新材料与能源环境

姓名：李志远

学院：化工学院

班级:矿加09—2班

学号： 06092488

新材料与能源环境

一、引言

当前，我国经济高速发展，但是单位GDP的能耗却居高不下，反而略有上升，这种高能耗、高成本、低效益的粗放型发展模式严重制约我国经济发展的健康性和持续性，严重破坏了人与自然的和谐发展，最近频发的自然灾害便是大自然对人类行径的强烈控诉，。所以，我们要认识到我们发展的不足，调整经济发展模式，人与自然和谐共处。

二、我国能源、环境现状

近年来能源及与之相关的环境成为全世界各国关注的热点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源与环境问题。对我国来说，由于人均能源资源短缺，环境容量有限，西部生态脆弱，能源与环境问题尤为严重。它极大的制约了我国的可持续发展。近年来，我国GDP 每年以10%的速度发展，能源消耗急骤增加，环境、生态日益恶化。这种对自然无序的、掠夺性索取的发展模式已难以为继，实际上已造成当前十分严重的、不可逆转的后果，大自然的惩罚已经不断地凸现出来，并还要继续加重。

煤现在是、将来(直到2050 年或更晚)仍是我国能源的主力，煤的开采和直接燃烧已引起严重的生态和环境污染问题，70%—80%以上的SO2、NOx、汞、颗粒物、CO2 等都是由于煤炭直接燃烧所引起的，目前我国温室气体排放已居世界第 2 位，近年来还在不断的快速增长，如此下去在10 年或略长一些的时间内将超过美国，居世界第一。如果不采取有效的行动，中国将为此付出惨痛的代价。

用可再生资源取代煤炭等传统的能源是时代的必然，但目前来看，可再生能源(主要是风能、太阳能和生物质能)在2020 年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，这个情况和欧洲的其他国家在国情上有很大区别。一些欧洲国家，他们总能耗已经不再增长(或增长很少)，可再生能源的发展逐步替代目前在用的化石能源。而我国却处于总能耗急剧增长之中，单是发电设备(其中主要是燃煤的发电)，每年增长的装机容量是60—80GW，超过三个长江三峡。在这个高速增长量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用说去替代原有的化石能源消耗。

总体来说，我国能源、环境面临着严峻的挑战：1.总量需求的巨大压力，从2000 到2020 年，国家规划全国GDP 增长四倍，而能源消耗增长一倍，这意味着能源弹性系数应为0.5。但是最近三年，这个系数为 1.3 以上，即能源需求将远远大于规划。从发展趋势来看，我国工业已进入重要阶段，按世界各国发展的历史规律来看，能耗迅速增长不可避免，问题是这么大的一次能源需求我们是否能够供应？其所引起的污染是否有足够的环境容量？怎么解决？ 2.环境污染严重，污染物质主要是SO2、NOx、PM2.5-10、Hg 和CO2，这些污染物的80%是由于化石能源的应用，尤其是煤的直接燃烧所引起。目前我国有30%—40%的地区(尤其是西南地区)出现酸雨现象，呼吸系统疾病不断增加。3.温室气体排放

目前全球每年排放250 多亿吨CO2，空气中的CO2 浓度，从工业化150 多年以来，已从280ppm 增至380ppm，目前以3ppm/年的速度增长。温室气体对地球将形成的灾难性后果，在经历了长期的争论后，全世界的学者已有共识。所以，全世界都在采取多种措施减排CO2，我国已于2002 年成为“京都议定书”

的第37 个签约国。总的来说，作为一个负责任的大国，我国在不远的将来必然要承担一定量、甚至大幅度温室气体的减排任务。因而，从战略高度、从现在开始就应该认真考虑我国CO2 如何分阶段减排的有关战略技术和政策问题，否则，在今后几十年我国将会为此付出更多的代价。4.八亿农民及城镇化所需能源的供应不足，到目前为止，有相当数量的农民没有得到良好的能源服务，他们仍依赖当地的农业废弃物(秸秆、柴草等)作为主要能源，有些地方甚至仍在砍伐森林和破坏生态。此外，我国城镇化率以每年1%在增长，每年有将近一千万人口进入新的城镇。据统计，每个城镇居民人均所消耗的能源是农村人均的 3.5 倍。

这部分份额巨大的能源应来自何处？怎样才能结合社会主义新农村的建设提供给广大农村和新建中、小城镇符合中国国情的现代化能源服务，以减少生态破坏，减少室内污染，提高农民生活质量……

面对这些严峻的能源和环境的挑战，我们何去何从，其实，有人已经为我们指明了一条道路，那就是新材料，下面我将从新能源材料和环境材料两方面来阐述一下这两条路。

三、新材料

1、新能源材料

能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。太阳能电池材料是新能源材料，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达

40%。氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生腐蚀，造成氢脆及其渗漏，在运输中也易爆炸，储氢材料的储氢方式是能与氢结合形成氢化物，当需要时加热放氢，放完后又可以继续充氢的材料。目前的储氢材料多为金属化合物。如LaNi5H、Ti1.2Mn1.6H3等。固体氧化物燃料电池的研究

十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。

新材料把原来习用已久的能源变为新能源。如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；储氢材料使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得高温。一些新材料可提高储能和能力转化效果，如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。新材料决定着核反应堆的性能与安全性。材料的组成、结构、制作、加工工艺决定着投资与运行成本。如：太阳电池材料决定着光电转换效率；太阳电池材料决定着光电转换效率；燃料电池的电极材料决定着电池的质量和寿命，材料的制备工艺又决定着能源的成本。

典型应用是新型二次电池，其中铅酸电池和镉镍电池是早已广泛应用的二次电池，但是比能量都很低；另外，铅和镉都是有毒金属，对环境的污染问题严重。

新型的二次电池性能优良，可循环使用，对环境的污染较小，避免了上述弊病。