新能源材料-让地球更有力量——————读《新能源材料》有感【材料是人类生存和发展的物质基础，在整个材料领域有三种制备方法和工艺：气相法、液相法、固相法。

人类正是不断的了解材料的特性，运用并服务于社会生活，才促进了社会的进步发展。

而能源是是一切能量比较集中的含能体和提供能量的物质运动形式，也是人类生存和发展的物质基础，是人类从事各项活动的原动力。

】一．我国能源问题的现状当今世界，人类社会发展日益加速，无论是在工业，农业，还是第三产业服务业，高新技术产业，都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。

社会的发展提高了人类的生活水平，大大加强了社会生产力，同时对能源（如煤，石油）的需求和使用也大幅提高，从汽车内燃机到家用用电器，无不需要能源去运作。

我国GDP每年以10%的速度发展，能源消耗急骤增加，环境、生态日益恶化。

而解决能源和环境问题的途径是“开源节流”，即一提高燃烧效率以减少资源消耗；二是开发新能源，如太阳能、风能、氢能、核能；三是开发新工艺、新材料，以实现最大限度的节流。

这三方面都与新材料的开发紧密相关。

新材料使得能源中的能量得以传递，即能量转换、能量储存和能量传输。

二．新能源开发、利用及前景：1.太阳能太阳能有着无限储量、存在普遍、开发利用过程中无污染，是理想的替代能源。

对太阳能的运用主要有太阳能蓄热、光伏发电、热发电及光化学发电。

太阳能光伏发电（PV）中应用的太阳能电池是一种半导体器件，它受到太阳照射时产生光伏效应，将太阳光能转化成电能。

虽然此技术已取得了很大成绩一些高效新型太阳能电池（硒化铜铟、硅-硅串联、大面积光伏纳米电池等）不断问世，但相对常规发电，单位容量价格仍高几十倍，要真正变成有份额的发电还有很长的道路要走。

我国在PV材料与工艺方面和国外先进技术相比还有不小的差距，在这方面开展深入的材料制备、先进工艺和提高转化效率方面的基础和基础性研究是十分必要的，国家也应加大投入力度。

太阳能热发电虽已有各种互有优劣的方案，如抛物面槽式、塔式、抛物面盘式等，国际也已有小规模示范，有必要开展这方面的基础性研究、关键元件和技术研究，同时也可以进行小规模的示范项目。

