我们的未来之绿色能源篇

我们的未来,绿色能源化学,11级应用化工技术丁世亮,内容大纲,人造太阳核能,2012年世界一次能源消费结构（单位：%）,本图所示的一次能源是指商业贸易的燃料，包括用于发电的现代可再生能源。本表只取一次能源消费大于100百万吨油当量（Mtoe）的国家。,从表中可以看出：（1）2012年一次能源消费最多的国家是中国和美国，分别占世界总量的21.9%和17.7%，两者之和为39.6%。（2）如将水力发电和再生能源都并入再生能源，中国（226.7Mtoe）明显高于美国（113.9Mtoe）。（3）煤在一次能源消费的份额中最高的不是中国（68.5%），而是南非（72.8%）。（4）在本表中，天然气在一次能源消费的份额中，中国除了比南非（2.8%）高以外，比任何国家都低。（5）虽然中国水力发电起着重要作用，在一次能源消费中占7.1%，但是巴西（34.4%）、加拿大（26.3%）、土耳其（11.0%）都低。,绿色能源也称清洁能源，是环境保护和良好生态系统的象征和代名词。它可分为狭义和广义两种概念。狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能。这些能源消耗之后可以恢复补充，很少产生污染。广义的绿色能源则包括在能源的生产、及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源，如天然气、氢气、清洁煤、生物质能和核能等。,世界上最大的水电站：中国三峡,世界上最大的生物能电厂：芬兰,世界上最大的太阳能热电厂：美国加利福尼亚州南部的segs电厂,最大的波浪能电厂：葡萄牙,介绍几种绿色能源,其他生物质能介绍,最常见的绿色能源太阳能,完全无污染的能源氢能源,不可或缺的生活热源天然气,蕴藏在生物质中的生物质能,太阳能,太阳能的优点：,是地球上最丰富的能源免费使用不需运输对环境无污染,缺点：太阳能利用率低,地球单位表面积接收到的太阳辐射能小太阳能随昼夜、气候和季节的变化而变化,光热转换：利用各种集热器将太阳能收集并转换成热能再加以利用。,应用实例：太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能空气调节器、海水淡化、太阳能热电站等。,光电转换：利用太阳辐射能转换成电能再加以利用。,太阳能电池、太阳能电站等。,应用实例：,光化学转换：是将太阳能转换成化学能，再转换为其他能量为人类所使用。,应用实例：如太阳能制氢，即利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢和光合作用。,12H2O+6CO2+光C6H12O6(葡萄糖)+6O2+6H2o（叶绿体中）,氢能,氢能的优点：,热值高H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)=-285.8kJmol-1折合热值为142.9MJkg-1,约为汽油的3倍，煤炭的6倍资源丰富，氢燃烧速度快，可利于获得高的功率无污染,要使氢成为广泛使用的能源，关键是要解决廉价的制氢技术、方便安全的氢的储存和运输问题！,1.制氢方法,如：水煤气制氢、电解法制氢、热化学法分解水制氢、太阳能光解制氢、生物制氢等。,2.氢的贮存与运输,储存如：高压气体储存、低压液氢储存、金属储氢材料储氢。,运输如：一般的交通工具、管道运输。,天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。,天然气,甲烷燃烧方程式完全燃烧：CH4+2O2=CO2+2H2O（反应条件为点燃）甲烷+氧气二氧化碳+水蒸气不完全燃烧：2CH4+3O2=2CO+4H2O,绿色环保天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。经济实惠天然气与人工煤气相比，同比热值价格相当，并且天然气清洁干净，能延长灶具的使用寿命，也有利于用户减少维修费用的支出。天然气是洁净燃气，供应稳定，能够改善空气质量，因而能为该地区经济发展提供新的动力，带动经济繁荣及改善环境。安全可靠天然气无毒、易散发，比重轻于空气，不宜积聚成爆炸性气体，是较为安全的燃气。,生物质能,生物质能：是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物内部的能量。,生物质能,木材及森林工业废弃物农业废弃物水生植物油料植物城市和工业有机废弃物人和动物粪便,生物质能来源,光合作用,植物水+二氧化碳-有机体+氧太阳能,internalleafstructure,chloroplasts,outermembrane,innermembrane,光合作用,生物质能来源,生物质能概述,光合作用的总过程,光化学反应电子传递太阳光能-电能-活跃化学能（同化力）heATP，NADPH2（光反应）CO2H2O-稳定化学能C6H12O6（暗反应，酶促反应）,生物质：n(C6H12O6),生物质能的优点,1)可再生性生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源；2)低污染性生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；3)广泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；4)生物质燃料总量十分丰富生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。,生物质能的开发和利用：,(1)热化学转化法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品(2)生物化学转化法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品(3)利用油料植物所产生的生物油(4)把生物质压制成成型状燃料(如块状、棒型燃料)，以便集中利用和提高效率,生物质能,生物质能利用与转化,生物质的空气气化,气化反应过程原理图,干燥区（100250C）水分蒸发热解区（250C以上）生成固体焦炭、气体挥发分、焦油、木醋酸和热解水等氧化区（1000C以上）高温热解气体产物和焦炭与氧气发生燃烧反应还原区（700900C）氧化区所生成的高温气体与高温炭层发生非均相的还原反应，生成含有CO、H2、CH4、CmHn、CO2等。,生物质能,生物质能利用与转化,生物质的热解原理,生物质在基本无氧的环境中受热分解，生成固体炭、液体燃料和气体的过程,干燥阶段在150C左右，蒸出物料中的水分。预热解阶段在150300C左右，物料化学组成开始发生变化，不稳定成分（如半纤维素）分解成CO2、CO和少量醋酸等物质。固体分解阶段在300600C左右，生成醋酸、木焦油和甲醇等液体和CO2、CO、CH4、H2等气体物质。此阶段放热。,燃烧阶段C-H、C-O键进一步裂解，排出残留在木炭中的挥发分。,我国微藻制备生物柴油技术,农村建立的大型沼气池,太阳是取之不尽用之不竭的热核能源。,合肥科学岛上的东方超环(EAST)超导托卡马克实验装置,合肥科学岛“人造小太阳”,核能还具有以下一些优点：1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。,中国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7%。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。,发展绿色能源的意义,生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。,目前，能源开发已经成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比例。国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例生物质转化为高品位能源利用已经具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗旦的4%，t6%和10%。在美国，生