1、绿色设计中清洁的绿色能源,“绿色”能源有两层含义：一是利用现代技术开发干净、无污染新能源，如太阳能、风能、潮汐能等；二是化害为利，同改善环境相结合，充分利用城市垃圾淤泥等废物中所蕴藏的能源。与此同时，大量普及自动化控制技术和设备提高能源利用率。年以来，工业化国家利用太阳能、水力、风力和植物能源获得的电力相当于万吨标准煤的能量，而且这种增幅在本世纪内将以平均每年9的速度增长。从年工业化国家仅在风力和太阳能两种发电设备方面的成交额就达亿美元，其中，美国、德国、日本、瑞典和荷兰等国家进展最快。 绿色能源也称清洁能源，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、
2、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、清洁煤（将煤通过化学反应转变成煤气或“煤”油，通过高新技术严密控制的燃烧转变成电力）和核能等等。,人们常常提到的绿色能源，如太阳能、氢能、风能等，但另一类绿色能源，就是绿色植物给我们提供的燃料，我们就管它叫做绿色能源，又叫生物能源或物质能源。其实，绿色能源是一种古老的能源，千万年来，我们的祖先都是伐树、砍柴烧饭、取暖、生息繁衍。这样生存的后果是给自然生态平衡带来了严重的破坏。沉痛的历史教训告诉我们，利用生物能源，维持人类的生存，甚至造
3、福于人类，必须按照它的自然规律办事，既要利用它，又要保护它，发展它，使自然生态系统保持良性循环。 但在绿色能源中，另一种资源是草类。据统计资料表明，目前世界上的草场面积有26亿公顷，绝大部分是天然草场。它既能放牧，又是野生动物生息繁衍的乐园。还有一部分草场专为牲畜越冬提供饲料，极少部分的草场才是为人们生活提供燃料的。近年来，由于广大农民生活水平的提高，电气化程度也在不断地提高，大多数农民们的燃料结构发生了根本性的变化，许多农民朋友，冬季取暖不再用柴火烧炕，而是电热毯一插温暖如春，做饭也不再烧柴、烧秸秆了，而是用上了蜂窝煤炉、液化气灶以及沼气。即使烧秸秆，也是边远山区极少一部分，或个别农家。而大
4、量的秸秆堆放在田间，成堆成山，有的甚至侵占了农田。因此，有的农民在田间大量焚烧秸秆，造成环境污染，甚至影响高速路行车和飞机起降。 怎样才能解决这个问题呢？最有效的是搞综合利用。实践证实，农作物秸秆既可以作肥料，又可以作饲料，又可当柴烧。如果我们把农作物秸秆沤制沼气，产生出的沼气可作燃料，也可用沼气灯照明，腐烂了的秸秆，还可以作肥料。如果把秸秆粉碎后与草混合还可喂牲畜，牲畜的粪便也可以用来沤制沼气，产生沼气以后剩下的渣子还可以作肥料。因此，大力发展沼气开发综合利用，是解决农村目前能源短缺的好途径。,各种形式的能源,化石燃料 地热能 太阳能 风能 核能 电能 生物质能 氢能,太阳能,太阳是一个巨大
5、、久远、无尽的能源，同时也是许多能源的来源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约?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於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於太阳；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，狭义的太阳能则限於太阳辐射能的光热、光电和光化学的% 太阳能 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源，同时也是许多能源的来源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约?3.75
6、1026W）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於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於太阳；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，狭义的太阳能则限於太阳辐射能的光热、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。它的资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境没有任何污染。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
