化学与新能源材料一（五篇模版）

第一篇：化学与新能源材料一

化 学 与 新 能 源

姓名：欧阳世文 专业：包装工程 班级：1402班 14404200230

学号：

化学与新能源

摘要：当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以，必须寻找新的能源。新能源有别于传统化石能源，具有清洁无污染、安全高效率等优点。而化学新能源是将化学能直接转化成电能，如锂离子电池、燃料电池、电化学电容器等，具有广阔的应用发展前景。本文就化学在氢能源、燃料电池、储氢材料和太阳能电池材料中的研究和应用进行了述评与总结。

关键字：氢能源可燃冰塑料燃料电池储氢材料

1.引言新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等本文通过对化学在燃料电池、储氢材料和太阳能电池材料中某些关键问题的应用和研究现状的介绍, 旨在希望理论化学在能源的存储与转换这个领域中得到更深入的应用。2.2.1 氢能源作为现有主要燃料的汽油和柴油，生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的能源的同时人们期待的新的能源。氢位于元素周期表之首，它的原子序数为1，在常温常压下为气态，在超低温高压下又可成为液态。作为能源，氢有以下特点： 2.1.1.所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/L；在-252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为固态氢。2.1.2.所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，2 因此在能源工业中氢是极好的传热载体。2.1.3.氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大90O0倍。2.1.4.除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142.351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。2.1.5.氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。2.1.6.氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。2.1.7.氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。2.1.8.氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。由以上特点可以看出氢是一种理想的新的能源。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模的商业应用还有待解决以下关键问题：（1）.廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。（2）.安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。许多科学家认为，氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的能源。氢能是一种二次能源，因为它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不象煤、石油和天然气等可以直接从地下开采。在自然界中，氢已和氧结合成 3 水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。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，那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源了，其意义十分重大。目前利用太阳能分解水制氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等等。利用太阳能制氢有重大的现实意义，但这却是一个十分困难的研究课题，有大量的理论问题和工程技术问题要解决，然而世界各国都十分重视，投入不少的人力、财力、物力，并且业已取得了多方面的进展。因此在以后，以太阳能制得的氢能，将成为人类普遍使用的一种优质、干净的燃料。2.2储氢材料氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体, 正引起人们越来越广泛的关注, 受到世界各国的高度重视。氢能应用的关键是氢的储运, 而储氢材料则是研究的焦点。美国能源部(DOE)关于储氢材料的应用标准为氢气储存的质量能量密度和体积能量密度应分别达到617wt%和62kgPm。根据氢与材料作用方式, 储氢材料可分为两类。一类是氢以化学吸附储存于材料之中, 这类材料储氢量大, 但脱氢较困难;另一类属物理吸附, 虽储氢能力有限, 但氢易于脱附。理想的储氢材料应是氢以分子状态吸附但吸附能应介于物理吸附与化学吸附之间。近年来, 关于储氢材料的研究层出不穷, 理论研究主要集中在金属氢化物、合金、金属有机骨架及一些新型储氢材料等。储氢的机理 H2在金属或合金的粉末表面吸附，H-H键断裂，H原子侵入到金属原子之间的间隙，形成固溶体，H由外向内进一步扩散，形成饱和固溶体，与剩余H2形成金属氢化物。化学储氢材料：金属氢化物储氢材料，典型的例子是MgH2 , 其理论储氢容量高达717wt% , 且镁的价格低廉, 储量丰富。直接应用MgH2 的主要障碍是脱氢温度高、速度慢。稀土金属合金是较有前途的合金储氢材料, 具有单位体积内高的氢储存容量以及在温和条件下吸附氢的能力。这些合金材料中氢的吸附和脱附性质依赖于 4 合金组成和金属与氢的相互作用。一般来说, 这些合金材料结构较为复杂, 容纳氢的能力取决于多种因素, 如合金中空隙的大小和形状、空隙周围原子的化学性质、氢和配位原子的距离等。Li2N2H 化合物是一种新颖且有前途的具有高质量密度的储氢材料, LiNH2 的分解需要较高的温度。实验表明用Mg 部分替代Li 可降低分解温度。Zhang 等用 PBE 泛函比较研究了LiNH2 和部分Li被K 或Mg 取代后的体系。结果分析揭示, Li 被取代后, 改变了金属与氮成键强度, 使得N-H键减弱。Mg 的影响较K 更为显著, 从微观层次上阐明了实验事实。2.3燃料电池从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。燃料电池的演化过程 2.3.1燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。2.3.2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为 5 电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。(2)1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展(3)碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的 AFC 在潜艇动力实验上获得了成功。国内对 AFC 的研究工作是从20 世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC 进行基础研究。上世纪70年代，由于 6 航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A 型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B 型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC 的研究。(4)磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了 PAFC 是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对 PAFC 的研究工作相对较少。尽管如此，在对 PAFC 的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co 对Pt 的锚定效应。(5)熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC 是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC 的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C 动力公司。而日本对 MCFC 的主要是 NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的 MCFC 研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW 的 MCFC 单电池的长期运行试验，到1995年 l1月止，累计运行了4万小时，确证了 MCFC 实用化的可能。德国MTU 宣布在MCFC 技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对 MCFC 的研究是中科院大连化物所从 1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2.3.4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC 是属于第三代燃料电池技术。20 世纪60 年代，美国就已将PEMFC 应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20 世纪80 年代，加拿大Ballad 公司才展开对 PEMFC 的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了 7 1000W／L、700W／kg 的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad 公司在这一技术领域处于领先地位。2.4可燃冰——人类能源的新希望可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80% 99.9% 1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。随着研究和勘测调查的深入，世界海洋中发现的可燃冰逐渐增加，1993年海底发现57处，2001年增加到88处。据探查估算，美国东南海岸外的布莱克海岭，可燃冰资源量多达180亿吨，可满足美国105年的天然气消耗；日本海及其周围可燃冰资源可供日本使用100年以上。据专家估计，全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间。按照目前的消耗速度，再有50－60年，全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。重大战略意义下的联手勘测今年6月2日，26名中德科学家从香港登上德国科学考察船“太阳号”，开始了对南海42天的综合地质考察。通过海底电视观测和海底电视监测抓斗取样，首次发现了面积约430平方公里的巨型碳酸盐岩。中德科学家一致建议，将该自生碳酸盐岩区中最典型的一个构造体命名为“九龙甲烷礁”。其中“龙”字代表了中国，“九”代表了多个研究团体的合作。同位素测年分析表明，“九龙甲烷礁”区域的碳酸盐结壳最早形成于大约4.5万年前，至今仍在释放甲烷气体。中方首席科学家、广州海洋地质调查局总工程师黄永样对此极为兴奋，他说，探测证据表明：仅南海北部的可燃冰储量，就已达到我国陆上石油总量的一半左右；此外，在西沙海槽已初步圈出可燃冰分布面积5242平方公里，其资源估算达4.1 万亿立方米。我国从1993年起成为纯石油进口国，预计到2010年，石油净进口量将增至约1亿 8 吨，2020年将增至2亿吨左右。因此，查清可燃冰家底及开发可燃冰资源，对我国的后续能源供应和经济的可持续发展，战略意义重大。黄永样介绍，在未来十年，我国将投入8.1亿元对这项新能源的资源量进行勘测，有望到2008年前后摸清可燃冰家底，2015年进行可燃冰试开采。战略性与危险性共同打造的“双刃剑”迄今，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。1960年，前苏联在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏，并于1969年投入开发，采气14年，总采气50.17亿立方米。美国于1969年开始实施可燃冰调查。1998年，把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计划到2015年进行商业性试开采。日本关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了12块矿集区，并成功取得可燃冰样本。它的目标是在2010 年进行商业性试开采。但人类要开采埋藏于深海的可燃冰，尚面临着许多新问题。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10 20倍。而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的大量泄漏。另外，陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难，一旦出了井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。由此可见，可燃冰在作为未来新能源的同时，也是一种危险的能源。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要小心对待。3.总结通过以上研究及讨论，化学新能源在理论研究和实际应用上是非常深入的，当然也还存在尚未解决的问题。就中国而言，由于中国新能源等新兴产业方兴未艾，产业前景还是十分诱人的。我国正在制定的新能源发展规划，将把新能源放在战略地位，加强新能源的技术研发，大力增加对新能源产业的投资、创新体制、进新能源的发展。按照规划，到2020年，中国在新能源领域的总投资将超过3万亿元。其中，核电、风电、太阳能发电成为新能源振兴规划的重点发展领域。依此对照，国内新能源产业发展空间巨大。9 【参考文献】： 1.氢能源研究现状——《化学时刊》22卷10期（2008、10）

