(9.18.2)--7.2化学与能源-新能源.pdf

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1、工程化学工程化学工程化学工程化学Engineering Chemistry化学与能源化学与能源化学与能源化学与能源新能源新能源Engineering Chemistry新能源新能源目 录CONTENTS常规能源新能源知识要点掌握程度要点常规能源熟悉常规能源的概念途及炼制的常用方法新能源了解新型能源的概念类、开发利用等。相关知识熟悉常规能源的概念、用途及炼制的常用方法。煤、石油、天然气了解新型能源的概念、种。核能、太阳能、氢能、生物质能、绿色电池、风能地热能海洋能风能、地热能、海洋能及其他新型能源人类社会对能源的需求不断增加了能源危机和环境污染等一系列问题新能源新能源了能源危机和环境污染等一系列

2、问题我国，人均能源拥有量低、储备量低生产和消费结构依然以煤为主，能源利用效率低，环境污染严重。解决我国能源问题的措施：1.积极开发利用新能源；1.积极开发利用新能源；2.提高能源利用率；3.改善能源结构；4.加速实施洁净煤技术；5.合理利用石油和天然气。增加，引发问题。尤其问题。尤其储备量低，能源能源利用效新能源：在新技术基础上系统地开发利用的新能源新能源新能源：在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。如核能、太阳能、风能能、地热能、海洋能、氢能等。新能源的开发要利用新的原理来能源系统，并靠材料的开发与应用，能源系统，并靠材料的开发与应用，得以实现，并提高效率，降低成本。系统地开发利用的系

3、统地开发利用的风能、生物质新能源的开发要利用新的原理来发展新的使新系统使新系统核能原子核的组成和结合能新能源新能源原子核质子（p）质子和中子总称为核子中子（n）核素（质子数和中子数都相同的一类元素质量数（A）=质子数（Z）+中子数同位素质子数相同而中子数不同的核素互为同位素原子核的结合能若干个核子结合成原子核时所释放的能量质子和中子总称为核子质子数和中子数都相同的一类元素）：中子数（n）质子数相同而中子数不同的核素互为若干个核子结合成原子核时通常核子数（质量数）小的原子核，核子数（质量数）中等程度的原子核核子数（质量数）中等程度的原子核核子数（质量数）大于200的原子核核反应使原子核转变成新原

4、子核的过程核裂变让核子数大的原子核分裂的新原子核的过程核反应使原子核转变成新原子核的过程核裂变让核子数大的原子核分裂的新原子核的过程的新原子核的过程。核聚变让核子数很小的原子核聚合的新原子核的过程。的新原子核的过程。核聚变让核子数很小的原子核聚合的新原子核的过程。每克结合能小中等程度的原子核，每克结合能最大中等程度的原子核，每克结合能最大的原子核，每克结合能变小使原子核转变成新原子核的过程。让核子数大的原子核分裂，生成核子数中等程度使原子核转变成新原子核的过程。让核子数大的原子核分裂，生成核子数中等程度让核子数很小的原子核聚合，生成核子数较大让核子数很小的原子核聚合，生成核子数较大1gU-23

5、5裂变可放出 8107kj的能量新能源新能源1g煤完全燃烧放出的热量为：30kj1gU-235产生的能量相当于2.710生的能量1g氘聚变时放出的能量为：5.8101g氘聚变时放出的能量为：5.810的能量30kj106g煤燃烧产108kj108kj新能源新能源核泄漏将给人类带来核能外泄又称为核熔毁是种发生于核能反新能源新能源核能外泄又称为核熔毁，是种发生于核能反应炉故障时，严重的后遗症。核能外泄所发出的核能辐射虽远比核子武器威力与范围小是却相同能造成一定程度的生物伤亡。泄最主要原因，就是核子反应炉核心冷却系统故障，导致控制辐射的相关设备失常。是种发生于核能反是种发生于核能反核能外泄所发出的核

6、能辐射虽远比核子武器威力与范围小，但。核能外冷却系统。主要危害放射性物质的衰变中产生电离辐射新能源新能源坏人体组织里分子和原子之间的化学键人体重要的生化结构与功能产生严重影响最大的长期健康风险是癌症。通常当体细胞受损或老化到一定程度时，它们会自我消除此外，如果机体不能很好的修复辐射带来的对化学键的破坏和改变，我们的基因里有可能会产生突变。放射性物质的衰变中产生电离辐射。它能破化学键，可能对产生严重影响。通常当体细胞它们会自我消除。如果机体不能很好的修复辐射带来的对里有可能会产太阳能太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源新能源新能源生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能优点：资源丰富：40