7、阳能的有效利用。,地热能,地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源於地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变，其利用可分成地热发电和直接利用两大类。 地热能的储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那麼地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛，据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当於100PWh。 不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度较大。,风能,风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球
8、的太阳能中虽然只有大约2转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有著十分重要的意义。即使在已开发国家，高效洁净的风能也日益受到重视。,海洋能,大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏著巨大的能量，它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水裏，不像在陆地和空中那样容易散失。 海
9、洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在於海洋之中，分述如下： 潮汐与潮流能来源於月球、太阳引力，其他海洋能均来源於太阳辐射，海洋面积占地球总面积的71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分转化成各种形式的海洋能。 海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存著温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。 潮汐、潮流，海流、波浪能都是机械能，潮汐能是地球旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的，并由长周期波储存的能量，潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比；潮
10、流、海流的能量与流速平方和通流量成正比；波浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能，波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。 河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差，若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。,生物能,生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源於植物的光合作用。在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更
11、是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。 据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t，含能量达3x1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当於全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林?品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等。,氢能,氢能是一种二次能源，因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采，这种能源总有枯竭的一天
12、，而氢能若能从中生产，则可望能抒解能源危机的警戒。 在自然界中，氢已和氧结合成水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水，一个步骤就可发电，发电较传统方式有效率。商品化后，这样的发电系统不但适合一般家庭使用，其副产品所产生的热水，大约在摄氏40到60度间，相当适合家庭洗澡与厨房利用，一举两得。 如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电支分解水制氢，那显然是划不来的。现在看来，高效率的制氢的基本途径，是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢，那就等於把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的乾净能源了，其意义十分重大。,教学目标,1
