城市日產(chǎn)生生活垃圾總量近50%，日發(fā)電量達(dá)25萬千瓦時(shí)。57/130

四、化學(xué)電池

電池是由電極、電解池、隔離層和容器等四個(gè)部分組成。58/1301799年，伏打（Volta.A.）據(jù)此設(shè)計(jì)出了現(xiàn)在被稱為伏打電池裝置1836年，丹尼（Daniell）創(chuàng)造了世界上第一個(gè)實(shí)用電池。1866年，電化學(xué)家勒克朗謝以鋅為負(fù)極，二氧化錳為正極，氯化銨溶液作電解質(zhì)，這是電池發(fā)展重大轉(zhuǎn)折。以后，蓋斯南將淀粉加入氯化銨中制成糊狀電解質(zhì)，從此，鋅錳電池成了“干電池”。19愛迪生用氫氧化鈉(燒堿)溶液代替硫酸，用鎳、鐵代替鉛，制成世界上第一臺(tái)鎳鐵堿電池。它供電時(shí)間相當(dāng)長，在當(dāng)初能夠算是“老壽星”了。你知道嗎?59/130鋅錳干電池：負(fù)極是鋅做圓筒正極是一根碳棒，周圍被二氧化錳、碳粉和氯化銨混合劑包圍。原電池60/130干電池發(fā)電時(shí)反應(yīng)以下：負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4++MnO2+2e-=2NH3+MnO+H2O電池反應(yīng):Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+

MnO+H2O

使用過程中，負(fù)極鋅筒逐步消耗以致穿漏，正極處MnO2活性逐步衰減，最終干電池不再供電而失效。61/130內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部結(jié)構(gòu)蓄電池

蓄電池又稱二次電池，能夠經(jīng)過充電使活性物質(zhì)再生。蓄電池兩極均以鉛板為骨架，正極鉛板上是二氧化鉛，負(fù)極鉛板上是海綿狀鉛。62/130蓄電池放電時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：負(fù)極(Pb):Pb+SO42--2e-=PbSO4正極(PbO2):PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O電池充電時(shí)發(fā)生與上述反應(yīng)相反反應(yīng)電動(dòng)自行車63/130鋰電池自行車鋰電池

鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，攝影機(jī)等耗電量較低電子產(chǎn)品中主要使用不可充電一次鋰電池，而攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)及筆記本電腦等耗電量較大電子產(chǎn)品中則使用可充放電二次鋰電池。64/130

鋰離子電池當(dāng)前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極二次電池。正極采取鋰化合物L(fēng)iCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，負(fù)極采取鋰—碳層間化合物L(fēng)ixC6。充電時(shí)，在電場驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極材料中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)，插入到負(fù)極中。放電時(shí)，過程恰好相反，即鋰離子返回正極中，電子則經(jīng)過了用電電子產(chǎn)品中并為之供電。65/130

聚合物鋰離子電池原理與液態(tài)鋰相同，主要區(qū)分是電解液與液態(tài)鋰不一樣。電池主要結(jié)構(gòu)包含有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂聚合物鋰離子電池是說在這三種主要結(jié)構(gòu)中最少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料做為主要電池系統(tǒng)。而在當(dāng)前所開發(fā)聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中，高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包含導(dǎo)電高分子聚合物或普通鋰離子電池所采取無機(jī)化合物，電解質(zhì)則能夠使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì)。聚合物鋰離子工藝中沒有多出電解液，所以它更穩(wěn)定，也不易因電池過量充電、碰撞或其它損害、以及過量使用而造成危險(xiǎn)情況。66/130豐田全新概念環(huán)境保護(hù)車，它發(fā)動(dòng)原理是以氫氧結(jié)合產(chǎn)生電力，排放物僅僅是水。燃料電池

燃料電池是一個(gè)把儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中化學(xué)能高效、環(huán)境友好地按電化學(xué)原理轉(zhuǎn)化為電能能量轉(zhuǎn)換裝置，也是一個(gè)新型無污染、無噪音、大規(guī)模、大功率和高效率汽車動(dòng)力。67/130燃料電池原理