2、王艳辉、吴迪镛、迟键：氢能及制氢的应用技术现状及发展趋势

3、吴承康、徐建中、金红光：能源的发展战略研究 4、2009/2012年氢能源行业发展前景分析及投资风险预测报告第一章全球氢能源行业发展分析

5、毛宗强：氢能-21世纪的绿色能源，2005[2]科技部：‘973’科技攻关基础研究计划

6、刘江华、方新湘、周华：我国氢能源开发与生物制氢研究现状

7、穆亚玲、王香爱：氢能源研究现状

8、刘江华.氢能源-未来的绿色能源.9、土恒秀，李莉，李晋鲁等.一种新型制氢技术.10、潘健民, 魏运洋, 李永峰, 徐菁利.氢能的重要性和制氢方法浅析

11、《新能源与可再生能源概论》苏亚新化学工业出版社 2006-03

12、《新能源与可再生能源技术——21 世纪能源与动力》李传统 2005-9-1

13、《新能源概论》王革华化学工业出版社 2006-08

14、《石油的色彩》(美)迈克尔·埃克诺米迪斯石油工业出版社 2002-01

15、《性能源：后石油时代的必然选择》钱伯章化学工业出版社 2007-5

16、德国新能源发展对中国的战略启示.黄玲,张映红.资源与产业.2010.6.17、理论化学与新能源.陈兆旭,黄玉成,李哲,康国俊.化学进展.2009.11.18、冯世良.中国石油和化工经济分析.2007.

第二篇：化学校本课程之《新能源与材料》

化学校本课程之《新能源与材料篇》

课程说明

我国传统能源面临的紧缺危机越来越凸显，煤炭、石油和天然气都是不可再生的能源，开发利用新能源将缓解能源危机，并且对于我国的节能减排具有现实性的重大意义。世界上各个国家都在角逐新能源，为自身寻找可持续发展的能源战略，加快满足经济发展中必需的能源。另外，气候变化要求我们开发清洁能源，传统能源对环境的污染不容质疑，气候变化问题已经敲醒了警钟，是全世界人民所面临的共同问题。这里让你看一些新能源的资料，从中可以学到很多新能源的知识，帮助你了解我国开发新能源的重大意义。课程目标

通过本课程的学习，让学生了解我国的能源现状，应如何合理利用传统能源，意识到开发新能源的重要意义。课程目录

专题一 新能源-----2 专题二 材料-----8

新能源与材料

在上个世纪，人类使用的能源主要有三种，就是煤炭、石油和天然气。而根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，不加节制，那么，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有240年、40年和50年了。四五十年，从人类历史的角度来看，实在是非常非常的短促；试想一下，对于今天20来岁的年轻人来说，到他们六七十岁的时候，如果地球上已经没有石油和天然气可用，我们能不为此感到惊愕吗？所以，开发新能源，替代上述三种传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，已经成为人类发展中的紧迫课题。

专题一 新能源

新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核能等。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

太阳能

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球每天接受的太阳能相当于1.73亿家大型发电厂的发电量。2 太阳能既是一次能源，又是可再生能源，同时还是一种清洁能源。收集和利用太阳能的两个主要方法是收集太阳热和光伏发电（将太阳能转化为电能），前者的利用很多例子我们都很熟悉，如太阳能灶、太阳能热水器等。太阳能电池也被人们广泛利用在计算器、手表等等地方，我国的有些公路还安装了使用太阳能的路标。

但是太阳能也存在着很大的缺点，那就是太阳光不是一直可以利用的。在日照不充足的地区或是当夜幕降临后，就无法使用这种能源。另一个问题是用太阳能发电的成本很高，比起使用化石燃料发电要耗费更多的财力。

在我国广阔的土地上，2／3以上地区的年日照大于2000小时，这些地区具有良好的太阳能开发条件，尤其是以青藏高原地区为最，那里平均海拔高度在4000米以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。目前，中国可再生能源计划和国家送电到乡工程，已利用太阳能发电为我国内蒙古、甘肃、新疆、西藏、青海和四川等地共16万无电户解决了用电问题。目前，我国已安装光伏电站约5万千瓦，主要为边远地区居民供电。

地热能

地热能是来自地球深处的可再生热能。人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。从20世纪开始，地热能被大规模用来发电、供暖和进行工农业利用。在冰岛，87%的家庭取暖使用的是地热能。

