化学与能源二能源安全与新能源开发利

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1、能源安全与新能源开发利用第二部分化学与能源（二）开发新能源从资源角度考虑，我国常规能源相对不足，人均占有量仅为世界平均水平的一半。能源供需矛盾突出。我国能源以石油和煤炭为主，天然气的产量近年来有很大增长，可这些主要能源也造成了环境污染，而且不可再生。寻找新能源迫在眉睫新能源：可燃冰新能源：可燃冰可燃冰的学名是天然气水合物(GasHydrates)，这是天然气和水在特定的条件下所形成的一种透明的冰状结晶体,又称“气冰”、“固体瓦斯”。是一种清洁高效、使用方便的新能源。越来越多的科学家相信未来洁净能源的最大一部

2、分也许就藏在海底或高纬度永冻区可燃冰的构成天然气水合物与天然气成分相似，且更为纯净，简单地说，它是天然气被包进水分子中，在海底低温和很高压力下形成的一种冰状的固态晶体。其结构是若干个水分子通过氢键构成多面体笼子，笼子中包含有客体的天然气分子，还可以是CO2、N2、H2S等小分子气体，它们被统称为气水化合物。其化学成分不稳定，可用M·nH2O表示从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。可燃冰的性

3、能能量密度高，燃烧值高。1m3相当于164m3的天然气。清洁无污染（几乎不产生任何燃烧废弃物，[SO2]比燃烧油或煤低2个数量级）使用方便。压力降低就足以使天然气水合物晶体分解并释放出大量甲烷气体。注意：甲烷的温室效应是CO221倍，是一种对环境破坏作用最大的温室气体危险性高可燃冰的形成条件被称为水合甲烷的物质大量沉积低于20oC的温度较大的压力有专家预测，可燃冰至少能为人类提供1000年的能源，它将来有望替代煤、石油和天然气，成为“21世纪的新能源”。可燃冰的开发利用1810年，英国，达威在实验室发现“天

4、然冰”。虽然是块香饽饽，但开发利用仍然很困难：勘探定位技术，开采技术提制可燃气的技术运输的问题低成本开发其它：未燃烧的天然气水合物直接排入大气产生的强烈温室效应未燃烧的天然气水合物对海底已有油气管道造成危险对鱼的生长的威胁对航行的威胁天可燃冰如何保持高压、低温状态等新能源：氢—理想能源2000年1月，美国通用汽车推出了使用新能源的汽车——氢能概念车，在悉尼奥运会的马拉松比赛中，通用汽车公司的“氢动1号”作为开道车，出尽了风头。氢是万物之主，大约100亿年前，大量的氢核遍布太空。直到现在，太阳总体积80%仍是

5、氢；木星氢占82%；地球上地壳内100个原子中有17个氢原子，其数目仅次于氧而居第二位。新能源：氢的优点资源丰富。H主要以化合态存在于水中，地球上水资源丰富，H2燃烧的产物是水，二者无限循环氢作为燃料的独一无二的优点是，它的燃烧产物是水，不会污染环境，燃料循环与生物圈相吻合。按重量计算，氢的能量是同量汽油能量的2.5倍左右。如果把喷气机上的燃料换成同等效能的氢，就会大大节省重量，这也使氢成为一种航空燃料具有的明显优点。新能源：氢的优点氢的燃烧值很高，即燃烧时产生的热量很高，在空气中燃烧，温度可达1000oC

6、。在氧气中燃烧，可达2800oC高温。它产生的热量比汽油高得多。1gH2燃烧时放热130KJ，是汽油的3~4倍使用方便，现有内燃机，稍加改装就可用氢作燃料，也可通过燃料电池将氢能转变为电能。氢的运输和销售费用要比输电的便宜，在许多情况下，把现有的天然气管线改造一下，就能用来运输氢。运送氢的费用只为远距离输电的八分之一。氢还可能比电更宜于储存。新能源：氢的存储常温常压下，H2的密度小，能量/体积比小，所以必须解决贮存问题储气罐高压钢瓶液化H2：需要很厚的绝热保护层。贮氧合金技术：金属与H2充分反应，回执后释放

7、H2。碳纳米材料：新型贮氧材料。（1999年我国研制，与克隆羊同时被评为我国十大科技新闻）大量储存氢一般有两种方法：一种方法是高压下液化为液氢。但在常压下，氢气必须降温至-252度才能变成液体，这种方法成本高，而且储存液氢要有极好的绝热设备—托瓦瓶。液氢易逸散渗漏，会酿成严重火灾和爆炸事故。另一种方法是用某些金属或合金来储存氢。氢有一个奇持的性质，它会与某些过渡金属(如钯等)或合金形成金属氢化物，如1体积胶状铑(Rh)能吸收2900体积氢气。当温度升高或体系氢压降低时，它们就放出氢。利用储氢材料储氢具有储存

8、量高、可逆、安全等优点。氢的储存方法新能源：氢的制作实验室制氢：Na，Ca与H2O反应制H2等工业制氢：天然气、石油裂解可制H2，水煤气可用煤炭制H2，但消耗化石燃料制H2从能源角度讲毫无意义。用H2O制氢：电解H2O热化学分解利用太阳能分解水生物制H2：模拟光合作用研究新的合理的制氢方法是一项一劳永逸地解决能源问题的研究课题，理想的氢能源如图所示。理想的氢能源示意图光分解水制氢的研究中已找到一些催化刘，如钙和联