化学与清洁能源
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加利福尼亚一家太阳能发电站中的太阳能反射装置
（2）对红外线的利用
主要的利用途径是光热转换，即把太阳能直 接转变成热能。如：太阳能热水器。
太阳能热利用
• 低温热利用：地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能
热水系统
• 中温热利用：空调制冷、制盐以及其它工业用热 • 高温热利用：聚焦形太阳灶、焊接机和高温炉
（正在研发）
太阳能电池的应用
太阳能电池的发展方向
• 材料与器件结构的研究与开发
– 各种太阳能电池材料研究 – 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 – 使用薄膜技术和剥离技术。 – 大规模生产技术的开发
• 跟踪与聚光 • 储电及并网发电结合
– 并网发电已占50% – 以建成多个兆瓦级的电站，~100MW规模VS太阳能热发电站
• 与建筑物结合
– 架设太阳电池组件
• 日本：1994-2000年 2万套屋顶光伏系统185MW ；七万屋顶计划 280M • 美国：1997~2010年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分
– 集成在建筑材料上
• 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃
太阳能发电站
太阳能光伏发电系统主要由太阳电池阵列、贮能蓄电池、 防反充二极管、充电控制器及逆变器、测量设备等组成。 太阳能发电站一旦建成，不需要运行投资即能运用,但出 初期投资较高。
“快堆”——明天的核电站“锅 炉”
• 人们将核反应堆形象地比喻为核电 站的“锅炉”，在这种“锅炉”里 烧的是铀、钚等核燃料。在核电站 “锅炉”这个家庭中，有一个特殊 成员——快中子增殖反应堆，简称 “快堆”，现在已成为核反应中的 佼佼者。在一般锅炉里的燃料如煤、 燃油等都是越烧越少，而“快堆” 的“燃料”却越烧越多，成了魔炉。
清洁能源
• 总述 • 能源之母—太阳能 • 魔鬼与天使——核能 • 氢能源 • 总结
一.总述
• 清洁能源是不排放污染物的能源，包括 核电站和“可再生能源”，可再生能源 是指原材料可以再生的能源，如水力发 电、风力发电、太阳能、生物能（沼 气）、海潮能等，可再生能源不存在能 源耗竭的可能，因此日益受到许多国家 的重视，尤其是能源短缺的国家
按照所用材料的不同分为： • 硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅）
（光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！） • 以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池
（镉：剧毒。铟、硒：稀有元素） • 功能高分子材料制备的大阳能电池
（处于研发初期、转化效率低、使用寿命短） • 染料敏化纳米晶体太阳能电池
核裂变能使用带来的问题
1、放射性废料的危害
• 核废料是指含有α、β和γ辐射的不稳定元素并伴随有热产 生的无用材料，核废料进入环境后会造成水、大气、土壤 的污染，并通过各种途径进入人体，当放射性辐射超过一 定水平，就能杀死生物体的细胞，妨碍正常细胞分裂和再 生，引起细胞内遗传信息的突变。
• 研究表明，孕妇在怀孕初期腹部Biblioteka Baidu过X光照射，她们生下 的孩子与母亲不受X光照射的孩子相比，死于白血病的概 率要大50%。受放射性污染的人在数年或数十年后，可能 出现癌症、白内障、失明、生长迟缓、生育力降低等远期 效应，还可能出现胎儿畸形、流产、死产等遗传效应。
• 可再生能源是最理想的能源，可以不受 能源短缺的影响，但也受自然条件的影 响，如需要有水力、风力、太阳能资源， 而且最主要的是投资和维护费用高，效 率低，所以发出的电成本高，现在许多 科学家在积极寻找提高利用可再生能源 效率的方法，相信随着地球资源的短缺， 可再生能源将发挥越来越大的作用。
二、能源之母——太阳能
（1）对可见光的利用
• 主要的利用途径是光电转换，即把太阳能直接转 换成电能。这是人们目前对太阳能利用的主要方 式之一。太阳能电池就属于这种转换方式。传统 的太阳能电池利用太阳光中高达九成以上的可见 光。
太阳能电池