13、、 了解常见几种能源。2、 初步认识化学能转化电能的原理。3、初步了解氢能开发的意义。,第一节 化学与能源 （第1课时）,教学重点难点,重点：化学能转化为电能的原理难点：以化学与能源知识为载体，培养学生对社会的关注。,化 石 燃 料,化石燃料：是指石油、天然气、煤，它们是人类生活中的主要能源，但随着全球对能量的不断使用，必将日趋枯竭，而且这些燃料在使用中，对环境会产生大量的污染，如煤燃烧产生的SO2，就能形成危害极大的酸雨。,地 热 能,地球内部放射性元素不断进行热核反应，放出大量的热，温度可达6000，高温的热量通过厚厚的地层，时时刻刻向太空释放，这种“大地热”，称为热能，地热能约为全球煤热
14、能的1.7亿倍。,太 阳 能,太阳表面温度高达6000，内部不断进行核聚变反应，并且以辐射形式向宇宙发出巨大的能量，据估计，每三天太阳向地球辐射的能量，就相当于地球所有矿物燃料燃烧放出的能量。,风 能,当太阳辐射能穿越地球大气层时，大气层约吸收21016瓦能量，其中一小部分转化为大气的动能。因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能，产生大气压力差导致空气流动形成“风”，风能非常巨大，理论上仅1%的风能就满足人类能源需要。,核 能,是由于原子核内部发生核变或聚变而产生 大量热。,广东岭澳核电站,江苏连云港核电站,生 物 质 能,生物质能是太阳能以化学能形式贮存生物中的一种能量形式。它直接或间接来自于植
15、物的光合作用。如柴薪作为能源，仍是许多发展中国家的重要能源。,电 能,通常利用石油、煤炭、天然气等燃料燃烧产生的热能加热水，然后再由水蒸气推动发电机发电，除此之外，还有水力发电等。,水电站,一、化学能转化为电能 二、氢能,人们认为氢能是一种极其理想的新能源，氢蕴藏在浩瀚的海洋之中，其产生的热量是地球上矿物燃料的9000倍。,你知道氢能源有哪些优点吗？,（1）燃烧热值高： 每千克氢燃烧后放出142.35千焦的热量，约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍. （2）清洁无污染:燃烧产物是水,对环境无任何污染。 （3）资源丰富：氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。,你知道氢能为什么不能被广泛使用
16、吗？,（1)制取成本高，需要大量的电能（2)安全贮运问题。,光合作用：撑起绿色能源一片天,文章来源：科技日报 更新时间：2008-9-2 点击数： 9 评论本文 二氧化碳排放、油价飙升、能源危机已成为当前热门的话题。 实际上，地球上的能量巨大。太阳每秒钟到达地面的能量达80万千瓦，如果将太阳光照射地球表面1个小时产生的所有能量聚积起来，就足以满足人类整整一年的能源需求。 而光合作用是地球上最为有效的固定太阳光能的过程，如果人类可以像植物一样利用光合作用，直接把太阳能转换成我们需要的能源，将有效解决能源紧缺问题。 目前，科学家已经开始研制新型的生物光伏电池。 供能优势 高效光能转化器,光合作用是
17、绿色植物、包括藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的过程。它为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供物质和能量来源，光合作用放出的氧气，是地球上氧气的主要来源。当今人类所消耗的石油、煤、天然气也都是远古时期植物光合作用的直接和间接产物。 不过，最让科学家感兴趣的是光合作用极高的光能吸收、传输和转化效率。“在光合作用的第一阶段，叶绿体中捕光色素蛋白复合体内光能的吸收传递效率能到90%98%。之后当光子被传递到反应中心后，反应中心进行能量转化的量子效率几乎能达到100%。而且整个吸能转能过程在715秒内完成。”中国科学院植物研究所匡廷云院士告诉记者。
18、新进展研制生物光伏电池 科学家们模拟叶绿体结构的吸能转能机理，制成高效的染料敏化太阳能电池。目前染料敏化太阳能电池在测试条件下光能转化效率已经达到11.1%。 今年4月，我国华东师范大学科研人员在这一领域取得突破，研发出了一块高效染料敏化太阳能电池。这块电池使用了二氧化钛和“三明治”结构。我国的创新点是：通过在染料中加一些由纳米荧光材料制成的量子点，使“捕光手”能“蚕食”多个波长的阳光。提高了电池的吸能效率。目前，这块仿生太阳能电池的光电转化效率已超过10%，接近11%的世界最高水平。中国科学院的植物所、化学所、技术物理所以及国家纳米中心等单位目前正开始着手研制新型的生物光伏电池，决心挑战太阳