不过，太阳能较为分散，从和自然和谐、顺从自然的角度，应该是分散能源分散用，分散能源直接提供给合适的分散用户和其所需的用能方式。

我国是否要发展大规模的太阳能的热发电值得深入探讨，不能因为国外有示范我们就一定要“跟上”。

光化学发电有两种方式：光合作用和光化学作用（如光分解水制氢）。

纳米技术被应用在内（用纳米TiO2代替普通TiO2）。

此研究已引起广泛重视，它有着广泛的前景和巨大的潜在市场，有望在不久的将来取得新的突破。

此外，还开发了太阳能制冷和空调技术、太阳能干燥、太阳能温室、其他太阳能热利用技术（太阳灶、太阳池、太阳能海水淡化）等。

2.氢能氢的质量轻，导热性好，储量大，燃烧性好，点燃快，无环境污染。

目前制氢的方法主要是电解水制氢、太阳能制氢（将分散的太阳能转化成电能，再电解水）、热化学循环分解水、矿物燃料制氢、生物质制氢。

镍氢电池是体现储氢材料应用的一个很好的例子。

目前，此电池已广泛用于手机和笔记本计算机中。

另外，发展高功率和大容量的镍氢动力电池技术是国内外的研究热点。

由于燃料电池是实现氢能应用的重要途径世界发达国家和我国都重视对此的开发。

氢的储存与运输是氢能系统的关键。

常见方法有低温液氢储存、高压气态储存、金属氢化物储存、配位氢化物储氢、吸附储氢等，这些技术都与新能源材料的开发利用紧密相关。

目前，各国都在通过技术改进，提高氢储存和运输氢的效率，减少氢燃烧时产生的污染。

随着氢燃料电池在电动汽车上的应用推广，大规模利用氢将会变成现实。

而大规模用氢的实现定会从根本上缓解世界的能源危机和环境污染。

3.核能核反应包括核裂变和核聚变。

核能是一种经济、清洁、安全的能源。

2kg的铀-235发生核裂变相当于6500t煤炭的燃烧。

并且没有气体、烟尘和灰渣，有利于环境的保护。

核聚变的原料氘来源广泛，成本低廉，不产生放射性且不裂变放出的热量高。

核电站是利用核裂变反应释放的大量热来进行发电的，核反应堆是核电站的心脏，分为热中子反应堆和快中子反应堆。

目前运营的核电站的反应堆绝大多数是轻水堆（分为压水堆和沸水堆）及重水堆。

这种反应堆不能充分利用核原料，原料利用率低。

随着科学技术的发展，先进的新生代的堆型正在取代落后的原始堆型。

第二代核动力堆为快中子增值堆。

这样的快堆核燃料越烧越多，它既是核电站，又是核燃料生产厂。

我国核电的发展起步较晚，但发展很快，多次取得跨越是发展，快堆的建设也已列入863计划。

核聚变能释放出更大的能量，但反应的条件要求较高，反应物的运动不易控制，目前使用最多的是应用磁约束和惯性约束。

聚变堆材料是聚变技术的重要难点之一，主要包括核材料、氚增殖材料、中子倍增材料、壁材料等都有各自的要求。

我国于1984年在核工业部西南物理研究院建成了中国环流一号装置，标志着我国的核聚变研究进入了发展阶段。

我国对于核聚变发电在技术和经济上的可行性等重大课题的研究将极大地促进我国核聚变研究的发展。

而核能的开发将给世界注入源源不断的动力。

4.风能据估计，既是全球风能的千万分之一为人所用，也相当于当今全球发电量的总和。

我国风能资源是相对比较丰富的，且分布于两大风带（沿海和三北风带）按照目前流行的说法是陆上2.54亿千瓦（按10米高度），近海7.5亿千瓦。

这些数据只是一个大概，很不准确，对现代大型风力发电来说，更重要的是50米，甚至100米高度的风力资源。

目前，国家正在着手详细的风力资源调查，这是我国风电发展的基础，但工作量较大。

风力发电造价低、单机容量小、装机规模灵活、发电方式多样建设周期短、运行维护简但、可靠性强、清洁可再生、可与其他形式构成多能互补系统。

正是这种可大可小，可独立可互补、可规模可零散的灵活机动性焕发了风能的无限生命力。

到2005年，我国风力发电装机容量是126万kW，所产生的总电量约是当前发电总量的千分之一左右。

目前运作的机组约75％是引进的国外机组，25％是国产的。

自主产权的机组有600kW、750kW、1.2MW和1.5MW，后两种还有一个成熟期。

目前，我国更需要利用大家关注可再生能源的时机，集中有关力量，研制出具有自主知识产权的大型风力发电机组（1.5—3.0MW）。

在风机整体优化、气动设计、强度疲劳、振动、长期可靠运行、控制、材料制造等方面掌握关键技术，在3—5年后给市场提供和国外机组相当水平的大型风电机组。

三、新能源材料的应用和化学电源由于大量新能源的开发，要求有跟多于此相适应的材料。

如多结晶硅和非结晶硅，一些储氢材料和燃料电池的材料。

通过元素取代、非正比化学计量、合金的表面处理来优化材料本身的性质。