燃料電池是一個(gè)電化學(xué)裝置，其組成與普通電池相同。不一樣是燃料電池正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。68/130氫氧燃料電池原理圖69/130

氫氧燃料電池工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣或氧氣）。氫在負(fù)極解離成H+和電子，H+進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極，用電負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，氧與電解液中氫離子取得經(jīng)外電路抵達(dá)正極上電子而形成水。氫氧燃料電池原理70/130燃料電池種類

燃料電池按照電解質(zhì)類型分為五種堿性燃料電池(AFC)磷酸型燃料電池（PAFC）熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)固體氧化物型燃料電池(SOFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)71/130燃料電池類型堿性燃料電池（AFC）磷酸型燃料電池（PAFC）質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)固體氧化物燃料電池(SOFC)電解質(zhì)KOHH3PO4全氟磺酸膜（含水質(zhì)子交換膜）(Li，K)2CO3氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ陽極Pt電極，氫燃料Pt電極，氫燃料Pt電極，氫燃料Ni催化劑，氫燃料NiZrO2催化劑，甲烷、氫燃料陰極Ag電極，氧作氧化劑Pt電極，氧作氧化劑Pt電極，氧作氧化劑NiO催化劑，氧燃料NaCrO4等催化劑，氧作氧化劑工作溫度/℃50～200100～20050～90650～700600～1000導(dǎo)電離子OH-H+H+CO32-O2-技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)技術(shù)成熟技術(shù)成熟高度發(fā)展，靠近成熟研發(fā)階段研發(fā)階段發(fā)電效率/%50～5540～5045～5050～6045～6072/130燃料電池優(yōu)點(diǎn)能力轉(zhuǎn)換效率高（節(jié)約燃料資源）污染小，噪音低高度可靠氫電動(dòng)車73/130

鋅銀電池主要優(yōu)點(diǎn)是比能量高，是鉛蓄電池3～4倍。適宜于大電流放電鋅銀電池應(yīng)用于軍事、航空、移動(dòng)通信設(shè)備、電子儀器、人造衛(wèi)星和宇宙航行等方面。制成鈕扣式微型鋅銀電池應(yīng)用于電子手表、助聽器、計(jì)算機(jī)和心臟起搏器等。鋅銀電池74/130鈕扣式鋅銀電池

常見鈕扣電池為銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個(gè)由正極和負(fù)極蓋組成小圓盒，盒內(nèi)靠正極殼一端填充由Ag2O和少許石墨組成正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH，溶液兩邊用羧甲級纖維素作隔膜，將電極與電解液分開。一粒鈕扣電池電壓達(dá)1.59V，安裝在電子表里可使用兩年之久。負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag75/130筆記本電腦中鋰離子電池在一些情況下，可能會(huì)爆炸起火。鋰電池內(nèi)有加壓容器，裝著含有高度可燃性液體，同時(shí)又含有強(qiáng)力氧化劑。人們已創(chuàng)造了一個(gè)由銀跟鋅組成，不會(huì)爆炸電池。電池里面材料--大部分是鋅、鋅離子與水--并不會(huì)起火，使用這類電池筆記本電腦能夠支撐十小時(shí)，比鋰電池更長。