19、能电池光量子转换的Shockley-Queisser理论上限。蓝藻驱动氢动力,40多年前，人们发现在无氧条件下，植物会激活细胞内部一种可生成氢气的酶氢酶。如果这时让这些蓝藻照射阳光，便会产生氢气。据估计，如果藻类光合作用产氢效率能达到10%，那么则5万平方公里藻类接受太阳能放出的氢气可满足美国的全部燃料需要。 但实际上，蓝藻的产氢效率远不能达到10%。而光合作用分解水分子时放出的氧分子，会使氢化酶的活性降低，并最终使其停止工作。这也就是为什么蓝藻的放氢活动只能延续几秒钟，最多几分钟的时间。 为此，科学家们利用抑制剂有针对性地阻止了负责生成氧气的光合系统，同时把氢酶基因和一个控制元连接起来，以提
20、高氢化酶遗传信息的读取次数。这种藻类的氢气产量比它们的天然同类提高了两到三倍。目前，德国波恩的科学家正在和美国加州的一家公司合作，检验这种藻类是否适于用来大规模生产氢气。中科院植物所科研人员发明了微藻与需氧细菌共同培养，大大提高藻类放氢效率。 未来瓶颈光能转换效率不高,目前，很多国家都制定了基于植物光合作用的第三代光伏电池发展计划。我国也正积极推动相关研究项目的立项。但要从实验室走进市场，“叶绿素”绿色能源还有很多问题需要解决。 “首先要面对的就是光能转换效率的问题。”匡廷云院士介绍说，虽然光合作用的第一阶段叶绿体的光能吸收传递效率高达90%98%，光能转化的量子效率几乎为100%。但目前转能
21、效率最高的是2004年美国科学家利用光系统I制成的光伏电池，转能效率仅为12%。” 使用寿命较短 太阳能电池的寿命同样很重要。而2004年美国科学家研制的电池寿命仅为21天。“这涉及生物蛋白的稳定性问题，未来我们希望利用生物体的自组装功能来维持其光合作用功能和寿命。”匡廷云说。 最终能否走进市场，还要成本说了算。虽然据估算，染料敏化电池的成本仅相当于硅电池板的1/10，“但目前要达到这样的成本显然还不可能，大规模生产还有待时日”。,记者：光合反应的研究有什么重要意义？ 匡廷云(中国科学院植物研究所院士)：阐明光合作用高效吸能、传能和转能的分子机理，丰富和发展超分子体系的电子传递及能量传递理论，
22、促进生命科学、物理学及化学学科前沿领域的发展，而且能为提高作物和能源植物光能利用效率提供理论依据、新思路和新途径，为农作物及能源植物超高产，为建立我国本世纪农业可持续发展的新技术作出重要贡献。对光合作用高效转能的模拟，还可以为开辟太阳能利用的新途径、为太阳能电池、生物电子器件及生物芯片的研制提供理论基础，从而促进农业科学、能源科学、信息科学和材料科学的发展，为开辟21世纪的新兴产业提高理论依据和科学技术信息。 记者：研究光合作用机理对于缓解人类生态问题和能源危机有什么意义？ 匡廷云：近年来，人类活动的增加，化石燃料燃烧使空气中温室气体(尤其是二氧化碳)的含量剧增，带来了温度上升、海平面升高等一
23、系列严重的负面影响。而光合作用能吸收二氧化碳并将其转变为生物能储存在植物体内，大大缓解了温室气体对地球的压力。另外，人类活动的增加也使石油、煤炭等资源急剧消耗。利用和模拟植物的光合作用机理，可以为寻找新能源提供思路。,记者：目前光合作用新能源的研究有哪些思路？ 匡廷云：我们研究光合作用机理，筛选出光合效率高、抗盐碱和干旱能力强的能源植物，在边远贫瘠的土地种植，形成生物质能源资源的产业基地。利用这些植物资源得到的生物质能，可以在不与人争粮争地的情况下缓解人类的能源危机。 同时，光合作用机理可以为制造高效率的光伏电池提供借鉴。目前，单晶硅光伏电池的光能利用效率在20%30%之间，且成本昂贵。多晶硅
24、电池虽然成本大大下降，但效率仅为7%左右。而将植物光合膜色素蛋白体制成生物芯片或敏化剂，可能为我们提供光能利用效率非常高的叶绿素光伏电池。 在2008北京奥运会的诸多场馆(地)中，国家体育场(“鸟巢”)和奥运村无疑是两颗耀眼的“明星”。在这两个场馆(地)的建设中，太阳能电池将高高在上的太阳“邀请”下来，为其“增光添热”。事实上，目前的电池的太阳能利用率最大只能达到11%，因此模拟光合作用的高效能光伏电池已成为科学家研究的热点。,我国科学家已“拷贝”叶绿体,光合作用高效的吸能、转能活动的物质基础是在叶绿体内光合膜上具有一定分子排列和空间构象的色素蛋白复合体和有关电子载体。那么我们能不能人工模拟叶
