太阳能生物质能和氢能的利用(3.13)

拾柴
晾晒在墙上的干牛粪
2．生物化学转换
（1）转化为沼气：将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪 便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下，经过沼气细菌的作用， 生成沼气。（主要成分是甲烷）
优点：不仅能有效地利用生物质能，还能为农业生产提供优良的 肥料。
2．生物化学转换
（2）转化为乙醇：用含糖类、淀粉较多的农作物(如 玉米、高粱)为原料，在催化剂存在下，经水解和细菌 发酵，可以制得乙醇。
7．我国实施的“西气东输”工程，从新疆开发天然气
，输送到上海等东部城市。下列关于天然气的叙述不
正确的是
（D ）
A. 天然气和沼气的主要成分是甲烷
B. 将液化石油气（主要成分是丙烷）改为天然气作燃 料，燃烧时应减少空气进气量或增大天然气进气量
C. 天然气燃烧的废气中，SO2等污染物的含量少
D.天然气与空气的体积比为1：2时，混合气点燃爆炸
贮氢合金（五镍化镧）是如何贮存氢气的？
LaNi5+3H2
LaNi5H6
氢气的贮存和运输问题 碳纳米管储氢材料
光解水制氢
微生物制氢
我国近年也已开发出以厌氧活性污 泥对有机废水发酵制取氢气的技术， 生产成本低于电解水制氢，并能以 中型规模制氢，产氢率达5.7m3/m3 反应器/d，被列入我国2000年十大 科技进展。
科学家估计，地球上每年通过光合作用储藏的太阳能 相当于全球能源年耗量的10倍左右。
在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化
碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，把光能转
化为化学能。
6H2O
+6CO2
光 叶绿素
C6H12O6 +6O2
动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖， 葡萄糖氧化成进而生成二氧化碳和水，释放出热量， 供给生命活动的需要。
生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低； 缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。
1．直接燃烧
燃烧植物的枝叶获得热量是远古人类就利用的取热方法， 用纤维素代表植物枝叶的主要成分，其燃烧反应可表示 为：
(C6H10O5)n ＋6nO2点→燃 6nCO2 ＋5nH2O
缺点: 生物质燃烧过程的生物质能的净转化 效率在20－40％之间。
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管 太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能 量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已 高达1.73×1017 W，也就是说太阳每秒钟照射到 地球上的能量就相当于500万吨煤。
太阳能
地球上最根本的能源是太阳能。 太阳能丰富、经济、环保。
太阳能的利用方式：
氢能的优点：
1、热值高 2、原料丰富 3、产物无污染
绿色能源
为什么目前氢能还没有作为常规能源使用？
制氢的成本、贮存和运输等方面碰到难题
1、解决制氢的能耗问题
氢能的产生方式：
1）以天然气、石油、 和煤为原料，在高温 下与水蒸气反应制得
2）电解水制得 3）生物质气化制得 4）光解水制得
P51 拓展视野 氢气的贮存、
最剧烈 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O C3H8 + 5O2 = 3CO2+ 4H2O
8、氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化 钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2O激光TiO22H2↑＋O2↑。制 得的氢气可用于燃料电池。试回答下列问题：
→ (C6H10O5)n +nH2O 酶 nC6H12O6
→ nC6H12O6 酶 2C2H5OH +2CO2↑
用途：乙醇可以直接作为燃料，也可以和汽油混合后 作发动机燃料。
乙醇汽车
乙醇汽油是用90%的普 通汽油与10%的燃料乙 醇调和而成。首先，乙醇 汽油增加汽油中的含氧量， 使燃烧更充分，有效地降 低了尾气中有害物质的排 放；第二，有效提高汽油 的标号，使发动机运行更 平稳；第三，可有效消除 火花塞、气门、活塞顶部 及排气管、消声器部位的 积炭，可以延长主要部件 的使用寿命。
光－生物质能转换：植物光合作用 (本 质上也是光－化学能转换)
大气升温不均匀
使水循环
太 阳 被绿色植物 辐 微生物吸收 射 直接利用太阳灶 能
使大地变热
被海水吸收
太阳辐射 地球上
形成风（空气动能） 形成水流（水流能）
食物
煤 石油
（化学能）
天然气
地热能
形成洋流（波浪能）
各种能源
太阳能开发、利用中存在的困难和问题
氢能的产生与利用的途径
用于燃料电池、化学能转化为电能
H2O
电解，电能转化为化学能
H2 、O2
燃烧，释放能量
蓝绿藻、阳光
利用光分解催化剂，利用太阳能分解水
课堂练习
D 1．下列属于直接利用太阳辐射能的方式的是：( )
①光-热转换 ②光-电转换 ③光-化学能转换 ④ 光-生物质能转换 A．①②③ B．①③④ C．①②④ D．①②③④
(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6 C6H12O6→2C2H5OH+2CO2↑ （3）热化学转换： C+H2O→CO+H2 三、氢能的开发和利用 用于燃料电池、化学能转化为电能
贮L氢aN合i5金+3（H五2镍化镧La）Ni5HH62O利用光电分解解，催电化燃能剂烧转，，化利释为用放化太能学阳量能能分解H水2 、O2
(1)分解海水时，实现了从________能转变为________能，二氧化钛作________。生成 的氢气用于燃料电池时，实现了从________能转变为________能。水分解时，断裂 ________键，分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解 质，两极上分别通入氢气和氧气，发生的电池反应为2H2＋O2===2H2O。 则 通 入 氢 气 的 一 极 是 电 池 的 ________ 极 ， 电 流 从 该 极 ________( 填 “ 流 入 ” 或 “ 流