7、分钟照射地球辐射的能量等于全球人类 一年的能量需求；洁净能源不会导致“温室效应”洁净能源：不会导致“温室效应”成环境污染；使用方便：同水能、风能等新能源相比受地域的限制，利用成本低。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源。水能等都来自太阳能。分钟照射地球辐射的能量等于全”也不会造”，也不会造风能等新能源相比，不太阳能的本质是核聚变能，其中最主要的核反应为4 11H 42He+2-10e-该反应释放出的核能约为新能源新能源该反应释放出的核能约为：2.39109kjmol-1太阳能利用方法：1）光热转换2）光电转换2）光电转换其中最主要的核反应为：不断改进特殊的用电场合进入到现在太阳能电池的价格

8、不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池能源在美国日本和欧洲的特殊的用电场合进入到能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前，年均增长率35%，是能源技术领域由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中20年内太阳日本和欧洲的特殊的用电场合进入到地面应用中。日本和欧洲的目是能源技术领域发展最快的行业。新能源新能源生物质能中国第一座垃圾发电站：新能源新能源中国第一座垃圾发电站深圳垃圾发电站1）经过发酵或高温热分解制备甲醇、体燃料。体燃料。2）在密闭容器内经高温干馏生成一氧化碳气、甲烷等气体燃料。3）在厌氧条件下生成沼气（

9、CH4）。乙醇等液在密闭容器内经高温干馏生成一氧化碳、氢生物质能发电的主要优点为：电能质量好、可靠性高，比小水电歇性发电要好得多，具有很高的经济价值发电厂基本上都可以建设在县城的工业园区内能发电厂可以直接就地进行上网供电生物质电厂的建设有利于电源合理布局降损。生物质能发电的主要缺点为：生物质能发电的主要缺点为：建设和运营成本相对较高；技术开发能力和产业体系薄弱比小水电、风电和太阳能发电等间具有很高的经济价值；发电厂基本上都可以建设在县城的工业园区内，因此生物质能发电厂可以直接就地进行上网供电；生物质电厂的建设有利于电源合理布局，有利于电网的节能技术开发能力和产业体系薄弱。绿色电池绿色环保电池是

10、指已投入使用或正在研制新能源新能源绿色环保电池是指已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染电池。已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池离子蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池和可充电电池以及正在研制、开发的锂离子电池和燃料电池等都属于这一范畴子电池和燃料电池等都属于这一范畴。这些新型电池与铅蓄电池相比，轻、体积小、贮存能量大以及无污染等优点被称为。绿色环保电池是指已投入使用或正在研制、绿色环保电池是指已投入使用或正在研制、已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰原开发的锂离具有质量贮存能量大以及无污染等优点，锂离子电池的优点：1.工作电压高。通常单体锂离子电

11、池的电压为是镉镍和镍氢电池的 倍新能源新能源3.6V，是镉镍和镍氢电池的3倍。2.体积小、重量轻、比能量高。通常其比能量可达镉镍电池的2倍以上，与同容量镍氢电池相比体积可减小30%，重量可降低50%轻量化。轻量化。3.安全快速充电。4.寿命长。循环寿命可达1200次以上5.工作温度范围宽。可在-20606.自放电小、无记忆效应、无污染。通常单体锂离子电池的电压为通常其比能量可与同容量镍氢电池相比，50%，利于小型次以上。之间工作。燃料电池的优点：1.清洁环保，产物是水。新能源新能源2.产生持续电流。3.能量转换率较高,超过80%(普通燃烧能量转换率30%多)。4.可以组合为燃料电池发电站,排放

12、废弃物噪音低绿色发电站噪音低，绿色发电站。缺点：输出电压较低,要持续不断供给反应物生成物,附属设备较多,不容易应用于便携式电子产品。普通燃烧能量转换排放废弃物少，要持续不断供给反应物,排除不容易应用于便携式电子新能源新能源1.氢能以氢作为燃料而释放出的能量氢能新能源新能源氢能以氢作为燃料而释放出的能量氢能的特点：（1）氢气的导热性好，比大多数气体的导热系数高出10倍。（2）氢的发热值是所有化石燃料化工燃料和（2）氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油发热值的（3）氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快以氢作为燃料而释放出的能量以氢作为燃