25、绿体光合膜，并以此为基础打造高效的太阳能电池？ 2004年3月18日，自然杂志以主题论文的方式发表了由中国科学院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物(LHCII)晶体结构”研究成果。该文章揭示了光合作用高效进行光能吸收和传递的结构、机理，为复制叶绿体光合膜结构、模拟光合作用提供了基础。 “了解捕光色素蛋白的结构后，人们可以进一步了解其能量传输网络，并将其制成生物芯片来吸收光能。”匡廷云院士说。 同样是在2004年，美国科学家利用这种蛋白质将叶绿素光电池变为了现实。科学家把菠菜的色素蛋白复合体像三明治一样，一层一层地贴在连有导线的金箔上面，并附上一层导电的金属，另一端则连着导电的
26、有机材料。当光线照射在这个“三明治”结构上时，蛋白质就会释放电子，传到下面的金属层形成电流，其测得的太阳能转化效率达到12%。这项研究的商用价值让人期待。,秸秆气化炉综合知识,秸秆气化炉又叫秸秆制气炉、环保节能气化炉、秸秆制气炉、秸秆汽化炉、家用秸秆气化炉、环保节能汽化炉、生物质气化炉、高效生物质制气炉! 1、什么叫做秸秆燃气？ 秸秆燃气，是利用生物质通过密闭缺氧，采用热解法及热化学氧化法后产生的一种可燃气体，这种气体是一种混合燃气，含有一氧化碳、氢气、甲烷等，亦称生物质气。 2、秸秆燃气中含有哪些燃气组分？ 根据北京市燃气及燃气用具产品质量监督检验站秸秆燃气检验报告得知：秸秆燃气含量：一氧化
27、碳15.27%、氧3.12%、氮56.22%、甲烷1.57%、丙烷0.03%、丙烯0.05%。3、秸秆燃气的开发前景怎样？ 2003年“太阳能”杂志第一期我国植物生物质能源开发展望一文中已做预测，摘录如下： 植物生物质能源是一个巨大的太阳能仓库，是重要的“绿色能源”之一，可以讲开发利用植物生物质能源，就是开发利用太阳能。植物生物质能源可以再生，取之不尽，取之不竭。因此，根据我国国情和当今国际社会“新思维、新料学、新技术”的发展态势，发展的植物生物质为原料的绿色能源转化技术，符合本世纪发展的主题社会可持续发展。,据报道，我国能源专家对本世纪上半叶我国植物生物质能源的发展进行了3个阶段的科学预测：
28、第一阶段（2001-2010），植物生物质能源的生产能基本得到满足，基本解决我国农村生活用能，生态环境的破坏能得到有效地控制，基本遏制因直接燃烧植物生物质和废弃植物生物质而引起的生态环境恶化的趋势；第二阶段：（2011-2030），我国农村植物生物质能源综合建设达到社会化，农用植物生物质能方式多维、多元化，生产，生活用能得到满足，植物生物质绿色能源转化技术得到普遍推广和应用，我用生态环境建设开始走上良性循环的轨道；第三阶段：（2031-2050），建立起我国多能互补，结构合理，安全可靠的植物生物质能源生产供应体系，并形成规模，乡镇企业因能源高效化，农民因能源优质化。基本建立起适应可持续发展的良
29、性循环的生态环境系统工程，增强我国植物生物质能源综合建设的可持续发展能力。 我国著名科学家，中科院院士朱清时教授讲，目前我国能源战略迫切需要研究用非粮食类生物质作原料生产液体类，气体类燃料。开发出拥有自主知织产权和具有推广价值的实用技术，保障我国植物生物质能源的安全开发利用和经济昌盛繁荣。4、秸秆燃气从那里来？ 农民使用秸秆燃气可以从以下两个方面，第一，靠秸秆气化工程集中供气获得。第二，可以利用生物质自己生产。 秸秆气化工程，一般为国家，集体个人三方投资共建，一个村（指农户居住集中的村）的气化工程大约需50-80万，在我国目前大约有200多个村级秸秆气化工程。 农民自产自用的秸秆燃气，主要靠家
30、用制气炉进行生物质转化，投资不大，小则300余元，多则700余元。,5、秸秆燃气生产技术原理？ 植物生物质（包括据木、木柴，野草，松针树叶，作物秸秆，牛羊畜粪，食用菌渣）中的碳元素质量分数约为40%，其次为氢、氮、氧、镁、硅、磷、钾、钙等元素。植物秸秆的有机成分以纤维素，半纤维素为主，质量分数为50%。这些生物质原料，在缺氧条件下加热，使之发生复杂的热化学反应的能量转化过程。此过程实质是植质中的碳、氢、氧等元素的原子，在反应条件下按照化学键的成键原理，变成一氧化碳、甲烷、氢气等可燃性气体的分子。这样植物生物质中的大部分能量就转移到这些气体中。6、秸秆燃气生产的工作原理？ 制气炉具有生物质原料造
31、气、燃气净化、自动分离的功能。当燃料投入炉膛内燃烧产生大量CO和H2时，燃气自动导入分离系统执行脱焦油、脱烟尘、脱水蒸气的净化程序，从而产生优质燃气，燃气通过管道输送到燃气灶，点燃（亦可电子打火）使用。7、气化炉的分类有哪些？ 秸秆气化炉，亦称生物质气化炉，制气炉，燃气发生装置等，在气化炉当中，分直燃（半气化）式和导气（制气）式气化炉。其中导气式气化炉中又分上吸式、下吸式、流化床气化炉。直燃式与导气式气化炉在广告词中，不少读者极易被误导。直燃式气化炉是适用二次进风产生二气化燃烧，而导气式气化炉是运用热化学反应原理产生可燃气体燃烧。,8、秸秆燃气生产技术发展方向？,用生物质替代煤，天然气和重油等