地热能在某些方面具备太阳能、风能等所不具备的特点，如资源的多功能性，不受白昼和季节变化限制以及可直接利用等，是一种较为廉价的清洁能源。但是要利用地热能也需要具备一定的条件，因为地热能的分布相对来说比较分散，不易利用。我国高温地热资源主要分布在云南、西藏、四川西部一带以及台湾地区，一般把高于 150℃的称为高温地热，主要用于发电。低于此温度的叫中低温地热，通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。我国地热能的开发利用开始于20世纪70年代。1977年9月在距拉萨仅90公里的羊八井地热田建成了地热电站，在拉萨地区的电力供应上起到了很大的作用。目前，我国地热资源直接利用量已达到13.76立方米/秒，年利用地热能10779百万千瓦时，居世界第一位，并且以每年10%的速度在增长，不过在能源结构中占的比例还很小，不足0.5%。

风能

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。目前风能最常见的利用形式为风力发电。

风力发电是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其它的事情。

1977年，联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个浆叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。

截止2009年底，全球累计装机容量已经达到了1.59亿千瓦，2009年全年新增装机容量超过3千万千瓦，涨幅31.9%。从累计装机容量看，美国已累计装机3516万千瓦，稳居榜首；中国为2610万千瓦，位列全球第二。海洋能

海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。海洋能特点

1.海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。

2.海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。

3.海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。

4.海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。

生物质能 2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2000万立方米。

核能

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式： A.核裂变能

所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量。B.核聚变能

由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。

C.核衰变

衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用

核能的利用存在的主要问题：

（1）资源利用率低

（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决

（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进

（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大。

思考与交流

1.学完了有关新能源的知识，谈谈自己对新能源的一些认识。2.想一想，还有那些新能源？并对其进行描述。

3.新能源与常规能源（煤炭、石油和天然气）相比有哪些有优点？ 4.思考人类面临的能源危机问题，与同学们讨论，写篇心得体会。

专题二 材料

人类生活中少不了材料，衣食住行没有哪一样能离开材料。各种各样的材料组成了五花八门、丰富多彩的物质世界。人类社会的进步与发展、人类文明的推进与材料技术的发展有着密切的关系。材料被看做人类文明发展的里程碑，历史学者往往用材料作为时代分期的标志。从石器时代、青铜时代、铁器时代，直到目前的信息时代，都可以看出材料在人类社会的进步与发展中的无可替代的巨大作用。每一种新材料的发现和使用，都会对社会经济、工业生产、国防事业产生重大影响，甚至根本改变传统的生产和生活方式。进入21世纪后，材料技术仍是科学家们研究的三大热门领域之一。可以毫不夸奖地说，材料是科学技术进步的关键，是科学技术和社会发展的物质基础。材料的发展不仅关系到人类的昨天和今天，而且还将影响到人类的明天。

一、陶瓷材料

陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料进行加工制造而成的材料，是我国古代劳动人民的重大发明之一。大约8000年以前，住在我国黄河流域的人们已经使用陶瓷，继而在宋、元时代发展到了很高水平。当时，瓷器作为中华文明的象征，大量运往欧洲各地，欧洲人一向视中国陶瓷为无价之宝，所以，欧洲人把瓷器叫做“China”。久而久之，“China”成了中国的英文名称。

二、金属材料

在浩瀚的材料世界里，金属王国地盘最大，历史最久。人类已发现的116种元素中，金属占了93种，真可谓“五分天下占其四”。数千年来，金属材料的 发现和应用，开创了人类物质文明的新纪元，加速了人类社会的发展。

1．传统金属材料

（1）铜

铜是继陶瓷之后的第二种人造材料，在自然界中纯铜很少，常见的铜矿石是孔雀石，由于其色如孔雀开屏时的尾巴而得名，孔雀石放在炉内加热很易制得铜。此外还有黄铜矿、辉铜矿等。

铜的合金中比较重要的还有黄铜和白钢。黄铜是铜和锌合金，由于显黄色而得名。由于黄铜其色似金，现在一般装饰用的“金粉”、“金箔”、“金字”等都是用黄铜做的。由于黄铜耐磨，耐腐蚀，可做钥匙、水龙头、轴承等。一些骗子使用的假黄金，其实就是黄铜。

白铜是铜和镍的合金，由于其色如银而又价廉，深受人们的喜爱。我国古代劳动人民很早就学会了冶炼黄铜和白铜，在波斯语中，白铜又称“中国石”。（2）铁

人类最早发现的铁，是从天上掉下来的“眼铁”，在各个文明古国中发现的最早铁器都是用陨铁制成的。虽然陨铁很少，却为人类认识铁打开了大门。

到公元前1000年，人们开始掌握炼铁技术，当时冶炼的铁主要用来制作武器，后来逐渐扩散到社会生产的各个领域，由于铁价廉，因此逐渐代替了被富有阶层所独占的青铜。虽然材料的纪元始于青铜，但从对世界文明史的影响来 9 看，铁要大得多。可以说有了铁，人类才开始真正使用了金属。在铁器时代耕作者的锄等铁制品，各种工具如凿子、钻、锤、锥等也开始用铁制品，生产和生活条件大为改善，生产力水平显著提高。

但铁对人类文明的真正贡献是产业革命时代以后的事。从1750～1850年的100年内，作为材料的铁（最初是铸铁，后来是钢），作为加工手段的铸造机、轧制机、机床和作为产品的蒸汽机相互作用，迅速进步，支配着19世纪后半期的文明世界。这一时期，铁给人类以力量，使人类能随心所欲地掌握能源，发展文明。（3）铝

铝是地壳中含量最多的金属元素，它占地壳总质量的7.51％，比铁几乎多1倍，是铜的近千倍。由于铝合金具有密度小、硬度大、强度高、导电导热性好等优点，被广泛用于航空、化工、交通、建筑、国防等工业，家庭日用品中也日渐常见，逐渐成为继铁之后又一对人类发展产生重大影响的金属。从1919年开始，铝合金就开始用于飞机制造，此后铝和航空事业紧紧连在一起，因此有人把铝誉为“带翼的金属”。2．新型金属材料（1）记忆金属

记忆金属实际上是一种合金，确切地说应为“记忆合金”。它是指某种材料在一定温度下受到外力作用时会发生变形，一旦外力消失后，它仍能保持 变形后的形状，而当温度上升到某一数值时，这种材料又会自动恢复到变形前的形状，它似乎能“记忆”自己原有的形状。（2）钛——21世纪的金属