76/130美國電池開發(fā)商ZPower近日在美國加利福尼亞州舊金山市舉行個(gè)人電腦開發(fā)商會(huì)議上展出面向筆記本電腦和手機(jī)全新結(jié)構(gòu)充電電池。此次開發(fā)是正極采取銀、負(fù)極采取以鋅為主復(fù)合高分子材料充電電池。隔板也使用了自主開發(fā)材料。因?yàn)殡娊庖簺]有使用有機(jī)類溶媒，所以ZPower表示，與鋰離子充電電池相比，該電池起火危險(xiǎn)性很低。單位體積能量密度方面，當(dāng)前試制品為550Wh/L左右，與現(xiàn)有鋰離子充電電池相近。該企業(yè)計(jì)劃將這一能量密度提升到650Wh/L左右，并于中期前后量產(chǎn)供貨。77/130當(dāng)前慣用太陽電池是由硅制成，普通是在電子型單晶硅小片上用擴(kuò)散法滲進(jìn)一薄層硼，以得到PN結(jié)，然后再加上電極。當(dāng)日光直射到滲了硼薄層面上時(shí)，兩極間就產(chǎn)生電動(dòng)勢。這種電池可用作人造衛(wèi)星上儀器電源。除硅外，砷化鎵也是制作太陽電池好材料。太陽電池78/130P型半導(dǎo)體形成79/130N型半導(dǎo)體形成80/130PN結(jié)81/13082/13083/130納米晶化學(xué)太陽能電池

陽極：染料敏化半導(dǎo)體薄膜（TiO2膜）

陰極：鍍鉑導(dǎo)電玻璃

電解質(zhì)：I3-/I-染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰TiO2導(dǎo)帶，染料中失去電子則很快從電解質(zhì)中得到賠償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后經(jīng)過外回路產(chǎn)生光電流。納米晶TiO2太陽能電池優(yōu)點(diǎn)是成本低，工藝簡單，性能穩(wěn)定，壽命能到達(dá)以上。84/130染料敏化TiO2太陽能電池手工制作

(1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)行研磨(2)用玻璃棒遲緩地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)行涂膜85/130(3)把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)10～15分鐘，然后冷卻86/130把新鮮或冰凍黑梅、山梅、石榴籽或紅茶，加一湯匙水并進(jìn)行擠壓，然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)行著色，大約需要5分鐘，直到膜層變成深紫色，假如膜層兩面著色不均勻，能夠再放進(jìn)去浸泡5分鐘，然后用乙醇沖洗，并用柔軟紙輕輕地擦干。利用天然染料為二氧化鈦著色87/130

由染料著色TiO2為電子流出一極（即負(fù)極）。正電極可由導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電面（涂有導(dǎo)電SnO2膜層）組成，利用一個(gè)簡單萬用表就能夠判斷玻璃那一面是能夠?qū)щ?，利用手指也能夠做出判斷，?dǎo)電面較為粗糙。如圖所表示，把非導(dǎo)電面標(biāo)上‘+’，然后用鉛筆在導(dǎo)電面上均勻地涂上一層石墨。

制作正電極

88/130

利用含碘離子溶液作為太陽能電池電解質(zhì)，它主要用于還原和再生染料。如圖所表示，在二氧化鈦膜表面上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可。加入電解質(zhì)89/130組裝電池

把著色后二氧化鈦膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子電解質(zhì)，然后把正電極導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯(cuò)開，用兩個(gè)夾子把電池夾住，兩片玻璃暴露在外面部分用以連接導(dǎo)線。這么，你太陽能電池就做成了。90/130