32、化石燃烧来制备合成为甲醇、汽油或柴油等液体燃料而用于交通工具，这样即可以满足人类对液体燃料日益增长的需求，同时又可有效减轻由于大量使用化石燃料给环境带来的污染。 采用热化学氧化方法有两个技术途径可以将生物质制备成合成气： 直接将生物质气化后制成合成气。工艺统程如图所示： 生物质热解气化合成液化 此方法的难度是合成气工厂的生物质原料运输供应困难。 先将生物质热解液化成生物油，然后再将生物油气化制成合成气。工艺统程如图所示： 生物质热解气化热解成生物油合成液化 这种方法是在合成工厂周边建立若干个生物质液化工厂，然后再将液化所得的生物油运输到合成气工厂集中气化，这种方法将是今后秸秆燃气发展的方向。,
33、绿色能源又称清洁能源，可分为狭义和广为两种概念。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、地热能和海洋能等。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、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、清洁煤(将煤通过化学反应转变成煤与成“煤”油，通过高新技术严密控制的燃烧转变成电力)和核能等。目前，世界各国对发展绿色能源产业越来越关注，欧盟计划到2010年所使用的能源有15来自可再生能源；德国一年将投入20亿欧元的巨资开发风能，而且其技术现在已届世界领无水平。中国作为一个发展中国家，要实现可持续发展，必须大力发展绿色能源产业。据国家
34、经贸委组织制定的2000-2015年新能源与可再生能源产业发展规划要点指出：我国今后将加强风能、太阳能、地热、生物质能等新能源和可再生能源的发展，到2015年我国新能源和可再生能源年开发量将达到4300万吨标准煤，占当时能源消费总量的2%。根据国家的有关产业政策和本地区经济发展的条件，天津市委市政府决定将绿色能源领域中的镍氢电池、锂离子电池和太阳能非晶硅电池作为发展重点，给予扶持。,镍氢电池容量较高，无记忆效应，制造材料环境污染较少，故人们习惯称其为环保电池。该系列电池的正极为镍，负极为氢，使用前无须放电。锂离子电池的正极用锂化合物，负极为碳。在充电过程中，锂离子在正负极间转移，因而称为锂离子
35、电池。该系列电地具有体积小、重量轻、寿命长、比能量高、无记忆效应的特点(与同容量镍氢电池相比，体积减少30%，重量降低50%)。正因为锂离子电池的诸多优点，所以它代表了世界电池产业的发展潮流。随着科技发展的日新月异，镍氢电池的产量自1999年达到最高峰后(7.83亿只)逐步呈下降趋势。在手机市场方面，由于锂离子电池的迅猛发展，镍氢电池的用量将越来越少，预计到2003年手机电池产量将达到5亿只，其中30%为镍氢电池，70%为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池。在电动工具上，预计到2003年左右，30%电动汽车和混合式汽车将采用镍氢电池；到2010年世界电动汽车的产量预计为80万台，其中约60%的汽
36、车将采用镍氢电池。据统计，日本松下公司设计的电动汽车，每台需用镍氢电池240只，而本田公司1997年开发出的混合式汽车，每台需用120只，据此，每年对镍氢电池的需求将超过1亿只。,锂离子电池的发展又可分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两种。1、液态锂离子电池(LTB)在手机和笔记发电脑等信息通讯设备的使用上前景广阔，产量呈逐年稳步上升趋势。2000年产量为4.76亿只，世都市场的需求量约为5亿只。然而，由于价格和安全性问题，液态锂离子电池在电动汽车的使用上并不象在手机上那样占居优势，而是将呈现出与镍氢电池齐头并进的发展局面。2、聚合物锂离子电池(LTP)的发展非常看好，随着高新技术突飞猛进，
37、将逐步取代目前常用的液态锂离子电池及镍氢电池。该电池容量估计比目前的液体锂离子电池大一倍，同时由于聚合物锂离子电池材料柔软，类似塑料片，故一直被认为是超薄型锂离子电池，也是手机、笔记本电脑和儿童玩具的理想电源。,想象一下你开着不用加油而是采用压缩空气制动的“气车”去上班；办公室的电灯和空调都是由风能和太阳能发电，多余的电能还能供街道上的路灯和红绿灯使用；泡咖啡的水是从收集的雨水中循环的再生水，盛水的瓶子不是塑料而是从植物中提炼的有机物质制成近日在澳大利亚墨尔本举行的绿色能源技术论坛为人们展示了一种全新的生活方式。 影响环境变化和生活方式的绿色能源技术 绿色能源技术为人们提供了一个清洁无污染的城