第四单元
太阳能、生物质能和氢能的利用
能源的分类
能源依据产生的方式可划分为一级能源和二级能源。 一次能源：是指在自然界中能以现成形式提供的能源。
例如：天然气，煤，石油 二次能源：是指需要依靠一级能源的能量间接制取的能源。
例如：电能，一氧化碳，氢气 氢气属高效无污染二级能源，是因为自然界中现成氢气很 少。
1、光－热能转换
原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能
太阳能热水器 太阳灶
大棚
2、光－电转换
原理：根据光电效应，利用太阳能直接转化 为电能
太阳能发电
美国军用太阳能发电帐篷
太阳能的利用:光能-电能
美国无人驾驶太阳能飞机
利用太阳能的电动车
太
阳
能
的 利
太
用
阳
:-
光
能
能
汽
电
车
能
3、光－化学能转化
（1）运用（暖袋）选择芒硝晶体 Na2SO4·10H2O）白天吸收热量溶解，晚上放 出热量结晶，故可利用此类盐的结晶水合物
以调节室温。
（2）光解水——利用太阳辐射能和催化剂 可以使水分解制的氢气。
Na2SO4·10H2O
阳光 Na2SO4+10H2O 吸热
Na2SO4+10H2O
Na2SO4·10H2O 放热
4、光－生物质能转换 原理：通过地球上众多植物的光合作用，将 太阳辐射转化为生物质能
本质：光能→化学能
植物的光合作用——大自然利用太阳能最成功的途径。
B.化学反应中的能量变化都表现为热量的变化
C.人类所使用的能量绝大部分是生物质能
D.植物的光合作用属于光－生物质能转换，本质是光 －化学能转换
4. 下列不属于直接利用太阳辐射能进行光-热转换的是
（ D）
A、太阳能热水器 B、温室 C、大棚 D、太阳能电池
5、下列叙述正确的是
（ AC ）
A、电能是二级能源 B、水力二级能源
1、太阳能利用受季节和天气阴晴影响； 2、太阳能的能量密度低； 3、有的太阳能利用装置，效率偏低，成本较高， 总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。
二、生物质能的利用
来源：植物及其加工产品所贮存的能量
生物质包括农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水 生植物、油料植物、城市与工业废弃物、动物粪便等。 这些物质中蕴藏着丰富的生物质能。
C、天然气是一级能源 D、水煤气是一级能源
6、关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向错误的是
（ AC）
A、构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究 在水不分解的情况下，使氢气成为二级能源
B、设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气 C、寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能 量。
D、寻找特殊催化剂பைடு நூலகம்用于开发廉价能源，以分解水制 取氢气
根据要求将上述能源进行分类（填序号） （1）一次能源______________ （2）二次能源___________________ （3）可再生能源_________________ （4）不可再生能源__________________
（1） ① ② ③ ④ ⑥ ⑧ （2）⑤⑦ （3） ④ ⑥ ⑦ （4）① ② ③ ⑤ ⑧
可再生能源
定义1： 具有自我恢复原有特性，并可持续利用的一次能源。 包括太阳能、水能、生物质能、风能、波浪能、潮汐 能等。地热能也可算作可再生能源。 定义2： 在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充或重复 利用的能源。例如太阳能、风能、水能、生物质能、 潮汐能等。
随堂练习
11. ①煤 ②石油 ③天然气 ④潮汐能 ⑤电能 ⑥太阳能 ⑦氢能 ⑧核能
2.下列关于贮氢的说法不正确的是
（C ）
A.氢气密度小、熔点低，液氢存储困难
B.氢气遇火极易爆炸，贮存时应考虑安全问题
C.贮氢合金完全通过物理方法来贮存氢气
D.LaNi5（镧镍合金）在室温、适当压力下可以吸收H2， 形成LaNi5H6
3．下列说法正确的是
（ D）
A.天然气、石油、煤都属于可再生能源
3．热化学转换
使生物质能在一定条件下发生化学反应，产生热 值较高的可燃气体。
如利用木炭制造水煤气，并带动蒸汽机作动力.
阅读课本50页拓展视野，小结用焚烧的方法处 理垃圾有什么优点？
1、减轻了垃圾占地给城市造成的压力 2、焚烧产生热量发电 3、焚烧的余热可以取暖 4、残渣可以修桥铺路
三、氢能的开发与利用
出”)。
(1)光 化学 催化剂 化学 电 共价 吸热 (2)负 流入
太阳能、生物质能和氢能的利用
一、太阳能
1、光—热转换 2、光—电转换 2、生物质能和氢能利用
3、光—化学能转换 4、光—生物质能转换
光合作用：
6H2O+6CO2
光 叶绿素
二、生物质能利用
C6H12O6+6O2
12、、来利源用：（植1物）及直其接加燃工烧产（品C所6H贮10O存5）能n量＋6nO2点→燃6nCO2＋5nH2O （2）生物化学转换：① 转化为沼气 ②转化为乙醇
能源消耗速度加快
能源危机
化石燃料燃烧的缺点：燃烧热效率低、 产石物油污染大气、天储然量气有限、不可煤再碳生等。
所40以年我们要开61发年和利用新2能27源年 !
为了解决全球的能源危机和燃烧化石燃 料带来的环境污染问题，世界各国都在致力 于开发和利用太阳能、生物质能、氢能等洁 净高效新能源，而太阳能是最诱人的。
(C6H10O5)n＋nH2O
催化剂 nC6H12O6
C6H12O6(s)＋6O2(g)→6H2O(l)＋6CO2(g) △H＝－2804 kJ·mol－1
太阳能的利用
光－热转换：地膜、大棚、温室、太阳 能热水器、反射式太阳灶等
光－电转换：太阳能电池、太阳能灯塔、 太阳能电站,高山气象站等；
光－化学能转换：自制暖袋(硫酸钠晶体), 用水制氢气(光解水)；