據(jù)1975年報(bào)道，國外對第一個(gè)原子電池進(jìn)行了測試。這個(gè)可輸出20W、質(zhì)量為1398Kg原子電池已沉入北海海底，向鄰近海洋測量站供電。這種電池密封在長84cm、直徑69cm、鉛外壁厚10cm圓柱體中。它關(guān)鍵部分是鍶90。當(dāng)鍶衰變時(shí)，產(chǎn)生了相當(dāng)于300W熱能，然后經(jīng)過熱電發(fā)生器將熱能轉(zhuǎn)化為電能。最終輸出電功率是20W，電壓28V。據(jù)稱這種原子電池不需維護(hù)，最少可用5年，預(yù)計(jì)可用到。原子電池91/130納米電池即用納米材料（如納米MnO2、LiMn2O4、Ni(OH)2等）制作電池，納米材料含有特殊微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能。當(dāng)前國內(nèi)技術(shù)成熟納米電池是納米活性碳纖維電池。主要用于電動(dòng)汽車，電動(dòng)摩托，電動(dòng)助力車上。該種電池可充電循環(huán)1000次，連續(xù)使用達(dá)左右，且充電一次只需20分鐘左右，平路行程達(dá)400Km，重量在128Kg，已經(jīng)超越美日等國電池汽車水平。納米電池92/130微生物電池是用微生物代謝產(chǎn)物，做電極活性物質(zhì)，從而獲取電能。二十一世紀(jì)是人類飛向宇宙時(shí)代，在宇宙飛船這么封閉系統(tǒng)中，排泄物處理是必須處理問題。美國宇宙航行局設(shè)計(jì)了一個(gè)一舉兩得處理方案：用一個(gè)芽抱桿菌處理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶作用下分解尿素產(chǎn)生氨。氨用做電極活性物質(zhì)，在鉑電極上產(chǎn)生電極反應(yīng)，組成了翱翔太空理想微生物電池。在宇航條件下，每人天天假如排出22g尿，就能夠取得47W電力。微生物電池93/130更多地向太陽索取-太陽能利用太陽能流向1直接反射5×109kJ/s2以熱能形式離開地球81000×109kJ/s3水循環(huán)40000×109kJ/s4大氣循環(huán)370×109kJ/s5光合作用40×109kJ/s

了解太陽能94/130太陽能能量流向示意圖95/130

太陽能即太陽輻射，是太陽內(nèi)部連續(xù)不停核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生能量。可分為三個(gè)區(qū)：紫外區(qū)、可見光區(qū)和紅外區(qū)。太陽光譜圖96/1301、光電轉(zhuǎn)換：把太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，利用是光生伏打效應(yīng)。太陽能電池太陽能發(fā)電站

利用光照射在半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生電子空穴對，在PN結(jié)上產(chǎn)生光電壓和光電流，實(shí)現(xiàn)光電裝換。太陽能電池計(jì)算器

有太陽能電池陣列、貯能蓄電池、防反充二極管、充電控制器及逆變器、測量設(shè)備等組成。太陽能發(fā)電站

太陽能利用方式97/130太陽能電池板國際空間站展開新太陽能電池板德國建立最大太陽能發(fā)電站98/130一個(gè)經(jīng)典太陽能電池是單晶硅太陽能電池。1954年最先出現(xiàn)這種太陽能電池，能把接收到太陽能6％轉(zhuǎn)換成電能，靠近蒸汽機(jī)效率。當(dāng)前轉(zhuǎn)換效率已達(dá)18％。單晶硅太陽能電池性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，體積小，重量輕，很適合作太空航天器上電源。當(dāng)前，美國發(fā)射近千顆衛(wèi)星中，有95％都采取單晶硅太陽能電池作為能源?？墒菃尉Ч杼柲茈姵刂谱鞒杀靖?，價(jià)格昂貴，極難普及。1975年以后，無定型半導(dǎo)體材料發(fā)展起來，它有希望成為比單晶硅更理想太陽能電池材料。如美國能量轉(zhuǎn)換企業(yè)制成了一個(gè)硅—氟—?dú)錈o定形合金半導(dǎo)體，用這種材料做成太陽能電池，現(xiàn)有單晶硅電池工作性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高優(yōu)點(diǎn)，又有沒有定形硅成本低優(yōu)點(diǎn)。它們轉(zhuǎn)換效率最高能夠到達(dá)25％。因它發(fā)出電價(jià)格廉價(jià)，和火力發(fā)電價(jià)格不相上下，為太陽能電池地面應(yīng)用展示了光明前景。發(fā)展太陽能光電池99/1302、光熱轉(zhuǎn)換：把太陽能直接轉(zhuǎn)換成熱能低溫?zé)崂冒啬?、塑料大棚以及干燥器、蒸餾、供暖、太陽能熱水系統(tǒng)等。中溫?zé)崂冒照{(diào)制冷、制鹽以及其它工業(yè)用熱。高溫?zé)崂冒劢剐翁栐?、焊接機(jī)和高溫爐等。