38、市发展前景和健康的生活方式。在墨尔本的清洁能源技术论坛上展示的各式各样的绿色能源技术项目令人眼前一亮，其中最引人注意的，是弗兰克埃特纳的空气动力车。弗兰克的公司是发展空气动力引擎的，他向人们展示的“气车”可以不使用汽油，仅在压缩空气的推动下前进。该“气车”所使用的压缩空气，不仅毫无污染，而且可以通过绿色电池能源来提供。而弗兰克所涉及的“环保办公楼”可以通过回收大楼的多余能量和利用空气循环来制造绿色电池能源，不仅保证大楼的能源消耗，还可以将多余的能源贡献出来给“气车”充电使用。 除了弗兰克的空气动能，墨尔本绿色能源技术论坛上还有很多令人振奋的技术项目等待着进入市场。澳大利亚联邦科学与工业研究组织
39、的甲烷收集技术可以将煤炭矿井中难以利用的甲烷收集起来，不仅确保矿井的安全，而且能够将收集的甲烷转变成清洁能源加以利用。 还有一家名为“酷酷的改变”的高科技公司展示的用植物纤维制成的可快速降解的矿泉水瓶，可以降低城市的白色污染。,生物质能资源,依据是否能大规模代替常规化石能源，而将其分为传统生物质能和现代生物质能。传统生物质能主要包括农村生活用能：薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其他农业生产的废弃物和畜禽粪便等；现代生物质能是可以大规模应用的生物质能，包括现代林业生产的废弃物、甘蔗渣和城市固体废物等。依据来源的不同，将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物及畜
40、禽粪便等五大类。,(1)林业资源 林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。(2)农业资源 农业生物质能资源是指农业作物(包括能源植物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等)；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。(3)生活污水和
41、工业有机废水 生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。,(4)城市固体废物 城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。(5)畜禽粪便 畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的
42、混合物。我国主要的畜禽包括鸡、猪和牛等，其资源量与畜牧业生产有关。根据这些畜禽的品种、体重、粪便排泄量等因素，可估算出2000年全国畜禽粪便可获得资源的实物量为32亿吨干物质。,生物柴油,我国“十一”五规划中确认了生物汽、柴油代替车用石油燃料的重要性。而生物质能替代车用油品发展的难点在于，中国耕地面积有限，原料来源受限；目前国内相关企业的综合开发和利用水平较低，实现盈利仍然需要国家补贴。 典型的“绿色能源”生物柴油是清洁的可再生能源，是优质的石油柴油代用品。它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、餐饮废油等为原料制成。检测表明，与普通柴油相比
43、，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含氧量高，燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与普通柴油相比约可减少10%(有催化剂时为95%)；生物柴油的生物降解性高，因此具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约3 0%(有催化剂时为70%)；生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于普通柴油。生物柴油具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的安全性是显而易见的。同时，生物柴油具有良好的燃料性能。由于十六烷值高，使其燃烧性好于普通柴油。生物柴油燃烧残留物呈微酸性，
44、使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。最为显著的优点在于作为可再生能源，与石油储量不同，通过农业和生物科学家的努力，其供应量不会枯竭。,“工程微藻”,“工程微藻”为生物柴油生产开辟了一条新的技术途径。“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上。利用“工程微藻”生产柴油其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境，发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。,微