13、料而释放出的能量比大多数气体的导热系化工燃料和化工燃料和是汽油发热值的3倍。与空气混合时有燃烧速度快。（4）制氢的原料水，资源极为丰富新能源新能源氢能的特点：（4）制氢的原料水，资源极为丰富燃烧产物水，对环境无污染（5）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池或转换成固态氢料用于燃料电池，或转换成固态氢料。（6）氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应各种应用环境的不同要求资源极为丰富。资源极为丰富。对环境无污染。既可以通过燃烧产生热能，又可以作为能源材用作结构材，用作结构材液态或固态的金属氢化物出能适应各种应用环境的不同要求。实现

14、氢能经济的关键技术新能源新能源1.廉价高效的制氢技术；2.安全高效的储氢技术：开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急。储氢方法气态：高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气新能源新能源气态：高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1，而且还有爆炸的危险；液态：将气态氢降温到-252.6变为液体进行储存，能耗大，而且需要超低温用的特殊容器防止液态氢汽化。但钢瓶，但钢瓶瓶里的氢气即使加压到所装氢气的质量也不到氢气瓶变为液体进行超低温用的特殊容器，固态体积储氢容量高无需高压及隔热容

15、器新能源新能源储氢方法固态：体积储氢容量高，无需高压及隔热容器安全性好，无爆炸危险可得到高纯氢，的附加值。储氢材料：能可逆地吸收和释放氢气的材料负氢能的储存转换和输送功能衡量性能的主负氢能的储存、转换和输送功能。衡量性能的主要标准为体积储氢密度(kg/m3)和重量储氢密度(%)。目前用的储氢材料有合金、炭材料材料和有机液体等。无需高压及隔热容器无需高压及隔热容器，提高氢能可逆地吸收和释放氢气的材料，担衡量性能的主衡量性能的主和重量储氢密度炭材料、多孔新能源新能源风能的利用主要是以风能作动力和风力发电风能新能源新能源风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。风能的利用

16、主要是以风能作动力和风力发电风能的利用主要是以风能作动力和风力发电优点：新能源新能源 风能是洁净的能量来源。风能设施日趋进步，大量生产降低成本适当地点，风力发电成本已低于发电机风能设施多为不立体化设施可保护陆地和 风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。风力发电是可再生能源，很环保。大量生产降低成本，在风力发电成本已低于发电机。可保护陆地和可保护陆地和缺点 风力发电在生态上的问题是可能干扰在一些地区风力发电的经济性 在一些地区、风力发电的经济性不足 风力发电需要大量土地兴建风力发电场进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的 现在的风力发电还未成熟，还有相当发展空间干扰鸟类。不足。风力发电需要

17、大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。风力发电机会发出庞大的噪音。还有相当发展空间。地热能的作用地热能新能源新能源(1)地热发电蒸汽型地热发电。热水型地热发电。(2)地热供暖地热务农(3)地热务农(4)地热行医 海洋能是海水运动过程中产生的可再生能海洋能新能源新能源 海洋能是海水运动过程中产生的可再生能要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能流能等。海洋能是海水运动过程中产生的可再生能主海洋能是海水运动过程中产生的可再生能。主潮流能、海特点：海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大位体积单位面积单位长度所拥有的能量较小新能源新能源位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小海洋能具有可再生性。海洋

18、能有较稳定与不稳定能源之分的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。海洋能属于清洁能源。海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单单位长度所拥有的能量较小单位长度所拥有的能量较小。海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定不稳定能源分属于不稳定但变属于不稳定但变未来的几种新能源未来的几种新能源可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起新能源新能源可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外形与冰相似，故被称为“可燃冰”。可燃冰在低温高压下出稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固

19、体化合物体积的100倍。据有关组织测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、和天然气的总和还多。这是一种甲烷与水结合在一起这是一种甲烷与水结合在一起故被称，呈现冰融化所释放的可燃气体相当据有关组织、石油煤层气：煤在形成过程中，随着温度和压力增加在产生变质作用的同时也释放出可新能源新能源力增加，在产生变质作用的同时，也释放出可燃性气体。微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗菜、木薯等，利用微生物发酵，可以制成酒精酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等待点用其稀释汽油，可以得到“乙醇汽油”制作酒精的原料丰富、成本低廉。随着温度和压也释放出可也释放出可世界上有不少国家盛产甘蔗、甜可以制成酒精，无污染等待点，”，而且小结核能生物质能太阳能4绿色电池小结氢能5氢能5风能6地热能7地热能7