化学与能源
“化学与社会”专题讲座——化学与能 源
一、能源家族的成员
能源，就是可以向人们提供能量的自然资源。
化学能是人类利用最古老的能源。
能源家族成员种类繁多，而且新成员不断加入。
只要能为人类利用以获得有用能量的各种来源都可
以加入到能源家族中来。
能源家族从不同的角度可以划分不同的的成员。
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秦山核电三期工程
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近半个世纪以来，人类一方面发展核能，另一 方面，到现在为止，没有任何国家找到安全、永久 处理高放射性核废料的办法。 核能发电已有45年的历史，所提供的电力约占 世界电力生产的18%，已取得巨大的经济效益。但 自1959—1995年全球共发生18次重大核事故。 其中， 1986年4月26日，位于乌克兰境内的切尔诺贝利核电 站发生重大事故，电站第4号反应堆起火燃烧，致使 大量放射性物质逸入大气中。据1992年6月官方报道， 已有6000—8000名乌克兰人死于核辐射，而且还长 期严重影响着附近居民的正常生活。
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3、石油内燃机——现代文明 公元前250年，中国人首先发现石油是一种可燃 的液体。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第 一口油井，石油工业由此发端。19世纪末，人们发明 了以汽油和柴油为燃料的奥托内燃机和狄塞尔内燃机。 1908年，福特研制成功了第一辆汽车。此后，汽车、 飞机、柴油机轮船、内燃机车、石油发电等，将人类 飞速推进到现代文明时代。到20世纪60年代，全球石 油的消费量超过煤炭，成为第三代主体能源。
1、开采过程对环境的影响 最典型的是煤炭开采对环境的影响。 ⑴塌陷损害 包括开采对土地的损害、对村庄的损害。 据不完全统计，迄今为止平均每开采万吨煤炭塌 陷农田0.2公顷，平均每年塌 陷2万公顷。 我国建筑物下压煤超过48亿吨，其中村庄下压煤 占2/3。 在山东、河北、河南、安徽和江苏五省平原 地区，压煤村庄1100个，居住村民百万以上。
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太阳能 太阳能利用的形式很多，例如太阳能集热为建筑 供暖、供热水，用太阳能电池驱动交通工具和其它动 力装置，等等，这些都属于太阳能小型、分散的利用
形式。太阳能大型、集中和利用形式，则是太空发电。
在距地面三万多公里高空的同步卫星上，太阳能电池 每天24小时均可发电，而且效率高达地面的10倍。太 空电能可以通知过对人体无害的微波向地面输送。
核能在今后一段时期内还将有所发展，但是核
电站的最大使用期只有25-30年，核电站的建造、拆
除和安全防护费用也相对不低，过多地建设核电站
是否明智可取，还有待今后实践和历史来检验。 那么，人类将向何处寻找新能源呢？ 先进国家的能源专家认为，太阳能、风能、地 热能、波浪能和氢能这五种新能源，在今后将肯定
会优先获得开发利用。
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四、核能的利用
核能的利用是20世纪能源科学的主要成就。 核能又称原子能，是原子核中的核子裂变时释 放出来的能量。核子指的是组成原子核的基本单位 粒子，是质子和中子的统称。 人类和平利用核裂变能的关键技术是实现链式 裂变反应。链式裂变反应指的是原子核的可控连续 裂变过程。 核反应堆是维持可控核裂变链式反应的装置。 核反应堆一般由堆芯、控制棒、反射层、堆内支撑 机构、反应堆容器等组成。
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辽宁阜新一些民房出现了大裂缝
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温家宝总理
2003年6月1日，温家宝在辽宁本溪看望采煤沉陷区老工人
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⑵对水资源的影响
煤炭开采造成水资源的污染对生态环境的影
响也量大面广。
平均每开采 1 吨原煤需排放 2 吨污水。
更严 重的是，在有些地区，由于水源和江河
湖海的严重污染，造成居民用水短缺。
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2、利用过程对环境的影响 化石燃烧时产生的污染物对环境的影响主要有两个 方面。 一是全球气候变化。燃料中的碳转变为二氧化碳进 入大气，使大气中二氧化碳的浓度增大，从而导致温 室效应，改 变了全球的气候，危害生态平衡。 二是热污染。火电站发电所剩“余热”被排出到河 流、湖泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污 染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比水域的 温度平均要高出7～8℃，以致明显改变原有的生态环 境。 20
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4、绿色能源革命——未来文明 随着全球人口的急剧膨胀，人类的能源消费大 幅度增长。众所周知，煤炭、石油均为矿物能源， 是古生物在地下历经数亿年沉积变迁而形成的，不 可再生，其储量极为有限。按现在的能源消耗，世 界上的石油、天然气和煤等生物化石能源将在几十 年至200年内逐渐耗尽。另外，大量矿物能源的燃 烧，是造成大气污染、“酸雨”和“温室效应”的 罪魁祸首。
