1、2018/6/9,绿色化学,1,6 可再生能源,授课人：张珍明 李树安 许兴友 李金志,授课单位：淮海工学院化学工程学院,第六章 可再生资源,能源多元化新格局太阳能生物质能氢能核能水能风能地热能海洋能,能源多元化新格局,1、什么是能源：这是指可以直接或通过转换，能提供人类社会所需有用的资源。2、什么是新能源：这是指有别于目前常规能源，如石油、煤炭、天然气、水力等之外的，尚未被大规模，但又具有广泛应用前景，正在积极研发，有待进一步推广的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能及生物质能等。3、可再生能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能等，是可以重复、补充应用的，是一种用不尽的能源。 4、非再
2、生能源：石油、煤炭、天然气等能源属于一次性能源，用完就没有了。,联合国预测,在1995年，世界能源消费总量中，常规能源占 82.2%，新能源占17.8%， 2020年，要求新能源的比重要提高到18-20%，2050年争取达到50%。欧盟1998年，在公布能源战略白皮书中称，2050年，欧盟成员国，在可再生能源的应用上要达到50%。可见，实现新能源的转换，是人类社会和科技进步的一个长期的、艰巨的奋斗过程，但又必须从现在立即行动去实施的一项全球共同性的任务。,据壳牌石油公司和世界自然基金会的预测，常规能源和新能源的交替应用过程可能是：,石油 40年,天然气 5 0 年,煤炭 240年,风能,生物质
3、能,太阳能,波浪能,地热能,地球上的能流图（单位106MW）,太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.751026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；,注：TW，功率单位，中文为太瓦， 1 TW =1012w,太阳能,太阳能是21世纪新能源的一大亮点，我国在太阳能利用上占有相当分量。当前，太阳能利用主要三个方面：一是利用热能发电；一是太阳能电池；一是太阳能的化学转化，将水分解成氧和氢，利用氢燃烧发电
4、，但太阳能的技术还在不断发展之中。,即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。,太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。,太阳能的利用方式,光能化学能,光能热能,光能电能,原理:光能化学能,光能热能,太阳炉,太阳灶,原理:光能热能化学能,吸热反应器,放热反应器,光能
5、电能,基本原理是利用光电效应,基本装置是太阳能电池,We can use the light of the sun to create electricity! The sun shines on “solar cells”-youve probably seen them on the roofs of houses. When the sun hits the solar cells,it causes a chemical reaction,which generates electricity!,Solar Energy,生物质能,它是人类最早、最直接的一种利用能源，是具有广泛的资源，
6、如动物、植物和微生物，以及由此派生的，排泄的和代谢的许多有机化物质都可利用。但现在我们常把生物质能分为传统的生物质能，如沼气、秸杆气化、生物质压块成形材料，生物质燃烧炉物等。现代的生物质能，是使它由低品位向高品位的能源转化，如生物质的氢化裂变液化、生物质固体液化，生物质发电等。,生物质能,我国生物质能的利用及前景,1、利用方式,2、存在问题,3、解决农村能源不足的途径,世界第四大能源，可再生能源,优点,1、资源丰富；2、吸收CO2，减轻温室效应；3、替代部分石油、煤炭等，利于环境。,中国生物质能资源分布,1、亚非国家：生物质能占全国能源消费总量的40以上。2、世界：美国、瑞典、奥地利，生物质能
7、转化率4、16和10。美国生物质能发电超10000兆瓦，湿法处理垃圾，回收沼气发电生产肥料。巴西是开发乙醇燃料占汽车燃料的50以上。美国1兆瓦的稻壳纤维素废料发电。,3、中国：96年的薪柴、秸秆的消耗量已达2.2亿吨标准煤，约占能源消费量的14，占农村能源消耗量的34，占农村生活用能的59。,常 规 能 源,草木燃料介绍：,草木燃料，来自植物。体内有丰富的有机物，内存化学能。用途很广，可直接燃烧取能、作肥料、制沼气、喂牲畜、制纸促进人类进步的第一把火一直烧了几万年。直到20世纪90年代初，中国农村居民生活用能的80%依靠我，简单的燃烧，只利用了我体内能量的五分之一左右，,直接燃烧,注释:用纤维