太陽能利用方式太陽能熱水器100/130

利用幾千塊平面鏡能把太陽光反射到巨大聚焦鏡上，再將光聚焦到太陽灶工作區(qū)域，利用焦點(diǎn)處產(chǎn)生高溫來發(fā)電和作其它用途。我國西藏拉薩市有“日光城”之稱，依據(jù)這個(gè)原理，在許多賓館、機(jī)關(guān)單位屋頂上都有這種小型“太陽灶”。一個(gè)小型“太陽灶”便能基本確保家庭或賓館供熱需求。這種方法在日光充分地方可用。在日光照射不穩(wěn)定地方實(shí)用價(jià)值不高。建立太陽能聚光器101/130

科學(xué)家們發(fā)覺，一些化學(xué)物質(zhì)受日光照射后能吸收光能而暫時(shí)改改變合物本身化學(xué)結(jié)構(gòu)，在一定條件下，它又能放出熱量而回復(fù)到原來結(jié)構(gòu)。這種儲(chǔ)能材料發(fā)覺比在屋頂安裝集熱器，用加熱水方法來取暖更先進(jìn)得多了。只是當(dāng)前儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能指標(biāo)還不高，所以還不能大規(guī)模推廣應(yīng)用。發(fā)展搜集太陽能儲(chǔ)能材料102/130

第一次海灣戰(zhàn)爭期間，因?yàn)楹车赜蚋邷睾完柟庹丈?，使艦船甲板表面溫度到達(dá)60°C以上。連續(xù)高溫使美軍參戰(zhàn)官兵消耗極大，美軍即緊急要求國內(nèi)提供降溫服裝，Triangle企業(yè)很快研究制成了一個(gè)含有相變材料大膠囊茄克，部分處理了甲板士兵降溫問題。這種茄克經(jīng)過改進(jìn)于用于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)三防服。該茄克可在40°C氣溫下保持服內(nèi)舒適達(dá)1~2小時(shí)，而且很輕易再生，有效延長了美軍作戰(zhàn)部隊(duì)在酷熱條件下戰(zhàn)地值勤時(shí)間。美國軍方還利用該原理制成了溫度調(diào)整織物，在海軍低溫干式潛水服、空軍防寒抗浸服、防紅外隱身服裝和陸軍士兵保溫靴襪等方面使用，含有良好保溫或降溫效果。

你知道嗎？103/130

人造能源湖故事

大約19世紀(jì)末，羅馬尼亞特蘭西瓦地域一名醫(yī)生發(fā)覺，該地小湖一到冬天，湖面就結(jié)出冰層，但在冰下深處，湖水溫度卻高達(dá)60℃。20世紀(jì)初，匈牙利物理學(xué)家凱萊辛斯基也發(fā)覺，邁達(dá)夫湖在夏末時(shí)，湖深1.32米處溫度高達(dá)70℃。經(jīng)過研究發(fā)覺，這些湖泊中水都含有鹽，而且湖泊中不一樣深度水含鹽量不一樣。60年代初，以色列在死海海岸建造了一座625m2人工小湖，在太陽照射下，在80cm深處水溫到達(dá)了90℃。70年代末，以色列又建造了一個(gè)2.5m深、面積有7000m2人工鹽水湖，用它來搜集太陽熱量使湖水加熱，再用熱水來發(fā)電，功率達(dá)150KW。1990年，意大利阿吉普企業(yè)在瑪格麗塔·迪薩沃亞鹽田中，也建造了一個(gè)搜集太陽能鹽水湖，可使湖水溫度到達(dá)90℃。在這個(gè)太陽能湖湖面上，還有一個(gè)巨大聚光板，用來增加搜集陽光熱量。意大利一位叫贊格拉多女科學(xué)家建造了一個(gè)小型太陽能鹽水湖，使鹽水湖溫度到達(dá)了105℃。利用太陽能加熱人工湖能夠直接用來取暖，也能夠用來發(fā)電。