在地壳中钛的含量居元素的第9位，是铜的80倍，银的6万倍，虽然钛有如此丰富的含量，应用却很晚。过去很长一段时间内，人们一直认为钛是一种稀有金属，其原因与铝相似，由于钛的熔点很高（1725℃），必须在高温下才能冶炼，而高温下钛的化学性质又很活泼，因此钛比铝更难冶炼。从1791年钛被发现，直到1947年经过漫长的一个半世纪才实现了工业化生产，且开始的产量很

少，到19世纪80年代才有较大的发展。

现在世界上钛的产量还很少，因此不如铁、铝等金属那么有名。但已经在航空、航天、航海、医疗等领域初露头角。科学家预言：21世纪金属钛将是冶金工业的最重要产品。

（3）超导材料

我们知道金属通常总是有电阻的，当电流通过金属时，金属会发热，像电炉就是利用电阻丝发热制成的。电阻的存在使电流通过时受到一些损耗，这种情况在许多场合是人们所不希望的。如何使导体的电阻降低甚至消失是人们长期以来梦寐以求的愿望。

1911年荷兰一个名叫昂尼斯的物理学家在研究水银的导电性能时，发现水银温度降到－269℃时，电阻突然完全消失，这时撤去电源，电流在和外界隔绝的闭合电路中，仍能长久流动而不衰减。这个奇怪的现象轰动了物理学界，后来科学家把这种现象叫超导现象，把电阻等于零的材料叫超导材料。目前已发现了8000多种超导材料，使这门新兴技术得到了飞速发展，但由于出现超导现象时的温度大都极低（接近－273℃），因此，没有太大的实用经济价值。为了寻找在较高温度下的超导材料，世界上无数科学家为之努力奋斗，直到20世纪90年代 才取得了重大突破，发现了接近于100 K（－173℃）的超导材料。我国科学家在1988年研制出了转变温度在120K的超导材料钛钡钙铜氧化物，1990年初又研制出了临界温度132K的超导材料，这是当时世界公认的最高温度，显示我国在超导材料研究方面，已跻身于世界先进行列。

今后，随着低温甚至常温下超导物质的发现，超导材料的应用必将成为可以给人类社会的持续发展注入无限生机的高新科学技术。特别是它在电性方面的广泛应用其意义几乎可以与电的发明相媲美。由于超导体可荷载大电流并产生强磁场和零电阻的特性，因此，超导材料可用来制大功率超导发电机、超导电动机、超导电缆、超导加速器、超导贮能器、超导磁流体发电机、超导磁悬浮列车、超导核磁共振诊断仪等。

三、纳米材料

纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种新型材料。1nm是1m的十亿分之一，一个基本的碳纳米管只有1.4nm，因此，科学家又把它们称为“超微粒”材料和21世纪新材料。

纳米材料的起源是一个叫格莱特的德国科学家在澳大利亚的大沙漠上旅游中的联想。那是1980年的一天，当时他独自驾车横穿沙漠，空旷、寂寞和孤独的环境使他的思维特别活跃和敏锐。他长时间从事晶体的研究，知道晶体微粒大小对材料性能有极大影响。他想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大，材料将会是什么样子呢？这个想法令他兴奋不已，回国后立即开始实验，经过近4年的努力，终于在1984年得到了几个纳米大的超细粉末。而且他发现任何材料都可制成纳米大小的细微粉末，且性能发生了很大的变化，不管原来是什么颜色，现在都变为黑色，熔点也显著降低。

现在，纳米技术已引起了一大批科学家的着迷，也引起了各国政府的高度重 视。美国自1991年起把纳米技术列入“政府关键技术”，美国国防部每年为此拨款3500万美元；日本从1995年开始实施为期10年的纳米技术研究计划，并将它作为必须开发的四大基础科学技术项目之一；澳大利亚于1993年已将纳米技术列为21世纪最优先开发的项目。我国对纳米技术的研究也相当重视，且在世

界上进入先进行列，1993年中国科学院研究人员操纵原子成功写出“中国”两字，是世界上第二个成功进行这方面实验的国家；2000年中国科学院研究人员又首先发现了纳米材料的新特性——超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”。纳米技术之所以受到如此关注，是因为它具有许多卓越性能：①纳米材料的熔点极低，如金的熔点通常为1064℃，当制成2nm的细金粉后熔点仅为330℃，这使低温下制造合金产品成为可能，而且可把通常不可熔的金属冶炼成合金。②有些药物制成纳米颗粒可以直接注射到血管内而顺利进入微血管，使药品疗效更好。③纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高内燃机的效率；纳米大小的铝粉加到火箭的固体燃料中，可使火箭加速。④化纤中添加纳米微粒，可以除味杀菌，现在添加纳米材料的无菌餐具、无菌纱布已面世。⑤由于纳米材料能有效吸收紫外光，因此，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒可达到防紫外线功能。⑥使用纳米材料的微机械的出现对机械行业等带来革命性的变化。例如一种小如跳蚤的微型手术机械，将它送进人的动脉，它前端那微型手术刀能按照人的要求切除肿瘤、排除血栓等。

可以预言，随着纳米技术的发展，在不久的将来，人类的生产、生活方式将会发生翻天覆地的变化，纳米技术将对人类文明的发展产生巨大影响，为人类创造美好的未来。

四、高分子材料

高分子化合物是衣、食、住、行和工农业生产各方面都离不开的材料，其中棉、毛、丝、塑料、橡胶等都是最常用的。以往人们使用的高分子材料都取自天然产物，物质文明和精神文明都高度发展的今天，天然高分子材料已经不能满足生产、生活和科技等各方面日益增长的需要。近代化学、化工科学技术的迅速发展，创造了许多自然界从来没有过的人工合成高分子化合物，对满足各种需求做出了重要的贡献。

高分子是由一种或几种结构单元多次重复连接起来的化合物。它们的组成元素不多，主要是碳、氢、氧、氢等，但是分子量很大，一般在10000以上，有的可高达几百万，高分子化合物因此而得名。

思考与交流

1.简述材料对人类社会发展的重要性。

2.通过查阅资料，在班上讨论交流纳米材料的用途。

第三篇：新能源与自然辩证法

新能源与自然辩证法

摘要

能源问题已成为当今的重要问题，人类的生存与发展离不开能源，随着经济与社会的不断发展，人类对能源的需求与日俱增。而由于对能源的低效利用造成的环境破坏，使开发利用新能源成为维持人类自身长远发展的迫切需要。本文利用自然辩证法中马克思主义强调人与自然的和谐统一,强调人要在适度的范围内实现对自然的超越等理论，论述了能源问题、新能源技术、创新与自然辩证法之间的关系。通过对人类能源史和当前能源现状的分析，应用可持续发展的观点，从哲学的角度指出了能源危机产生的原因并需找解决能源危机的各种途径。关键词