• 太阳能电池主要以半导体材料为基础，利用光照产生电子空穴对，在 PN结上可以产生光电流、光电压的现象（光伏效应），实现光电转 换。硅是最合适最理想的太阳能电池材料。
• 太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部连续 不断的核聚变反应过程产生的能量。
目前人类所能够使用的能源形式
太阳辐射能的直接利用
• 与其他能源相比，太阳能具有独特的优点： • （1）它没有一般煤炭、石油等矿物燃料产
生的有害气体和废渣，因而不污染环境， 被称作“干净能源”。 • （2）到处都可以得到太阳能，使用方便、 安全。 • （3）成本低廉，可以再生。
• 一座快堆核电站，在5～15年的时间 内可使燃料数量翻一番，通过建造 快堆核电站，既能用238U发电，又 能增殖燃料，因此“快堆”被人们 称为“明天的核电站锅炉”。
建设中的中国快堆
“快堆”如何增值燃烧？
• 在“快堆”中用的核燃料是239Pu(钚 bù)。1个每吸收1个快中子发生裂变反应 会放出2.45个快中子，除去1个用于链式 裂变反应后，剩下的1.45个快中子会被 装在反应区周围的238U（大量存在）吸 收，产生1.45个新的核燃料原子239Pu 。 就是说在核锅炉中一边“烧”掉，又一 边使238U转为成新的，而且新产生的比 “烧”掉的还多。这就使“快堆”的燃 料越烧越多。“快堆”增殖核燃料把铀 资源的利用率大大提高了，因为它正好 解决了热中子核反应堆产生的大量238U 废料堆积问题。
（3）对紫外线的利用
紫外线具有杀菌功效。波长为300nm 的紫外光的光子所具有的能量约为 399kJ/mol，它比细菌的蛋白质分子 中重要的化学键C-C（347 kJ/mol）、 C-N（305 kJ/mol）和C-S（259 kJ/mol）键的键能大，因此紫外光的 能量足以使这些化学键断裂，从而破 坏细菌的蛋白质分子，达到杀菌的目 的。
三.魔鬼与天使—核能
（一）核裂变能
• 使一个重原子核分裂成为两个或两个 以上中等质量原子核的过程，称为核 裂变。核裂变是取得核能的重要途径 之一。
• 只有一些质量非常大的原子核，像铀、 钍等才能发生核裂变。原子核在发生 核裂变时，释放出巨大的能量，1克 235U完全发生核裂变后放出的能量相 当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。
（2）对红外线的利用
主要的利用途径是光热转换，即把太阳能直 接转变成热能。如：太阳能热水器。
太阳能热利用
• 低温热利用：地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能
热水系统
• 中温热利用：空调制冷、制盐以及其它工业用热 • 高温热利用：聚焦形太阳灶、焊接机和高温炉
（正在研发）
太阳能电池的应用
太阳能电池的发展方向
• 材料与器件结构的研究与开发
– 各种太阳能电池材料研究 – 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 – 使用薄膜技术和剥离技术。 – 大规模生产技术的开发
• 跟踪与聚光 • 储电及并网发电结合
– 并网发电已占50% – 以建成多个兆瓦级的电站，~100MW规模VS太阳能热发电站
• 与建筑物结合
– 架设太阳电池组件
• 日本：1994-2000年 2万套屋顶光伏系统185MW ；七万屋顶计划 280M • 美国：1997~2010年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分
– 集成在建筑材料上
• 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃
太阳能发电站
太阳能光伏发电系统主要由太阳电池阵列、贮能蓄电池、 防反充二极管、充电控制器及逆变器、测量设备等组成。 太阳能发电站一旦建成，不需要运行投资即能运用,但出 初期投资较高。
“快堆”——明天的核电站“锅 炉”
• 人们将核反应堆形象地比喻为核电 站的“锅炉”，在这种“锅炉”里 烧的是铀、钚等核燃料。在核电站 “锅炉”这个家庭中，有一个特殊 成员——快中子增殖反应堆，简称 “快堆”，现在已成为核反应中的 佼佼者。在一般锅炉里的燃料如煤、 燃油等都是越烧越少，而“快堆” 的“燃料”却越烧越多，成了魔炉。
清洁能源
• 总述 • 能源之母—太阳能 • 魔鬼与天使——核能 • 氢能源 • 总结
一.总述
