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能源、材料和信息人类社会发展的三大支柱


品作为一次能源用于发电。
“燃煤发电”:化学能——机械能——电能
化学电源(化学电池):化学能——电能
如收音机、手电筒、照相机上用的干电池,汽车 发动机用的蓄电池,钟表上用的纽扣电池等
常用化学电源 锌-锰干电池 电压一般为1.5V,为一次性消费品,但是 旧电池可以回收锌。 铅蓄电池 放电到一定程度,可以利用外电源充电后继 续使用。优点是电压稳定,使用温度范围宽,原料丰 富、价格便宜等,缺点是笨重,防震性能差,易溢出
生物能 蕴藏在动物、植物、微生物体内
农牧业废料、高产作物、速生树木,经过发酵或高温热分
解等方法可以制造甲醇、乙醇等干净的液体燃料。
这类物质在密闭容器内经高温干馏可以生成一氧化碳、氢
气、甲烷等可燃性气体,这些气体可用来发电。
这类物质在厌氧条件下生成沼气,这种气化的效率虽然不 高,但其综合效益很好。中型、大型沼气池不仅可用于发 电,也可处理城市垃圾。 植物新品种——巴西的香蕉树(亦称石油树)、美国人工 种植的黄鼠草、美国西海岸的巨型海藻
可能再生的化石燃料,储量都极其有限,因此必须节能。
节能不是简单地指少用能量,而是指要充分有效地利用
能源,尽量降低各种产品的能耗,
在节能的同时我们也要积极开展各种新型能源的研 究和探索,目前不成熟的新能源也可能成为未来的 主要能源。
当代新能源是指太阳能、生物质能。风能、地热能
和海洋能等。 它们的共同特点是资源丰富、可以再生、没有污染 或很少污染.
酸雾,维护携带不便等。
此外,锂-锰电池、锂-碘电池、钠-硫电池、 太阳能电池等多种高效、安全、价廉的电池 都在研究之中。化学电源的研究和开发是化 学科学的重要研究领域之一,也是能源工作 者研究领域之一。
节能和新能源的开发
现代社会是一个耗能的社会,没有相当数量的能源是谈
不上现代化的。
现代主要能源是煤、石油和天然气,它们都是短期内不
风能 利用风力进行发电、提水、扬帆助航等的技术 地热能 地壳深处的温度比地面上高得多,利用地下 热量也可进行发电。 地热能与地球共存亡,地热潜力不容忽视。 海洋能 海洋中蕴藏着潮汐能、波浪能、海流能、温 差能等,这些能量总称海洋能。
石油时期 第二次世界大战之后,在美国、中东、北
非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气,每吨
原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的 汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。世界 各国纷纷投资石油的勘探和炼制,新技术和新工艺 不断涌现,石油产品的成本大幅度降低,发达国家
的石油消费量猛增。到60年代初期,在世界能源消
费统计表里,石油和天然气的消耗比例开始超过煤 炭而居首位。
2006年能源消费状况
能源的分类 ·按能量的原始来源划分: 1. 来自地球以外天体的能量,最主要的是太阳辐射能, 2. 来自地球自身的能量。一种是以热能形式储藏于地球内 部的热能和重力能;另一种是海洋和地壳中储藏的核燃料 所包含的原子能。
当前电力缺日的一种重要选择。但有两个问题总是令人
担忧,一是保证安全运行,二是核废料的处理。
核聚变和氢弹
2个或多个轻核聚合成一个重核的过
程叫核聚变。这时也能释放很大的能量。 氢弹的制造原理就是利用一个小的原子弹作为引爆 装置,产生瞬间高温,引发2个氘核聚变为氦核,发 生强烈爆炸。 从能源角度考虑,核聚变比核裂变优越: 聚变产物为稳定的氦核,没有放射性污染产生,没 有难以处理的废料;聚变原料氘的资源丰富海水中 蕴藏着大量的氘,提炼也比较容易。
核技术的应用
135I 、 125I 、 31P 、 60Co 核素在许多医院被用作诊
断和治疗的有效手段;
无刀手术的“伽马刀” ; 辐照技术,培育了400多个农作物优良品种; 金属探伤、综合找矿、化工冶金等;
14C核素,判断岩石或出土文物年龄的探针
化学电源 电能是最重要的二次能源,大部分的煤和石油制
3. 来自地球及其它天体的相互作用所产生的能量
· 按能源的成因划分:一次能源(亦称天然能源)和二次能源(亦称人
工能源)。