人类；能源危机；新能源；自然辩证法；创新；可持续发展

引言

我国是世界上最大的煤炭消费国，在能源结构上以煤为主，同时我国能源相关产业具有“高增长、高消耗、高污染”等特征，这也使我国面临着极其严峻的能源形势。石油、煤等传统化石能源，是不可再生的资源，即将在若干年后消耗殆尽。因此，大力发展新能源技术，在风能、太阳能、水能等产业领域倡导创新对于解决能源危机具有重大的意义。同时从我国目前能源生产和能源消费的实际情况出发，积极调整我国能源产业结构，合理开发、综合利用和注重节约能源的也是保障我国经济可持续发展的必由之路，也是我国未来能源发展战略的要求。从哲理上看,其核心就是人—自然—社会的关系。而这正是自然辩证法长期关注的核心问题。

1.能源危机

所谓能源危机，是指可供我们人类利用的能源的不充分，而不是能源本身的不足。具体包括以下几点：一是能源转化的方向性，即并不是所有的能源都能够被人类利用；二是能源分布的不均性；三是日益增加的人口导致能量分配不足。由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应 体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。

二次大战后，世界工业发人类利用能源的历史表明，随着科学技术和社会生产力的发展，旧能源不断被新能源所代替，因而能源的更替是一种不可避免的趋势，在大力发展和利用常规能源的同时，必须充分注意探索和发展新能源。发达国家在廉价石油的特殊历史条件下，先后完成了以煤为主到以石油为主的能源转换，许多发达国家的经济增长迅速，而经济的增长又导致了对石油需求迅猛增加。总体看，能源生产能力增长缓慢，能源消费需求却快速上升，世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年。探明 可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年。探明可采天然气储量共计119万亿立 方米，预计还可开采60年。探明可采铀储量合计235.6万吨(未包括中央计划国家)。进入21世纪以来，能源的国际市场价格持续走高。能源的日益紧缺也造成了国际局势的紧张。大国纷纷加强对能源产地的控制，以夺得未来竞争的优势。

据自然辩证法的观点，凡是超越社会制度的差异和意识形态的分歧，具有全球规模的普遍性和复杂性，涉及到整个人类当前和长远的共同利益，对人类的生存和发展关系重大，并需要不同社会制度国家在全球范围内共同关注，通过协调一致的国际行动来加以解决的一系列问题，都称之为全球性问题。能源危机就是一个很典型的全球性问题，关系到人类社会的未来。是以石油为代表的化石能源资源总量已达极限、产量即将出现拐点、同时人类还没有找到能够大量替代化石能源的新能源而导致的结果。

导致能源危机的原因不仅仅是因为人类的泛滥开采，同时包含着一个深刻的复杂的大自然本身发展的规律性因素，这就是能量转换的守恒定律和能量转换的不可逆定律。前一定律指的是宇宙间的总能量是一个恒定的常量，能量在转换过程中既不创生也不消失；后一定律指的是宇宙间的能量总是从有效能向无效能转换，转换过程中其方向是不可逆的，这也就是人们通常所说的热力学第二定律或熵增定律。正是这两大最基本的能量定律从根本上决定了世界范围内的能源必将日益短缺，环境逐步恶化。这是因为，无论是自然界的演化还是人类社会的发展都离不开能量这个最基本的要素。能量是一切物质存在和运动的根本动因，关于能量的基本定律也正是一切物质存在和运动所必须遵从的基本规律。尽管人类社会的发展还需遵从更高层次的发展规律，但是作为自然的物质的一面，人类社会也必然要遵从这最底层的基本规律。人类的一切活动都离不开能量，而且在人类的活动中总会把一部分有效能转换为无效能。

从人类利用能源的进程中可以看出，旧能源不断被新能源所取代的过程就是一次能源危机与解决能源危机的过程。由此得出，能源危机不仅仅是工业革命与经济增长的原因，它是能量守恒与转化定律的必然结果，这也是人类社会发展前进、人类文明进步的深层代价。假设地球上没有人类，地球也不会安然无恙的存在下去，仍有它诞生、演化和衰亡的规律，只是在人类诞生以后自然界不在按照原有的缓慢的规律运动，而是逐步演化成了人化的自然。其运动的速度因人类的活动而大大加剧。这次能源危机与以往的能源危机相比，其本质仍是自然界最基本的定律--能量定律的作用，其不同的是人类活动的程度。如果把地球比作一个人体，人类的开采已经使地球的五脏六腑步入了中年。

因此，从哲学意义上来说能源危机由于自然规律和自然演变的结果，但是从能源危机的程度上来说却是人类自身造成的后果。

2.新能源的环境价值

在传统的认知中，人类生存的环境是天然的，会永恒的为人类活动提供保障，资源也会永远富足，取之不尽，用之不竭，于是，在这种认识指导下，环境被肆意污染，资源被无限制的索取，经过长时间的消耗，有限的自然资源已经远远不够人类生产生活的需求，给环境造成巨大的压力。造成这种现象的原因在于人人们还没有认识到环境价值。环境价值以肯定人与自然的和谐统一为基础,是指环境具有满足人的需要的能力。人对环境有需求,人必须依赖一定的环境才能生产和发展,而环境为人的生产和发展提供物质来源。环境价值的内涵包含三层含义:第一,人们应该有享受清洁优美生存环境的权益;第二,人们有使用环境容量,利用环境自净和自我修复能力来从事生产、生活的权益;第三,人们有投资环境保护和生态治理而获得收益、回报的权益。

“环境价值”概念所引导的思考是:“如何保护和优化人的生存发展环境保障人自身?”其实质是强调人类在使用环境的同时也应该负起保护环境的责任,更加提高和放大人类的权力和责任感,它要求人类在一定的环境容纳力内活动并及时修复环境创伤,探索二者的有效结合,和谐统一。现如今，人类对新能源的开发利用，减少对环境的压力，保护环境，真正彰显了环境价值。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能，包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生能量。可再生能源是指可以永续利用的能源资源，如水能、风能、太阳能、生物质能和海洋能等非化石能源。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。新能源能够缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，可以减少污染物的排放，保护生态环，具有广阔的前景和深远的意义。

