电化学技术在新能源中的利用

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1、电化学技术在新能源研发中的应用陆天虹中国科学院长春应用化学研究所南京师范大学化学与环境科学学院一.能源的概况1.能源的重要性自古以来，人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗。在这一过程中，能源一直扮演着重要的角色。从世界经济发展的历史和现状来看，能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题，能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志，能源问题对社会经济发展起着决定性的作用。2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的，一般可分为常规能源和新能源两大类。常规能源包括煤炭、石油、天然气和水能

2、，而新能源有生物质能、核能、风能、地热能、海洋能、太阳能和氢能等。其中煤炭、石油、天然气被成为化石能源，水能、生物质能、风能、太阳能和氢能等是可再生能源。3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是国民经济发展的命脉，但目前主要使用的化石能源的储量不多。据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计，世界上煤、石油和天然气的储采比分别为204、40和60年，中国的情况更为严峻，据2002年统计，中国煤、石油和天然气的储采比只有82、15和46年。这表明在人类历史的长河中，只有很短的一段时间能使用化石

3、能源。随着我国经济的持续高速增长，对能源的需求也持续攀升。我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤，上升到2002年的14.3亿吨。据估计，我国在2004、2020和2050年的石油消费量达3、4.5和6亿吨，其中进口量分别为1、2.7和4亿吨。4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量，这不但会制约我国经济的可持续发展，而且对国家的安全也十分不利。(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应，使全球气候变暖。有关机构已向联合国发出警告，如再不对CO2的排放采取严厉措施，在10年内

4、，世界的气候将产生不可逆转的变化。我国的环境污染问题更是日趋严重，目前，我国CO2排放量占世界总排放量的14％，在美国之后位居第二，估计到2025年，将位居第一。在本世纪初联合国关于环境污染的调查中，发现在世界上十个环境污染最严重的城市中，七个在中国。它们是太原、北京、乌鲁木齐、兰州、重庆、济南和石家庄。4.21世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率，减少能源的浪费。目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标，也是一个国家总体科学技术水平的重要标志。许多研究报告指出，依靠节能可以将能源需求量降低25-3

5、0%。我国在能源利用方面的效率很低，我国的能耗很高，是世界平均水平的2倍，发达国家的5-10倍，因此更应重视节能技术，我国应该充分重视化石能源的高效利用。(2)世界能源系统将发生重大变革据预测，20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统。在20世纪末，化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%。据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为，在20世纪上半叶，化石燃料仍将是世界一次能源的主体，但到21世纪下半叶，太阳能、生物质能、风能等新能源将占世界能源的50%左右

6、。(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少，而煤炭储量相对较多，因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视。主要发展的技术是洁净煤技术、煤液化和汽化技术。(4)新化石能源的开发将得到强化近年来发现，在海洋300米深处有甲烷水合物存在。目前，甲烷水合物的开发已经受到特别的关注。据估计，世界甲烷水合物的储量可能超过石油、天然气和煤炭储量的总和。因此，甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视。(5)核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计，在20世纪末，全世界运行的核电站有436座，总发电量

7、为3.5亿千瓦。这些电站主要分布在美、法、日、英、俄等31个国家，近年来，由于担心核电站运转的安全性、核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响，核能的发展在发达国家已有下降趋势，但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势，我国准备在今后几年内建造4座核电站。受控核聚变是一直受人们关心的技术，因为在海水中大约有23.4亿万吨氘，如受控核聚变技术在21世纪能得到应用，在21世纪末，核能可望占世界一次能源的30%左右。(6)可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常，人们对新能源的开发越来越重视。其

8、中水力能、地热能、海洋能和风能的可利用资源有限，因此，太阳能、生物质能和氢能的利用将倍受关注。二．生物质能的利用1．生物质能的优点(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约