你知道嗎？104/130巧用太陽能淡化海水1991年海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克即使失敗了，但戰(zhàn)爭結(jié)束時(shí)，伊拉克軍隊(duì)在撤離科威特之前，把科威特大部分海水淡化工廠破壞得一塌糊涂，使科威特人陷入了無淡水飲用恐慌之中。法國南錫化學(xué)工程科學(xué)試驗(yàn)室化學(xué)家皮埃爾·利·戈夫，經(jīng)過屢次失敗，終于設(shè)計(jì)出一個(gè)非常小巧輕便太陽能海水淡化裝置。它有一個(gè)盛海水或咸水桶，桶里水靠本身重力向下流到幾塊彼此垂直平行相隔4cm安放鋁板旁邊，太陽光透過透明乙烯塑料板照射到鋁板上，為了有效利用陽光，還有一面可調(diào)整角度反射鏡，使陽光垂直照射到鋁板。第一塊鋁板能夠被陽光加熱到94℃，于是在這塊鋁板旁邊懸掛細(xì)紗布上海水很快蒸發(fā)變成水蒸氣。水蒸氣穿過4cm間隔碰到第二塊鋁板時(shí)，就冷凝成水滴，在冷凝時(shí)水滴釋放熱量會(huì)加熱這塊鋁板，這塊鋁板又使另一塊懸掛在它旁邊細(xì)紗布上鹽水蒸發(fā)，這個(gè)過程依次進(jìn)行到最終一塊鋁板和細(xì)紗布。在最終一塊鋁板上得到冷凝蒸餾水溫度約為45℃

。全部6塊鋁板上冷凝蒸餾水都滴落到海水淡化裝置底下一個(gè)蒸餾水搜集容器內(nèi)。這個(gè)海水淡化裝置像一個(gè)小型溫室，天天每平方米太陽能搜集器能夠生產(chǎn)20L蒸餾水，一個(gè)普通單水桶太陽能蒸餾器一天能夠產(chǎn)2.5—3.0L蒸餾水，很適合偏遠(yuǎn)貧困干旱地域淡化海水，且便于搬運(yùn)。

你知道嗎？105/130氫是萬物之祖。早在16世紀(jì)，瑞士—德國物理學(xué)家巴拉塞爾斯觀察到硫酸和鐵反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)能燃燒氣體。1766年英國卡文迪什認(rèn)識(shí)到這種氣體是一個(gè)獨(dú)特物質(zhì)，并用水蒸汽經(jīng)過一根熾熱槍管制備它。法國化學(xué)家拉瓦錫把這種氣體命名為氫，意思是水制造者，因?yàn)樗诳諝庵心苋紵伤Ｄ茉葱滦?氫能源你知道嗎？106/130燃燒熱很大，每千克燃燒發(fā)燒量是汽油3倍。燃燒產(chǎn)物是水，無污染，可循環(huán)使用。資源豐富。密度尤其小，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸。適用性強(qiáng)氫能源優(yōu)點(diǎn)107/130氫氣作為能源碰到兩個(gè)問題？？氫氣的制備氫氣的儲(chǔ)存108/130氫氣制備（1）熱化學(xué)制氫

將碳水化合物輸入高溫化學(xué)反應(yīng)器，生成由H2、CO、CO2和CH4等組成合成氣體，然后進(jìn)行重整和水氣置換反應(yīng)來提升氫產(chǎn)量，最終將氫氣分離提純得到氫氣。甲烷重整制氫是當(dāng)前利用最為廣泛制氫技術(shù)。（2）電解水制氫

直接利用電能使水電解產(chǎn)生氫氣和氧氣。flash109/130人工光合作用

人工光合作用利用光合作用原理，經(jīng)過光裂解水分子，直接提取氫氣。催化關(guān)鍵結(jié)構(gòu)110/130氫氣儲(chǔ)存氣態(tài)氫存放瓶液氫存放裝置儲(chǔ)氫合金粉111/130儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫示意圖儲(chǔ)氫合金LaNi5結(jié)構(gòu)和CaCu5相同