行，装机容量数百万千瓦。研究表明，地热能的蕴
藏量相当于地球煤炭储量热能的1.7亿倍，可供人类
消耗几百亿年，真可谓取之不尽、用之不竭，今后
将优先利用开发。
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羊八井位于拉萨北90公里处， 地热田面积17.1平方公里
羊八井地热电站施工现场
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三、化石燃料 化石燃料是指煤炭、石油、天然气等埋藏
在地下不能再生的燃料资源。
化石燃料中按埋藏的能量的数量顺序排列 为煤炭类、石油、油页岩、天然气和油砂。
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煤炭是埋藏在地下的植物受高压和地热的作用，
经过几千万年乃至几亿年的炭化过程，释放出水份、
二氧化碳、甲烷等气体后，含氧量减少而形成的， 含炭量非常丰富。 由于地质条件和进化程度不同，含炭量不同，从 而发热量也就不同。 按发热量大小顺序分为无烟煤、烟煤和褐炭等。 煤炭在地球上分布较为广泛，不集中某一产地。
波浪能 主要的开发形式是海洋潮汐发电。80年代中期 挪威成功地建成一座小型潮汐发电站，让涨潮的海 小冲进有一定高度的贮水池，池水下溢即可发电。 已经在设计的单座潮汐电站，其它发电量可供一个 30万人口的城市使用。
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氢能
氢是宇宙中含量最丰富的元素之一，就可经提
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世界能源委员会推介分类：固体燃料、 液体燃料、气体燃料、水能、核能、电
能、太阳能、生物质能、风能、海洋能
和地热能.
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二、与文明同步的能源革命 1、柴薪马车——农业文明 柴薪是人类第一代主体能源。人类发现 用火之后，首先用树枝、杂草等作为燃料， 用于燃烧煮食和取暖，用草饲养牲畜，靠人 力、畜力并利用一些简单机械作动力，从事 手工生产和交通运输活动。从远古时代直至 中世纪，在马车的低吟声中，人类渡过了悠 长的农业文明时代。
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我国正在加速核电建设，继秦山一期及大亚湾 两座核电站建成之后，还将建设 4 座跨世纪大型核 电站，共 8 个机组，660万千瓦，这 4 座大型电站是： 秦山核电二期工程(2×60万千瓦)，广东岭澳核电站 (2×100万千瓦)，秦山核电三期工程(2×70万千瓦)， 连云港核电站(2×1 00万千瓦)。
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当前，处理核废料，各国大都采取浅部临时掩埋 的措施。某些发达国家甚至将灾难转移，把大量有 毒废料运往穷国。 在利用深部岩石洞室做为永久储存库方面，虽然
科学家为之奋斗了几十年，迄今未获圆满解决。
核泄漏不能完全避免问题已引起全球关注。由于 技术上的原因及各界人士的强烈抗议，使一些核电 生产大国在选择永久存放核废料地点时，陷于困境。
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2、煤炭蒸汽机——工业文明 18世纪西欧产业革命开创的工业文明，逐步扩大 了煤炭的利用。煤气灯的使用，照彻了人类的漫漫长 夜。蒸汽机的发明，使煤炭一跃成为第二代主体能源。 以煤炭作燃料的蒸汽机的应用，使纺织、冶金、采矿、 机械加工等工业获得迅速发展。同时，蒸汽机车、轮 船的出现，使交通运输业得到巨大进步。19世纪以来， 电磁感应现象的发现，使得由蒸汽轮机作动力的发电 机开始出现，煤炭作为一次能源被转换成更加便于输 送和利用的二次能源――电能。
风力发电量将要占欧共体电占全国总电力的
30%左右。
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盐湖风力发电站位于乌鲁木齐附近的的土乌大高速公路两侧，是 亚洲最大的风力发电站，在这里风车林立，绵延数里，非常壮观！ 31
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地热能
目前世界上已有近二百座地热发电站投入了运
油砂是含重质油4-20%的砂子。油页岩和油砂在美 洲大陆偏多。
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天然气直接采掘于地下，含甲烷为主。 在摄氏零下162度被冷却液化后，作为液 化天然气用油罐输送。
天然气的分布也偏于中东、美洲和欧洲
大陆。
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化石燃料对环境的影响
取出无穷无尽的氢。氢运输方便，用作燃料不会污
染环境，重量又轻，优点很多。前苏联试用氢为
“图-155”型飞机的燃料已经初步得成功，各国正
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常规能源： 在现有经济和技术条件下，已经大规模 生产和广泛使用的能源，如煤炭、石油、 天然气、水能和核裂变能等。常规能源是 相对于新能源而言的。 新能源： 指在新技术基础上系统开发利用的能源， 如太阳能、 海洋能、地热能 、生物质能等. 新能源大部分是天然和可再生的，是未来 世界持久能源系统的基础。