• 清洁能源是不排放污染物的能源，包括 核电站和“可再生能源”，可再生能源 是指原材料可以再生的能源，如水力发 电、风力发电、太阳能、生物能（沼 气）、海潮能等，可再生能源不存在能 源耗竭的可能，因此日益受到许多国家 的重视，尤其是能源短缺的国家
按照所用材料的不同分为： • 硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅）
（光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！） • 以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池
（镉：剧毒。铟、硒：稀有元素） • 功能高分子材料制备的大阳能电池
（处于研发初期、转化效率低、使用寿命短） • 染料敏化纳米晶体太阳能电池
核裂变能使用带来的问题
1、放射性废料的危害
• 核废料是指含有α、β和γ辐射的不稳定元素并伴随有热产 生的无用材料，核废料进入环境后会造成水、大气、土壤 的污染，并通过各种途径进入人体，当放射性辐射超过一 定水平，就能杀死生物体的细胞，妨碍正常细胞分裂和再 生，引起细胞内遗传信息的突变。
• 研究表明，孕妇在怀孕初期腹部Biblioteka Baidu过X光照射，她们生下 的孩子与母亲不受X光照射的孩子相比，死于白血病的概 率要大50%。受放射性污染的人在数年或数十年后，可能 出现癌症、白内障、失明、生长迟缓、生育力降低等远期 效应，还可能出现胎儿畸形、流产、死产等遗传效应。
• 可再生能源是最理想的能源，可以不受 能源短缺的影响，但也受自然条件的影 响，如需要有水力、风力、太阳能资源， 而且最主要的是投资和维护费用高，效 率低，所以发出的电成本高，现在许多 科学家在积极寻找提高利用可再生能源 效率的方法，相信随着地球资源的短缺， 可再生能源将发挥越来越大的作用。
二、能源之母——太阳能
（1）对可见光的利用
• 主要的利用途径是光电转换，即把太阳能直接转 换成电能。这是人们目前对太阳能利用的主要方 式之一。太阳能电池就属于这种转换方式。传统 的太阳能电池利用太阳光中高达九成以上的可见 光。
太阳能电池
• 太阳能电池主要以半导体材料为基础，利用光照产生电子空穴对，在 PN结上可以产生光电流、光电压的现象（光伏效应），实现光电转 换。硅是最合适最理想的太阳能电池材料。
• 太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部连续 不断的核聚变反应过程产生的能量。
目前人类所能够使用的能源形式
太阳辐射能的直接利用
• 与其他能源相比，太阳能具有独特的优点： • （1）它没有一般煤炭、石油等矿物燃料产
生的有害气体和废渣，因而不污染环境， 被称作“干净能源”。 • （2）到处都可以得到太阳能，使用方便、 安全。 • （3）成本低廉，可以再生。
• 一座快堆核电站，在5～15年的时间 内可使燃料数量翻一番，通过建造 快堆核电站，既能用238U发电，又 能增殖燃料，因此“快堆”被人们 称为“明天的核电站锅炉”。
建设中的中国快堆
“快堆”如何增值燃烧？
• 在“快堆”中用的核燃料是239Pu(钚 bù)。1个每吸收1个快中子发生裂变反应 会放出2.45个快中子，除去1个用于链式 裂变反应后，剩下的1.45个快中子会被 装在反应区周围的238U（大量存在）吸 收，产生1.45个新的核燃料原子239Pu 。 就是说在核锅炉中一边“烧”掉，又一 边使238U转为成新的，而且新产生的比 “烧”掉的还多。这就使“快堆”的燃 料越烧越多。“快堆”增殖核燃料把铀 资源的利用率大大提高了，因为它正好 解决了热中子核反应堆产生的大量238U 废料堆积问题。
（3）对紫外线的利用
紫外线具有杀菌功效。波长为300nm 的紫外光的光子所具有的能量约为 399kJ/mol，它比细菌的蛋白质分子 中重要的化学键C-C（347 kJ/mol）、 C-N（305 kJ/mol）和C-S（259 kJ/mol）键的键能大，因此紫外光的 能量足以使这些化学键断裂，从而破 坏细菌的蛋白质分子，达到杀菌的目 的。
三.魔鬼与天使—核能
（一）核裂变能
• 使一个重原子核分裂成为两个或两个 以上中等质量原子核的过程，称为核 裂变。核裂变是取得核能的重要途径 之一。
• 只有一些质量非常大的原子核，像铀、 钍等才能发生核裂变。原子核在发生 核裂变时，释放出巨大的能量，1克 235U完全发生核裂变后放出的能量相 当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。