8、素（C6H10O5）n代表植物枝叶的主要成分,缺点: 生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率在2040之间。,思考题：（1）从我国对草木燃料的使用现状来看，它属于 能源。（2）草木燃料的用途有哪些？（3）现在大量燃烧草木以获取能量很不妥 当，如何更好的利用它？请设计方案。,常规,说出下列生物体中能量的来源：（1）肉食动物 ，（2）草食动物 ，（3）绿色植物 ，（4）人类 。,草食动物,绿色植物,太阳辐射能,动植物,太阳光,绿色植物,草食动物,肉食动物,CO2、H2O,残枝败叶,粪便等,粪便等,微生物,动物体内的物质和能量均直接或间接来自绿色植物的光合作用,光合作用是绿色植物通过 中的 吸收太阳光
9、，将 和 等无机物转变为 ，并放出 的过程；若把光合作用比作一个工厂的加工过程，则（1）光合作用的原料是 ， 产物是 ，“动力”是 ， “厂房”是 。（2）整个光合作用的过程用式子可表示为 。,叶绿体,叶绿素,CO2,H2O,有机物,O2,CO2、H2O,有机物、氧气,太阳光,叶绿体,1.从能量角度看光合作用是： 的过程，2.光合作用的意义是： ，3.光合作用的实质是： 。,绿色植物将太阳能转化为化学能贮存于体内有机物中,为其它生物生命活动提供了食物和能量,合成有机物，贮存能量,思考题：,1、生物质能来自 ，源于 ，是一类 能源（“可再生”、“非再生”）,生物体,太阳能,可再生,C,中国生物质
10、能应用： （1）省柴节煤炉灶，（2）沼气（有机物、垃圾填埋发电）；（3）薪炭林，（4）畜禽场、秸秆沼气。,生物质能来源于植物及其加工产品贮存的能量。生物质能源是一种理想的可再生能源，其具有以下特点：可再生性；低污染性 ；广泛的分布性 。,生物质能,生物质能的来源：,从农作物相关的材料中获得B. 从藻类制取C. 从废弃物中获得D. 从生物质作物中获得E. 通过转化二氧化碳生成F. 从动物相关物中获得,2018/6/9,绿色化学,50,A.从农作物相关的材料中获得：,从小麦、玉米、红薯等粮食作物制取燃料乙醇、生物柴油等生物能源，随着粮食安全问题的日益显著，“与人争粮”的问题直接制约着此种方法的发展
11、，极端的说法甚至认为这是粮食价格上涨的主要原因，直接导致了粮食危机。,用含糖类、淀粉（C6H10O5）n较多的农作物（如玉米、高粱）为原料，制取乙醇。,乙醇汽油,乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。按照我国的国家标准，乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。,乙醇汽车,乙醇汽油的优点,优点：1.乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃烧更充分，有效地降低了尾气中有害物质的排放；2.有效提高汽油的标号，使发动机运行更平稳；3.可有效消除火花塞、气门、活塞顶部及排气管、消声器部位的积炭，可以延长主要部件的使用寿命。,2018/6/9
12、,绿色化学,56,我国的有机碳组成中，海洋藻类占了1/3，藻类是一种数量巨大的可再生资源，也是生产生物质能源的潜在资源，其中微型藻类的含油量非常高，可以用于制取生物柴油。我国大规模养殖的微藻包括螺旋藻、小球藻、盐藻、栅藻、雨生红球藻等。山东培育出的富油微藻，最高含油比已经达到68%.,B.从藻类制取 ：,2018/6/9,绿色化学,57,人畜粪便（人、牛、马、猪、鸡、羊）、农作物秸秆、树叶，杂草，菜叶，淀粉废渣、城市有机垃圾、污水处理厂的污泥等原材料可以通过微生物发酵生成生物沼气，这种方法可以减少此种原料对环境的污染，同时解决了能源的问题。,C.从废弃物中获得：,沼气从1776年被意大利物理学
13、家A.沃尔塔在沼泽地发现后，经过三百多年的发展，因其可再生，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等特点，在全世界的发展热度长久不衰，特别是在农村地区。,a、利用植物的秸杆、枝叶、杂草和粪便等 制取沼气,农作物废弃物发电厂,焚烧垃圾装置,2018/6/9,绿色化学,66,通过转化二氧化碳生成利用转基因的微生物在阳光的作用下，将二氧化碳和水转化为乙醇或碳氢化合物燃料。,D.通过转化二氧化碳生成：,2018/6/9,绿色化学,67,E. 从动物相关物中获得：,动物体内含有的大量脂肪可以作为制造能源的原料，迄今，已有人提议将有毒的格陵兰鲨肉作