3.解决能源危机的策略

能源危机是一个全球性的问题，其应对的策略也必须是全人类共同努力，仅仅靠一个国家或一个组织，是不能帮人类度过这次困难的，一方面我们要节约能源，另一方面要开发新能源。对于环境和自然资源的配置方式来说，经济手段、行政手段、法律手段以及宣教手段、科技手段都是不可缺少的，科学技术以前所未有的速度和规模迅猛发展，增强了人类改造自然的能力，因此要做好开源节流这一举措离不开科学和技术。科学提供物化的可能，技术提供物化的现实，技术的属性具有二重性：自然属性和社会属性，而这两个属性是对立统一，因此我们还必须综合考虑社会的制约因素。综合了各种因素我国提出了可持续发展策略来解决能源危机，可持续发展战略就是指为了实现经济、社会、环境协调发展而制定的具有长远意义的行动方案。为了实施可持续发展，我们应该具体地从以下几个方面做起。

第一，降低能源消耗强度。降低能源消耗强度是缓解能源危机的根本途径。一是国家必须加大宣传教育力度，大力号召节能减排，让每位社会主义公民都将节能减排作为自己的责任与义务加以履行。二是要始终坚持节能优先方针，大幅度提高能源利用效率，调整经济结构，加大科技创新力度，实现生产方式和消费方式的重大转变，促进经济社会的全面、协调和可持续发展。

第二，开发利用新能源。新能源的发展与社会支持之间是相辅相成的关系。大力发展太阳能、地热能、水能、氢能、海洋能、风能、核能、生物质能等新能源，一方面能有效解决诸多社会问题，有助于和谐社会的构建。另一方面，大力发展新能源还可以有效解决能源危机、缓解能源紧张局面。太阳能、生物质能、氢能等都是新能源，要综合考虑各个能源的优缺点，从而找到能够取代化石能源又对环境没有危害，而又廉价的新能源。

第三，加强国际交流合作。能源问题对人类的影响是全方位的，没有哪一个国家能够在这巨大挑战面前独善其身，也没有哪一个国家能够单独承担起应对能源危机的重任。能源问题通常具有跨国、跨地区的特点，影响涉及环境、经济、社会、政治等诸多方面。为此，国际社会既要同舟共济，加强协调，重视开展国际和地区合作；也要根据实际需要，综合考虑，统筹兼治。作为国际社会负责任的一员，中国当一如既往，本着开放和负责任的态度，加强与国际社会就发展、安全等问题开展交流与合作，有效引进、消化、吸收国外先进的低碳技术，提高我国发展绿色经济、节能减排的能力。

第四，加快科学技术的发展，努力转变生产与经济发展模式。在自然辩证法中，恩格斯指出资本主义生产的兴起决定了近代自然科学的诞生，并对近代自然科学的发展给予了充分肯定，阐述了打开形而上学自然观六个缺口的自然科学成果。他还强调自然科学的发展对于人类认识自然界的巨大作用。“事实上，我们一天天地学会更正确地理解自然规律，学会认识我们对自然界的习常过程所作的干预所引起的较近或较远的后果。特别自本世纪自然科学大踏步前进以来，我们越来越有可能学会认识并因而控制那些至少是由我们的最常见的生产行为所引起的较远的自然后果。”马克思、恩格斯认为，人类只有科学地认识自然，进一步发展科学技术，才能用新技术来防止和消除旧技术的负面效应，避免对环境的破坏。马克思、恩格斯对科学技术的论述启示我们，进行生态文明建设，最终还要依赖于科学技术的进步及其合理运用，必须努力转变我国的生产与经济发展模式。

第四篇：新能源与环境保护论文

题目：新能源与环境保护

学生姓名： 朱健 专业班级： 14能动2 学 号：201414680226 学 院： 冶金与能源学院

新能源的与环境保护

朱健

（华北理工大学，唐山，063200）

摘 要

中国的能源发展面临资源，环境，经济和社会等诸多问题，形势不容乐观，面对人均能源资源减少，资源分布不均，环境污染严重，经济对能源依赖程度高的现实国情，要实现以较少的能源消费增长满足较高的经济增长需求，从根本上需要依靠能源生产和使用技术的提高，提升能源效率，降低能源成本，建立节约型能源，清洁型能源，鼓励新能源，提高环保水平，新能源的发展能有效的改善环境，是环境保护中必不可少的一部分。

关键词：新能源；环境保护

1中国能源与环境现状

改革开放30 年来，能源在满足经济社会持续较快发展的同时，清洁化发展也取得了巨大成就。到2020年非化石能源占一次能源消费比重提高到15%,而“十二五”时期,我国非化石能源占一次能源消费比重从2010年的8.6%提高到2015年的12%。

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，环境则与人类社会生存和发展的质量密切相关。能源是环境的核心问题，而能源利用是引起环境变化的主要原因。可以说任何一种能源的开发利用都会对环境产生影响，其中又以化石能源为代表的非清洁能源最为严重。我们可以认为全球生态环境恶化的直接原因就是人类活动。

随着能源消费量的不断增加，全球能源消费结构也在经历不断变革。我国 2016 年全年能源消费总量 43.6 亿吨标准煤，比 2015 年增长 1.4%。煤炭消费量下降 4.7%，原油消费量增长 5.5%，天然气消费量增长 8%，电力消费量增长 5%。煤炭消费量占能源消费总量的 62%，比 2015 年下降 2 个百分点 ；水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源消费总量的 19.7%，上升 1.7 个百分点。自1990年以来，我国消耗了 全球50%以上的新增能源、70%以上的新增煤炭

以及 40%的新增石油。庞大的能源消费需求导致了能源供 应的全面紧张，能源安全问题日益突出。因此，我国因为能源消费而导致的环境恶化问题 更加严重。

这主要体现在大气污染与温室气体排放两方面。我国大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍 超标； 二氧化硫污染保持在较高水平； 机动车尾气污 染物排放总量迅速增加； 氮氧化物污染呈加重趋势； 全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华 中酸雨区为重。我国能源消费的温室气体排放强度比 世界平均水平高出30%以上。这主要是由于单位热量 燃煤引起的温室气体（CO2）排放比石油、天然气分 别高出36%和61%，更远远高于低碳或无碳的新能源 与可再生能源的温室气体排放。

2新能源的种类

新能源主要包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能等可再生能源和核能。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。同时新能源相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。

太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高，太阳能更没有能源短缺这一说法，其种种优点决定了其在能源更替中的不可取代的地位。目前利用太阳能的方法主要有：太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。现在还有很多公司已经开始着手利用太阳能来研发产品，比如太阳能烤箱、太阳灶反光膜等。

核能目前也有利用，但是存在好多问题，比如：资源利用率低，反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决，反应堆的安全问题尚需不断监控及改进，核不扩散要求的约束，核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大等，所以还要有待考虑。

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。目前风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电目前有两种思路，水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机目前应用广泛，为风力发电的主流机型。