·按能源的储存和输送性质划分:含能体能源和过程性能源。 ·按能源使用性质划分:燃料性能源和非燃料性能源。 ·按能源的形成和再生性划分:再生能源和非再生性能源。 ·按能源的技术开发程度划分:常规能源和新能源。 ·按能源的实物形态划分:固体能源、液体能源和气体能 源。
常规能源 也叫传统能源,就是指已经大规模生产和广泛
利用的能源。
新能源 指以新技术为基础,系统开发利用的能源。其中
最引人注目的是太阳能的利用。
煤炭及其综合利用
煤化作用:
植物——泥炭(腐蚀泥)——褐煤——烟煤——无烟煤
煤为不可再生能源
煤在我国能源消费结构中位居榜首(约占70%),年消
费量在10亿吨以上,其中30%用于发电和炼焦,50%
可得到一部分芳香烃,这是原油中含量很少而只靠从煤 焦油中提取不能满足生产需要的化工原料。 加氢精制 提高油品质量的过程,除去油品中的N、S。
核电站的中心是核燃料和控制棒组成的反应堆,其关键
设计是在核燃料中插入一定量的控制棒,它是用能吸收
中子的材料制成的,利用它们吸收中子的特性控制链式 反应进行的程度,U-235裂变时所释放的能量可将循环 水加热至300℃,高温水蒸气推动发电机发电。 由此可见核电是一种清洁的能源,它没有废气和煤灰, 建设投资虽高,但运行时就没有运送煤炭、石油这样繁 重的运输工作,因此还是经济的。所以发展核电是解决
低温干馏所得焦炭的数量和质量都较差,但焦油产率较 高,其中所含轻油部分,经过加氢可以制成汽油,所以
在汽油不足的地方,可采用低温干馏。中温法的主要产
品是城市煤气,而高温法的主要产品则是焦炭。
石油和天然气
石油有“工业的血液”、“黑色的黄金”等美誉。 自本世纪50年代开始,在世界能源消费结构中,石 油跃居首位。石油产品的种类已超过几千种。石油 是国家现代化建设的战略物资,许多国际争端往往 与石油资源有关。现代生活中的衣、食、住、行直 接地或间接地与石油产品有关。
用于各种工业锅炉、窑炉,20%用于人民生活。 煤的大部分是直接燃烧掉的,热效率的利用不高,如煤 球热效率只有20%~30%;蜂窝煤可达50%,而碎煤
则不到20%。至于工业锅炉用煤的热效率不仅与炉型结
构有关,而且与煤的质量、形状、颗粒大小都有关系。
直接烧煤对环境污染相当严重,二氧化硫( SO2 ), 氮的氧化物(NOx )等是造成酸雨的罪魁,大量 CO2 的产生是全球气温变暖的祸首。此外还有煤灰和煤渣 等固体垃圾的处理与利用问题等。 合理利用和综合利用煤资源的办法: 一,使煤转化为清洁的能源; 二,提取分离煤中所含宝贵的化工原料。
铅汽油,以减少对环境的污染。
裂化 用上述加热蒸馏的办法所得轻油约占原油的l/3~
l/4。但社会需要大量的分子量小的各种烃类,采用催化
裂化法,可以使碳原子数多的碳氢化合物裂解成各种小 分子的烃类。 催化重整 在一定的温度压力下,汽油中的直链烃在催 化剂表面上进行结构的“重新调整”,转化为带支链的
烷烃异构体,这就能有效地提高汽油的辛烷值,同时还
能源、材料和信息
——人类社会发展的三大支柱
能源 —— 能量的来源或源泉,是可以从自然 界直接取得的具有能量的物质,或从这些物
质中再加工制造出的新物质。
能源是能够提供某种形式能量的物质,即能 够产生机械能、热能、光能、电磁能、化学
能等各种能量的资源。
根据各个历史阶段所使用的主要能源,可以分为 柴草时期、煤炭时期和石油时期
·按能源的商品性划分:商品能源和非商品能源。
·按能源对环境的污染程度化分:清洁能源和非清洁能源。
Байду номын сангаас
一次能源 是指自然界中以现成形式存在,不经任何改变
或转换的天然能源资源,即从自然界直接取得并不改变
其形态和品位的能源。 二次能源 是指为了满足生产工艺和生活的特定需要以及 合理利用能源,将一次能源直接或间接加工转换产生的 其它种类和形式的人工能源。
石油的炼制 石油中所含化合物种类繁多。必须经过多步炼制,才能使 用。主要过程有分馏、裂化、重整、精制等。
分馏 利用物质的沸点不同将其进行分离
无铅汽油 1升汽油中若加入1毫升四乙基铅,辛烷值可以提高10~ 12个标号。四乙基铅是有香味的无色液体,但有毒。 这种抗震剂已沿用了几十年,但在汽车越来越多的今天, 汽油燃烧后放出的尾气中所含微量的铅化合物已成为公 害。 自20世纪70年代起从环境保护的角度考虑,各国纷纷提 出要求使用无铅汽油,有些汽车的设计规定必须使用无
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