現(xiàn)代化學(xué)與能源(已修改)
2025-01-10 07:36 本頁(yè)面
【正文】 2023年 8月 12日 目前全世界使用的能源 90% 取自化石燃料，即煤炭、石油和天然氣，它們經(jīng)歷了上億年的時(shí)間才得以生成，因此是不可在生能源。 從探明的儲(chǔ)量分析，現(xiàn)在地球上的煤炭、石油和天然氣的總儲(chǔ)量分別為： 石 油： 1萬(wàn)億桶 天然氣： 120萬(wàn)億立方米 煤 炭： 1萬(wàn)億噸 按照全世界對(duì)化石燃料的消耗速度計(jì)算，這些能源可供人類使用的時(shí)間大約還有： 儲(chǔ)量有限的化石燃料 我國(guó)一次能源消費(fèi)總量從 1978年的 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，上升到 2023年的 煤。在 2023年，我國(guó)石油消費(fèi)量達(dá) 3億噸，其中進(jìn)口 1億噸，估計(jì)到 2023年，我國(guó)石油消費(fèi)量要達(dá) ，其中進(jìn)口量要達(dá)，到 2050年，我國(guó)石油消費(fèi)量要達(dá) 6億噸，其中進(jìn)口量要達(dá) 4億噸，相當(dāng)于目前美國(guó)的石油進(jìn)口量。 大慶油田 從 1960年至 2023年累計(jì)生產(chǎn)原油 17多億噸。 27年穩(wěn)產(chǎn)在 5000萬(wàn)噸 /年以上。 1997年最高產(chǎn)量為 5600萬(wàn)噸 /年 2023年為 5013萬(wàn)噸 /年 2023年計(jì)劃產(chǎn)量 4830萬(wàn)噸 /年 進(jìn)入遞減開(kāi)采期。 —— 化工報(bào) 20231181 據(jù)美國(guó)石油業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，在 2050年之前，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將越來(lái)越多地依賴煤炭。其后在 2250到 2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應(yīng)枯竭。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的天然氣也將在 2023年被用完；而發(fā)展中國(guó)家在2060年也將會(huì)發(fā)生天然氣短缺。 太陽(yáng)能即太陽(yáng)輻射能，它是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。 太陽(yáng)光譜圖 地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為 1367kw/m2。地球赤道的周長(zhǎng)為40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá) 172,500TW。也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于 500萬(wàn)噸煤。 目前人類所能夠使用的能源形式 美國(guó)《科學(xué)美國(guó)人》雜志在 1971年 7月刊刊登的“地球的能量資源”一文中提供了如下數(shù)據(jù)，到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射能的主要幾條去路： 1 直接反射 52023109kJ/s 2 以熱能形式離開(kāi)地 球 81000109 kJ/s 3 水循環(huán) 40000109 kJ/s 4 大氣循環(huán) 370109 kJ/s 5 光合作用 40109 kJ/s 太陽(yáng)能能量流向示意圖 （一）對(duì)太陽(yáng)能的間接利用 （ 1）通過(guò)光合作用的形式利用太陽(yáng)能 太陽(yáng)能的間接利用 煤炭 —— 當(dāng)代工業(yè)的糧食 石油 —— 當(dāng)代工業(yè)的血液 天然氣 —— 最清潔的化學(xué)能源 可燃冰 —— 未來(lái)的新能源 生物質(zhì)能 —— 前景廣闊的綠色能源 煤炭的結(jié)構(gòu) 煤炭液化 煤炭液化是指以煤炭為原料，通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程，生產(chǎn)油品和石油化工產(chǎn)品。 煤炭直接液化 : 煤炭間接液化 : 煤炭 煤粉 油煤漿 加氫裂化 液體油品 煤炭、氧氣、水蒸氣 H2和 CO的混合氣體 石油的形成 石油是遠(yuǎn)古時(shí)代沉積在海底湖泊中的動(dòng)植物 的遺體，在海洋條件作用下經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年的漫長(zhǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程而生成。 水中生物的遺骸下沉而埋沒(méi)于地下 因地?zé)峄虻貕旱茸饔米兂墒? 石油大多集中在沙巖之類孔隙較多的巖石層中 汽油性能的表征 —— 辛烷值 辛烷值是汽油抗暴性能的間接量度 提高汽油辛烷值的方法： — 鉑錸重整 [Pb(C2H5)2] 無(wú)鉛汽油與無(wú)鉛抗爆劑 目前，取代四乙基鉛的物質(zhì)主要有：芳香烴類、甲基叔丁基醚 [MTBE， CH3O(CH3)3]、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基錳 （ MMT） 、醇類等，其中以 MTBE用量最大。 無(wú)鉛汽油不等于無(wú)害汽油 （ 二）太陽(yáng)輻射能的直接利用 與其他能源相比，太陽(yáng)能具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）它沒(méi)有一般煤炭、石油等礦物燃料產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境，被稱作“干凈能源”。 （ 2）到處都可以得到太陽(yáng)能，使用方便、安全。 （ 3）成本低廉，可以再生。 對(duì)太陽(yáng)能直接利用的形式 （ 1）對(duì)可見(jiàn)光的利用 主要的利用途徑是光電轉(zhuǎn)換，即把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能。這是人們目前對(duì)太陽(yáng)能利用的主要方式之一。太陽(yáng)能電池就屬于這種轉(zhuǎn)換方式。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池利用太陽(yáng)光中高達(dá)九成以上的可見(jiàn)光。 太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池主要以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，利用光照產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在 PN結(jié)上可以產(chǎn)生光電流、光電壓的現(xiàn)象（光伏效應(yīng)），實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。硅是最合適最理想的太陽(yáng)能電池材料。 推進(jìn)艙 軌道艙 附加艙 通訊艙 太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池 按照所用材料的不同： ? 硅太陽(yáng)能電池 (單晶硅、多晶硅、非晶硅） （光電轉(zhuǎn)化效率高，成本高，制備工藝復(fù)雜?。? ? 以無(wú)機(jī)鹽如砷化鎵、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池 （鎘：劇毒。銦、硒：稀有元素） ? 功能高分子材料制備的大陽(yáng)能電池 （處于研發(fā)初期、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短） ? 染料敏化納米晶體太陽(yáng)能電池 （正在研發(fā)）
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