生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。

地热能是地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源我国地热资源丰富，分布广泛，利用技术有待提高。

水能在我国早已得到大规模的使用，主要用途是发电。较早期的有小浪底水电站，刘家峡水电站等；规模较大的如三峡水电站等，这些水电站为我国的经济

建设提供能源保障作出了巨大贡献。水电是目前可再生能源中技术最为成熟，可以大规模开发的能源。世界上大约20%的电力来自可再生的水电，而其他类型的可再生能源发电总和还不到1%。水力发电是借助水能资源，然后采取相关的措施对其进行利用，转化为电能的一种新兴方式，这一种发电方式具有无污染、可再生、成本低以及运行的稳定性、可靠性、安全性的优势。不过，随着水电事业的不断发展，现有水电在建资源存量不断减少，前期规划项目因受到审批程序复杂、移民难度加大、环境影响、社会关切以及水电站单位电度投资不断提高等因素影响，推进速度较缓，这些都是我国水电业急需解决的问题。中国新能源的利用措施

中国政府历来高度重视清洁能源的发展，把节能和环保作为国家的基本国策。争取到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。为实现这一战略目标，今后一段时间中国清洁能源发展将着力做好以下几方面的工作。

(1）统筹做好相关规划。统筹谋划新能源和可再生能源的开发、化石能源的清洁高效利用、以及智能电网的研发、新能源汽车供能设施等方面的科技创新和产业发展。

(2）大力发展可再生电力。抓紧研究解决大型风电厂并网技术和运行管理问题，努力创造条件推动甘肃、内蒙古、江苏沿海等大型风电基地建设。加快发展海上风电，培育风电产业新的增长极。争取在2020年，风电装机容量突破1亿kW，加快推进甘肃敦煌10 MW光伏电站示范工程，在此基础上，采取规划引导和电价扶植政策，推动太阳能发电产业化进程。尽快培育和扩大国内光伏产品市场。

(3）有序开展核电建设。尽快出台新修订的核电发展规划，引导核电有序建设。核电项目前期工作和开工建设都要严格按照国家规划有序推进。

(4）积极推进水电开发。切实转变观念，先移民再工程。把水电开发与当地居民致富有机的结合起来。重视水电开发中的环保工作，流域开发规划要充分论证生态承载能力，把水电开发与生态保护和治理有机的结合起来。

(5）进一步提高火电高效清洁化水平。实践证明，调整电力结构是行之有效的措施。要继续深入开展这项工作，使上大压小成为火电节能减排的重要途径。同时要积极发展热电联产，提高综合能源效率。优先支持北方大中型城市建设30万kW热电机组，提高城市居民生活水平，改善城市大气环境。新能源利用对环境保护的意义

发展清洁能源，走低碳化经济发展道路，正在成为国际共识和潮流。中国将继续秉承节约有限、立足国内、多元发展、保护环境、加强国际互利合作的

能源发展方针，在新能源领域，与世界各国开展广泛的交流与合作，携手应对资源和环境等挑战，促进人类文明和可持续发展。

参考文献

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第五篇：新能源汽车与环境保护

新能源汽车与环境保护

摘 要：自1885年德国工程师卡尔·本茨发明了第一辆装有内燃机的汽车开始，世界上真正意义上的第一辆现代汽车诞生了。经历了130年的迅猛发展，汽车日益融入到了世界各地，现在已成为人类生活比可或缺的一部分，并在未来的发展中扮有越来越重要的角色。然而随着生产力的发展、汽车需求量的增长使得人类对能源,尤其是车用能源的需求越来越大,严峻的能源问题日益成为全世界关注的突出问题。全球石油资源匮乏,我国面临的形势更为严峻。开发新能源汽车技术势在必行。本文综述了国内汽车的发展及研究现状,分析了汽车与环境之间的矛盾，对比了燃油汽车和电动汽车对环境的影响，以探寻新能源汽车的发展前景。

关键词：汽车、环境、矛盾、新能源、一、燃油汽车与环境之间的矛盾

能源和环境正在成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素。就中国而言，中国是石油资源相对贫乏的国家,专家测算,石油稳定供给不会超过20年。我国自1993年起,即成为石油净进口国。过去的10年中,中国石油需求量几乎翻了一倍。2006年进口原油1.4518亿吨,同比增长14.15%。有关专家预计,近期我国石油进口依存度将会超过50%。2010年,我国石油消费总量将达4亿吨,而国内生产能力仅为1.6亿吨。目前,中国是世界上仅次于美国和日本的第三大石油进口国,同时也是仅次于美国的第二大石油消费国。世界上其他国家的能源现状同样不容乐观，面临如此严峻的形式，新能源汽车大开发与使用势在必行。除了能源的短缺外，燃油汽车对环境也造成了很大的影响。

（一）汽车排放的废气污染最严重

汽车的废气是目前汽车工业发展带来公害中影响最大的一部分。联合国环保组织的调查显示，目前城市中的空气污染50%来自燃油汽车的废气排放，而汽车拥有量最集中的欧美国家的一些城市，空气污染源的60%来自汽车废气。据测定，汽油、柴油动力汽车排放的废气中含有害物质达160多种，科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。英国空气洁净和环境保护协会曾发表研究报告称，与交通事故遇难者相比，英国每年死于空气污染的人要多出10倍。汽车废气污染严重威胁着环境发展和人类的健康与生存。

（二）报废汽车及零部件破坏环境

采用非环保工艺或零部件生产的汽车，在使用过程中和报废后，对环境的破坏作用不可忽视。例如，轮胎、座椅、仪表盘等非金属产品和玻璃钢制品、蓄电池回收利用不好，它们的存在对周围的环境来说是一个巨大的隐患。

（三）汽车噪音污染

汽车数量的增多以及制造工艺水平和维修保养能力差，在一定程度上还增加了交通噪声污染。据统计，我国部分城市的交通噪声约占城市噪声的75%。给广大民众身体和心理健康带来了很多不便。

二、国内外新能源汽车发展情况

当今世界国际汽车工业结构正在发生重大重组，由于全球汽车工业生产能力过剩，产品开发成本大幅度提高，促使产业结构调整步伐明显加快。汽车工业联盟成为世界汽车工业发展的潮流，90%以上大汽车公司的“强强联合”，使之形成集团优势，更具竞争力。而国际汽车市场竞争的实质是现代科技的较量，技术创新能力正成为竞争取胜的关键。自二十世纪八十年代以来，国外各大汽车厂商投入大量的财力物力进行EPS(电动助力转向系统)应用研究。事实证明，新能源汽车更符合未来各个行业节能、环保的绿色发展趋势。而纯电动汽车发展迅速，则成为了新能源汽车的主力。