此外，锂电池的开发也为环境保护做出了贡献。

锂离子电池的负极一般是天然纤维、人工石墨、石墨化碳纤维、石油焦等材料，使得锂离子电池的工作电压高、容量大、循环寿命长。

燃料电池的优越性在于其高效、清洁、安全、可靠。

氢是移动式燃料电池的最佳能源。

各国实验的以高压氢，储氢材料及液氢为燃料的燃料电池电动汽车，为实现汽车的零排放指明了方向。

总之，燃料电池（碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池等）都得到了系统的研究开发。

随着人们在新材料（储氢、催化、质子交换膜等）地深入研究，燃料电池以其高转化率和无污染气体排放的优点，必将取得更大的发展。

四、世界各国的能源安全发展战略如今，化石能源枯竭和环境污染问题以及随着世界石油地缘政治格局呈多元化态势和世界石油市场结构大调整的展开，使能源问题已经上升为一个国家能否安全、全面、协调、可持续发展其社会经济的重大战略问题,各国都从安全和发展两个方面制定了国家能源战略。

首先，各国将石油保障纳入国家安全战略。

美国等发达国家为了减轻对欧佩克石油的依赖，转而开辟西非、中亚和俄罗斯等地区和国家的新油源；中国、印度、东盟、韩国、巴西等经济发展较快的国家和地区集团积极寻求多渠道石油来源；沙特阿拉伯、俄罗斯等老、新产油国都把石油作为本国经济腾飞的“金钥匙”，纷纷制定了“石油兴国”、“石油强国”的战略；世界各国都对石油运输保障和战略储备予以高度重视，例如中国、俄罗斯、哈萨克斯坦、日本、美国等国都在建设长距离输油管线，马来西亚、新加坡和印度尼西亚联合维护马六甲海峡安全，中国和印度筹建石油战略储备设施，等等。

其次，世界各国都制定能源发展战略，将合理利用和节约常规能源、研发清洁的新能源和切实保护生态环境作为基本国策，以实现经济持续发展、社会全面进步、资源有效利用、环境不断改善的目标，从而形成如下发展趋势：高新技术成果在能源工业迅速推广应用。

能源工业正在由低技术向高技术过渡，新技术已迅速地渗透到能源勘探、开发、加工、转换、输送、利用的各个环节，例如自动化生产设备使煤矿开采效率成倍提高，新工艺和新技术促进了深海油田的开发。

化石燃料正在向高效节能、洁净环保的方向发展。

全球范围的节能技术革命已经展开，各国都在通过节约能源和提高能效来降低能源需求量，发达国家的能源消耗下降了30%以上，机动车的燃油效能提高了近一倍。

清洁能源技术迅速提高，各国纷纷推进清洁煤计划。

各种新能源的开发利用引人瞩目。

太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源的研发迅速展开，尤其是美、日、中等国都在大力开发氢燃料电池技术，使用氢燃料电池的汽车样机已经上路，2008年北京奥运会期间将出现氢燃料电池的公共汽车。

到本世纪中期，人类有望进入“新能源时代”。

核能的开发利用重新受到重视。

由于技术的进步，核电站的安全性、核废物处理等难题得到解决，中国、芬兰、美国都着手建设新一代核电站，国际原子能机构实施了先进核燃料计划，日、法、美、俄等国推动了核聚变能的远期商业应用，核能将进入新一轮发展期。

五、对我国能源方案制定的启示本书对新能源材料开发技术的原理和发展趋势做了科学系统的阐述。

指明了中国技术开发的重点、要求和方向。

1. 依靠科技进步和政策引导，积极开发新的能源材料，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路中国有自己的国情，中国能源资源储量结构的特点及中国经济结构的特色，决定在可预见的未来，我国以煤炭为主的能源结构将不大可能改变，我国能源消费结构与世界能源消费结构的差异将继续存在，这就要求中国的能源政策，包括在能源基础设施建设、能源勘探生产、能源利用、环境污染控制和利用海外能源等方面的政策应有别于其他国家。

鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展。

2. 积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系为保障能源安全，我国一方面应借鉴国际先进经验，完善能源法律法规，建立能源市场信息统计体系，建立我国能源安全的预警机制、能源储备机制和能源危机应急机制，积极倡导能源供应在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化，提高市场化程度；另一方面应加强与主要能源生产国和消费国的对话，扩大能源供应网络，实现能源生产、运输、采购、贸易及利用的全球化。