14、为生物燃料之用；将食用动物屠宰后的废料羽毛、内脏、血中所含的脂肪提取出来制作为生物燃料。,6.3 氢能,氢是世界上最丰富的一种元素，它可以从水中提取，是取之不竭的，用之不尽的。氢的热效率很好，燃烧1克氢，相当于3克汽油燃烧的热量。氢的燃烧过程，除了释放很高热能外，余下的废物仅是水。,由此可见，氢能确实存在着许多优点，人们从20世纪初，就试图利用氢作为能源，目前在汽车等许多工业中都有应用，但要把氢能作为社会化的资源，至今还未获得实质性进展，在制氢、储存、运输、价格等制约因素看，有待进一步克服技术上难点，这也是当前全球都在攻克的科技关键。科学家预测，再过20多年，氢能的应用会有突破性的进展，它的优
15、越性充分地显示出来。,氢能的开发与利用,氢能的特点：1、是自然界存在最普遍的元素 2、发热值高3、氢燃烧性能好，点燃快 4、氢本身无毒 5、氢能利用形式6、理想的清洁能源之一 ,解决制氢的能耗问题,氢气的贮存和运输问题,碳纳米管储氢材料,据PhysOrg网2005年10月24日消息，最近一家名为Engineuity的以色列公司发明了一种能够在汽车内产生氢气的技术系统，而且只需要使用镁和铝等普通金属。这一技术将完全解决汽车在氢气制造、运输和储存方面的所有相关难点。,氢能量转折,动力未来,6.4 核能,世界上第一座实验室核反应堆，是美国1951年投入运行，1954年原苏联也建成核能电站，这至今已有
16、50年历史。大家都知道，核聚变的能量是巨大的，而且核材料是取之不尽的。 目前，国际上更为先进的核能装置不断出现，全世界已有400多座核电站，而且还在继续扩充。1993年12月，美国一实验室试验用气氘氟反应得到了6.4兆瓦能量，号称“人造小太阳”，这标志着新型核聚变能应用的重大突破，计划可在2030年投入商用化，那时，核能将成为无穷的能源供给场所。,我国核能发展也很快，1991年，第一座核电站在浙江海盐县秦山建成，之后有大亚湾、连云港建成多座核电站。我国在1984年，在四川乐山市建成第一台大型核聚变装置中国环流器1号，最近又和德国IPP合作，建造更先进的“中国环流2号”。,6.5 水能,水力能是
17、清洁能源。如今日的美国、日本和西欧水力能利用已达可利用水能资源的59.3%、69.9%和47.9%，但发展中国家则比较低，南美洲为10.4%，非洲3.6%，我国为5.06%，全球平均水能利用率13.54%。但2010年三峡水电站建成，总装机容量是1820万千瓦，这是世界上最大的一个水电站。,6.6 风能,风能是人类最早有意识利用能源之一，近来，随风能科技不断发展，风能越来越受到重视。2000年，全球风力发电装置约25000兆瓦，欧洲是风力发电发源地，发电装机容量达17300兆瓦，占70%。据欧洲风力发电协会预测，2010年全球风力装机容量达23万兆瓦，其中欧洲10万兆瓦，世界上有3亿户人家能用
18、上风力的电能。,6.7 地热,地热能量是储存于地球内部岩石或流体中的热能，通常表现为热水、蒸汽或干热岩，热能储量惊人。仅美国加州的喷泉热田热能量估算，可开发出相当于280亿桶石油或62亿短吨（1短吨等于907千克）煤的能量。日本有17处地热发电站。目前，全球地热装机容量1000多万KW。我国已探明地热能储存4000多处，折合4600多亿吨标准煤，储量丰富。目前可开发的仅76万吨，不足千分之一，高温地热带多分布在西藏、云南、台湾等地，由于地域分布、探钻深度，输送条件等限制，使地热成本较高，开发难度较大，短期内还难形成规模化。,6.8 海洋能,海洋能含有潮汐能、波浪能、海洋热能、海流能、海盐差能等诸多能源形式。估计目前，全球沿海区域已利用海洋能就达10亿千瓦以上，从前景看，这是一种难以估量的可再生能原。这里先谈潮汐能，这是已经比较成熟化的一种海洋能。潮汐能是利用海岸的潮水涨落，引发水位升降而产生的势能，通常落差在大于3米的潮汐就可有利用价值。据不完全统计，英、美、加、俄、印、韩等13个国家，已拥有运行，在建和拟建具有规模化潮汐电站有139个，其中10多座属于100万千瓦的大型电站，个别要达到1000万千瓦。我国利用潮汐发电已有40年历史，已建成8座潮汐电站，总装机客量6120千瓦，其中最大的位于浙江温岑市江夏潮汐试验发电站，总装机客量为3200千瓦。,