45、生物：未来能源主力军,一直以来，微生物都在科技领域扮演着重要角色。如今，除了面包发酵之外，它们还增添了生成燃料和制造电池的新功能，这些看似微不足道的生命体将在二十一世纪担负起应对能源挑战的重任。 宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)的布鲁斯洛根(Bruce Logan)认为，微生物是生产甲烷的最佳原料。洛根及其同事在湿地、沼泽地和垃圾填埋场等处多次进行了实验，发现微生物可在通电情况下将二氧化碳和水转化为甲烷，其中水解细胞将电能储存在甲烷中的效率高达80%。 相关的实验报告刊登在环境科学与技术(Environmental Science and Technology)
46、上，洛根教授还在一份特别声明中强调了微生物生产法在环保方面的优势。当甲烷燃烧时，它所排放的二氧化碳数量正好与当初吸收的数量相当，因而不会向环境排放额外的温室气体。不仅如此，假如生产流程中的电能来自于太阳能或风能，那么整个燃料循环过程都不会对环境造成任何污染。根据洛根的解释，尽管这一生产过程无法固定碳，但它可以将二氧化碳转化为燃料，从而实现碳中立。,与此同时，病毒亦成为工程学领域的新秀，新一代微生物电池的研制正在紧锣密鼓地进行当中。其工作原理和燃料电池类似，即通过微生物的生命活动产生氢、甲酸、氨之类的“电极活性物质”作为电池燃料，然后将化学能转换成电能。例如，美国航空航天局利用微生物处理尿液，将
47、生产出的氨气作为电极活性物质，从而获得微生物电池，同时也解决了废物处理问题。在密封的宇宙飞船里，每位宇航员每天可排出22克尿液，生产47瓦电力。麻省理工学院的安吉拉贝尔(Angela Belcher)及其同事对一种名为M13的病毒进行了基因改造，成功地使其自行构造出改良版锂离子电池的电气网络。贝尔在实验报告中称，病毒型电池的能量和动力性能可与美国最先进混合动力汽车的充电电池相媲美。 根据美国麻省理工学院发表的声明，M13会自行生成一层磷酸铁的外衣，吸附碳纳米管并构造出网络型高度导电材料，可用于合成并装配微小的钴氧化物电线。这种病毒结构较为简单，其直径不过6纳米，长880纳米，可以在室温下发生反
48、应，使得实验的操作难度大为降低。尽管这种微生物电池不能像普通锂离子电池一样不限次数地充电，但它提供的动力较之后者更为持久。 在大多数人的心目中，“病毒”一词往往带有贬义，然而它们依然是地球生物体系中不可或缺的一部分。根据麻省理工学院发表的声明，本次实验中采用的病毒对人体完全无害。当越来越多的工程师加入能源科技的大军时，我们有理由相信，生物学与传统物理学的结合将为人类走出能源困境带来新的希望。,人体能：用不完的绿色能源,所谓人体能，即人休散发的能量，主要表现为机械能和热能。现在，人力在生产劳动中所占 的比重已经越来越小。一代化的机器工具可以代替笨重的体力劳动，但是人的能量潜力是很 大的，充分利用
49、体能量仍然是科学研究的课题。任何机械都可以转换为电能，那么人体 能量是怎样发电的呢?比如，用手摇发电机就能发电 ，只是这种方法太原始。能源专家想出一些好办法，在商场、饭店等公共场所的旋罢门下的 地下室里，安装了人体能量收集器，它相当于机械式钟表的发条，发条拧紧后，就会通过棘 轮稳定恒速地释放能量。别小看每个人这举手之劳的能量，把这些能量加在一起则相当可观。该收集器和旋转门的转轴相连，通过旋转门的人越多，发条拧得越紧，积蓄的能量就越多 。这样，当能量收集器中的发条释放能量时，就可以带动发电机发电。人群推门的机械能便 通过发电机变成了电能。这些电能可直接使用，也可用蓄电池储存起来务用。,英国发明家
50、还发明了用步行鞋发电的装置，将一种微型发电机安装在经过加工的普通鞋底中 ，人们行走产生的机械能便可转揣为电能，这些电能足以为手机和笔记本电脑充电者，人体本身的重量是一咱重力能。美国某公共交通公司，在行人拥挤的公共场所，安装一种脚踏 发电装置，它上方有一排踏板，当行人脚踏踏板时，与踏板相连的摇杆从一个方向带动中心 轴旋转，从而带动发电机发电。技术人员还将20块金属板铺在路面上，在每块板下放置一个储蓄循环水的橡皮容器。当人群或汽车通过以后，橡皮容器内的水压出去，产生高束水流， 经过地下通往路边的发电机房，推动水轮机发电。在人群或洫通过以后，橡皮容器又恢复到原状，水返回窗口准备再次受压。如此循环往复便能不断产生电流，当上百人或一辆5吨重 的汽车通过时，可产生7度的电力。人体不是个约37摄氏度的恒温热源，也是可以利用的能量。据统计，一个体重50千克的人，一昼夜所散发的约为2500千卡，这些热量如果收集起来，可以将50千克的水，从0摄氏度加热到50摄氏度。科学家们还利用人体的热量制成温差电池，将人体的热量转换为电能。这种温差电池体积很小，可放在衣服口袋里，它发出的电能可以为助听器、微型收音机、袖珍电视机、微型发报机等供电。人体能源可以说取之不尽，用之不竭，又没有污染。我国人口众多，人体能源如果能得到广泛应用，其效益无疑很可观。,
