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哈工大化学小论文.
化学理论在能源科学中的应用
某某某
(哈尔滨工业大学能源学院)
摘要:随着化石燃料的迅速消耗和环保问题的日益严重,新能源研究成为全球性的热点问题;理论化学正为越来越多的科研人员应用到众多研究领域中。化学及相关科学理论的进步,一次又一次的引领着新能源不断向前发展。进入20世纪以来,原子核的秘密被发现,核能逐渐得以利用;各种新型材料的发现,使得太阳能电池的发展突飞猛进。一个又一个由化学理论导致的科学发现不断影响着人类文明的发展。21世纪,注定是一个不平凡的世纪,各种顶尖化学理论将被不断被提出,新能源的发展也将不断受到这些新发现的影响。
关键词:能源危机,新能源,化学理论
一、引言
有专家估计,地球贮藏的煤炭将在今后200年内开采完毕,石油将在40年内开采完毕,天然气也仅能维持60年的开采。随着化石燃料的迅速消耗和环保问题的日益严重,新能源研究成为全球性的热点问题;理论化学正为越来越多的科研人员应用到众多能源研究领域中。
解决能源危机的方法一般有两种:一种是节约能源,另一种则是开发新能源。新能源以新技术和新材料为基础,使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用,用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源。
二.新能源,未来社会发展的支柱
发展新能源经济是当今世界的历史潮流和必然选择,近年来,曾支撑20世纪人类文明高速发展的以石油、煤炭和天然气为主的石化能源出现了前所未有的危机,除其储藏量不断减少外,更严重的是科学研究发现,石化能源在使用后产生的二氧化碳气体作为温室效应气体排放到大气中后,人为地导致了全球变暖,引发了人们对未来社会发展动力来源的广泛关注和思考。不少国家的能源战略都有一个明显的政策导向——鼓励开发新能源,这既是国际市场上石油等传统能源产品价格高昂压力所致,也是人类可持续发展的客观需要。 因此,新能源开发有可能成为未来最重要的经济增长引擎,成为最有创造就业和财富能力的新经济支柱。新能源,从大的方面讲是使世界可持续发展和使人类向外发展,从小的方面讲就是改善或解决现有能源所带来的各种问题(能耗,资源,环境污染等),对世界的发展和人类社会的持续进步具有重大的意义。
三.应用化学理论开发新能源
1.核能的利用
核能是人类历史上的一项伟大发现,这离不开早期西方科学家的探索发现,他们为核能的发现和应用奠定了基础。核能可一直追溯到19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子开始,人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。1905年爱因斯坦提出质能转换公式,核能作为一种可利用的能量来源开始走入科学家的视野。1914年英国物理学家卢瑟福通过实验,确定氢原子核是一个正电荷单元,称为质子。1935年英国物理学家查得威克发现了中子。1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核,发现了核裂变现象。1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。核能有巨大威力,1公斤铀原子核全部裂变释放出来的能量,约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。一座100万千瓦的核电站,每年只需25吨至30吨低浓度铀核燃料,运送这些核燃料只需10辆卡车;而相同功率的煤电站,每年则需要300多万吨原煤,运输这些煤炭,要1000列火车。核聚变反应释放的能量则更巨大。据测算1公斤煤只能使一列火车开动8米;一公斤裂变原料可使一列火车开动4万公里;而1公斤聚变原料可以使一列火车行驶40万公里,相当于地球到月球的距离。地球上蕴藏着数量可观的铀、钍等裂变资源,如果把它们的裂变能充分利用,可以满足人类上千年的能源需求。在大海里,还蕴藏着不少于20万亿吨核聚变资源——氢的同位元素氘,如果可控核聚变在21世纪前期变为现实,这些氘的聚变能将可顶几万亿亿吨煤,能满足人类百亿年的能源需求。更可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染。聚变能称得上是未来的理想能源。因此,人类已把解决资源问题的希望,寄托在核能这个能源世界未来的巨人身上了。
太阳能电池
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”,是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到,瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。
20世纪50年代,随着半导体物性的逐渐了解,以及加工技术的进步,1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后,第一个太阳能电池在1954年诞生在贝尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应,根据所用材料的不同,太阳能电池可分为:1、硅太阳能电池;2、以
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