鈦、鎂等金屬，能像海綿吸水一樣將氫吸入儲(chǔ)存起來，這種金屬被稱為儲(chǔ)氫金屬。用儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)氫，更安全，更方便。112/130氫能利用氫內(nèi)燃機(jī)汽車氫氣作為航天飛機(jī)主要?jiǎng)恿χ苯尤紵剂想姵?13/130當(dāng)前開發(fā)氫能電池有兩種：一是貯氫電池：貯氫電池又稱金屬氫化物—鎳電池（MH／Ni電池），它是用貯氫合金作為陰極，金屬鎳作陽極，以堿性溶液作電解液組成新型二次電池。貯氫電池含有高能量密度，無電解液濃縮，耐充放電能力強(qiáng)，無毒性。二是氫燃料電池。它是指使用氫作為活性物質(zhì)，與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在清潔環(huán)境下取得直流電能發(fā)電裝置。其反應(yīng)過程與水電解過程恰好相反。當(dāng)前，氫燃料電池已成為繼水力、火力、原子能發(fā)電之后第四代發(fā)電技術(shù)裝置。114/130經(jīng)濟(jì)清潔安全能源-核能

使一個(gè)重原子核分裂成為兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量原子核過程，稱為核裂變。核裂變是取得核能主要路徑之一。核裂變核聚變

反應(yīng)前四個(gè)氫原子核質(zhì)量要大于反應(yīng)后氦原子核，存在著質(zhì)量虧損，這么反應(yīng)叫做輕核聚變反應(yīng)。115/130核裂變116/130核反應(yīng)中能量改變比化學(xué)反應(yīng)大幾百萬倍。１千克標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放能量29260焦?fàn)枺鼻Э耸腿紵尫拍芰?18000焦?fàn)枺鼻Э蒜櫋?35裂變釋放能量685.5億焦?fàn)枺鼻Э穗盎旌臀锞圩冡尫拍芰?385.8億焦?fàn)栁覀兩畹厍蛏?，核能資源非常豐富，可作裂變?nèi)剂镶櫤涂赊D(zhuǎn)化為核燃料釷儲(chǔ)量很大，相當(dāng)于化石燃料總能量10萬倍以上。按照現(xiàn)在全世界能量消耗水平計(jì)算，可用上萬年以上。輕核聚變產(chǎn)生能量更為驚人，在海水中氘達(dá)1億噸，可供人類使用1000億年。你知道嗎？117/130可用作能源核反應(yīng)，當(dāng)前主要有重元素原子核（鈾—235、鈾—233、钚—239、釷）裂變反應(yīng)和輕元素（氘、氚）原子核聚變反應(yīng)兩大類。要大規(guī)模和平利用裂變能必須滿足兩個(gè)條件：第一：重核裂變要形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；第二，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須是可控。實(shí)現(xiàn)可控式反應(yīng)裝置稱為反應(yīng)堆，當(dāng)前大多數(shù)核電站用都是熱中子反應(yīng)堆?？熘凶硬惠p易引發(fā)裂變，需要采取慢化劑。慣用慢化劑有普通水、重水和石墨，對應(yīng)反應(yīng)堆稱為水堆、重水堆和石墨堆。石墨堆和重水堆可用天然鈾作燃料，普通水堆因?yàn)槲罩凶舆^多，不能用天然鈾，而必須用濃縮鈾作燃料。118/130核能不但是一個(gè)高效經(jīng)濟(jì)能源，而且也是一個(gè)清潔、安全能源。核電站在任何情況下都不具備核爆炸條件。核燃料即使被稱為“燃料”，卻并不能燃燒。它既不消耗氧氣，又不產(chǎn)生二氧化碳；既沒有灰和煙，也沒有大量苯等致癌物質(zhì)。從生產(chǎn)單位能量所產(chǎn)生危害程度來看，核電