以下是各主要国家新能源汽车的发展现状：

（一）日本 ：混合动力，节能发展

日本多年来始终在节能环保汽车的研发与产业化方面处于世界先进水平，在技术路线的选择上也呈现出多种技术共同发展的态势，但其在混合动力技术的产业化进程上取得的成就更加突出。特别是日本丰田公司和本田公司在混合动力汽车的技术研发和国际市场的推广上处于领先位置。以日本国内市场为例，由于日本国土面积狭小，居民以公共交通为主，家用轿车的年行驶里程较短，混合动力汽车经济激励弱的特点更为明显，发展的潜力很大。

（二）英国：多重扶持，效果显著

在伦敦，你会发现，路面上行驶车辆中很大一部分是混合动力汽车，购物中心和医院等公共设施的停车场内也停着各式各样正在充电的电动汽车。就未来可能持续的低油价环境对新能源汽车市场的影响，英国汽车制造和交易协会表示，英国政府扶持政策制定是立足中长期的，并且会根据市场环境的变化而进行微调。当前购车激励政策框架不会发生根本变动，同时基础设施也在不断完善，相信2015年英国新能源汽车市场将进一步延续此前快速扩张趋势。

（三）德国： 稳步推进，市场扩张

近几年，德国政府在发展新能源汽车上目标明确、稳步推进，希望在未来继续保持自己“汽车王国”的桂冠。目前，德国电动汽车已经进入市场扩展阶段，德国政府希望电动汽车能够得到快速推广。目前德国电动汽车制造业正在朝国际领先的方向发展。截至2014年底，德国汽车生产厂商已向市场推出17款电动汽车，预计2015年将推出12款。研发投入、标准化以及教育培训水平都已达到国际水准目前，德国已发展成为继美国之后的第二大电动汽车生产国。拥有4800个交流充电桩和100个快速充电桩，为进入市场扩展阶段奠定了基础。

（四）美国： 政策激励，增长快速

在未来节能清洁汽车技术的方向选择上，美国正由以往的注重燃料电池技术的单一化格局向多种技术共进的多元化格局转变。多年以来，美国节能清洁汽车的发展重点主要在燃料电池汽车上，氢+燃料电池模式是清洁节能汽车的最终解决方案。近些年，美国开始重视混合动力汽车和先进柴油车的发展，目前，美国是最大的混合动力汽车市场。先进柴油车在美国发展也很快，过去3年美国先进柴油车的销售增长了56%。美国总统奥巴马2011年在其国情咨文设定的目标是美国在2015年成为世界第一个拥有100万辆电动汽车的国家。截至2015年1月，美国共销售新能源汽车5924辆，同比增加6.7%。

（五）法国：提升补贴 追加投资

在法国首都巴黎，可以在城市的各个主要街道见到巴黎市政府力推的电力汽车及其充电桩与专用停车位。法国政府与主要汽车生产企业重点推行发展的是电力能源汽车,目前市场发展的总体趋势良好。据法国最大的新能源汽车信息网站avem统计，2015年1月法国新能源汽车的购买数量为924辆，较去年同期增长了近57%。此外，从今年4月1日起，法国政府正式推行了新的电动汽车购买补贴方案，进一步推动了新能源汽车的发展。法国电动汽车未来或将继续扛起法国新兴产业崛起的大旗，为法国国民经济的纾困作出重要贡献，其前景值得看好。

（六）中国

国内电动汽车的研究始于20世纪60年代，但当时的研究开发都是零散和小规模的，投入也很少。近几年，我国电动汽车的研究开发工作进入全面发展阶段，电动汽车市场已出入端倪。目前已经初步建立了电动汽车的法规、标准与管理体系，为电动汽车的产业化、商业化发展奠定了基础。国家不断出台相关政策支持新能源汽车尤其是电动车的发展。经过不懈的努力，我国汽车研发呈现较好的发展局面，各大汽车厂商也通过积极投入人力、物力研发电动汽车，取得了较好的成绩。

三、新能源汽车的发展前景

进入新世纪以来，以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术呈现出突飞猛进的发展态势。各国政府和各主要汽车厂商均不约而同地将新清洁环保汽车技术视为未来全球汽车产业竞争的制高点。世界主要汽车厂商在研究开发清洁节能汽车时普遍采用多项技术兼顾、某项技术有所侧重的发展策略。纯电动汽车是新能源汽车的发展方向，混合动力则是过渡技术。

由于电动汽车在成本和性能上与燃油汽车相比差距较大，市场更倾向于选择后者，电动汽车目前尚不具备大规模商业化发展的条件，中长期发展也存在较大不确定性。尽管如此，目前社会各界对电动汽车都抱有极大热情，政府仍在电动汽车的示范推广中发挥着主导作用。电动汽车推广的最核心问题是市场，这是政府支持难以解决的，必须依靠技术进步和降低成本。电动汽车的发展前景主要取决于电池技术的突破，然而技术发明需要一个过程，不是可以规划的，也需要市场的推动。因此，电动汽车的发展之路还很漫长，需要市场的认可和时间的检验。

从中长期看，即使电池技术进一步成熟，燃油汽车和电动汽车两条技术路线仍然是并行的，只是适用于不同的环境。电动汽车适合城区短途运输，长途、大型客货运输仍将主要依赖燃油汽车。此外，随着电动汽车的技术进步，燃油机的效率也在不断提高。在仅考虑终端能源消耗的情况下，采用煤电作为能源来源的电动汽车与燃油汽车的能源效率和碳排放相差无几，若考虑储运、转换等过程的损耗，电动汽车的表现要更差。电动汽车的商业化建立在新能源的产业化基础之上，只有电动汽车的动力完全来自清洁能源时，其节能和环保优势才能得到充分体现。有专家乐观估计，2020年电动汽车在中国汽车市场的份额将超过15%，以此为基准，按照国内汽车年产销量2000万辆计算，届时电动汽车保有量有望达到1000万辆。按照这一估计，电动汽车尽管能够替代上千万吨成品油消费量，但与数亿吨的成品油需求量相比，其比重尚不及5%。因此，借用美国前总统布什的说法，对于能源与环境问题而言，电动汽车“不是近期，也不是中期，而确实是远期的解决办法”。

发展的本质是新事物的产生和旧事物的灭亡，这需要一个过程。新能源汽车发展的过程中，我们会遇到形形色色的难题，但总会出现新的方法来帮助解决难题，不能急于求成，脚踏实地一步一步，我相信未来电动汽车的发展必定会有一个新的里程碑。