化学与社会的关系 从能源 信息 环境 材料方面谈谈吧

【专家解说】：旧燃料新能源 旧能源新效率无热引擎出新路:索罗斯投资(投机)新能源的另解 发动机效率趋向100%的旧燃料新能源 氢能、风能、太阳能、海洋能、生物质能和核聚变能……新能源的方式，只是能量利用多步骤中前移的一环。而被忽视，潜力巨大的发动机或做功原理、观念的革新更是未来能源开发的第一大方向! 现在的能量利用效率不高，浪费惊人。经典的热机做功方式，能量做功的有用效率只有25%(1/4)，最高也就1/3(33.3%).而100%能量中的75%(3/4)、或66.67%(2/3)都作为无用的热浪费掉了。另有意外，“班克斯热机”是利用记忆合金制成的不要燃料，不耗电力的高效发动机。 热机做功的原理是燃料产热=微观粒子的无序运动。这个热运动，平均说三维空间上每个方向的能量各占1/3，而热机做有用功的也就三维方向中的一个方向维度。其他二维方向上的能量只好作为废热浪费掉! 几十年前已经开始冷落的“绝热发动机”没有象“古典热机原理”预测的那样提升发动机的效率。证明古典热力学机理模型有了问题!而且是大问题!热机出口温度与入口温度的比不是决定发动机效率的关键因素! “绝热”显然已经不是提高热机效率的好创意。原因何在?源自“新热力学发动机原理”!“无热发动机”。当热已经产生，无序运动已经出笼，魔兽就控制不住了!引擎的效率被这1/3或1/4极限桎梏住了。陶瓷“绝热”只是没有诊断对的“错方”，用错药就是必然。 当旧能源(包括新能源)没有产热，新引擎100%做功才会成为可能!也就是旧、新能源微观做有序的一维的运动，发动机的效率才能回归100%，浪费的2/3或3/4能源才可引尔能发，不向或少向环境排泄废热，污染环境，节约大自然的资源! 充分利用好旧能源，为新能源的完美浮出打好前站，做好基础! 节能 节能的中心思想是采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的措施，来更有效地利用能源资源。为了达到这一目的，需要从能源资源的开发到终端利用,更好地进行科学管理和技术改造,以达到高的能源利用效率和降低单位产品的能源消费。由于常规能源资源有限，而世界能源的总消费量则随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高越来越大，世界各国十分重视节能技术的研究(特别是节约常规能源中的煤、石油和天然气，因为这些还是宝贵的化工原料;尤其是石油，它的世界贮量相对很少)，千方百计地寻求代用能源，开发利用新能源。 能源的可持续发展 必须寻找一些既能保证有长期足够的供应量又不会造成环境污染的能源。 而目前人类面临的问题正是:能源资源枯竭;环境污染严重。 随着我国城镇化进程的不断推进，能源需求持续增长，能源供需矛盾也越来越突出，迫在眉睫的问题是，中国究竟该寻求一条怎样的能源可持续发展之路?业内官员和学者认为，为了实现能源的可持续发展，中国一方面必须“开源”，即开发核电、风电等新能源和可再生能源，另一方面还要“节流”，即调整能源结构，大力实施节能减排。 开发新能源和可再生能源是能源可持续发展的应有之义。我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，必须下大力气加快发展新能源和可再生能源，优化能源结构，增强能源供给能力，缓解压力。 我国的核电装机容量不到发电装机容量的2%，远低于世界17%的平均水平，应当采取有效的措施，解决技术路线、投资体制、燃料保障等问题，使我国核电发展的步子迈得更大一些。同时，我国的风电资源量在10亿千瓦左右，目前仅开发几百万千瓦，应当对风电发展进行正确引导，促进用电健康可持续发展。 走能源可持续发展之路，从大的能源结构来讲，还是要加快发展核电。最近一两年，从中央到国务院，都坚定了加快发展核电的信心，今年以来核电的工作力度也在加大。在今后一个时期，在优化能源结构方面，核电的比重、速度要保持相对快速的增长，规模要在短期内有比较大的提升。不光是沿海，还要逐步向中部地区发展。 节能减排是能源可持续发展的必由之路。侯云春表示，我国能源需求结构不合理突出表现在能源利用消耗高、浪费大、污染严重，缓解能源供需矛盾问题，从根本上就是大力节约和合理使用，提高其利用效率，严格控制钢铁、有色、化工、电力等高耗能产业发展，进一步淘汰落后的生产能力。同时，还要大力发展循环经济、积极开展清洁生产，全面推进管理节能，大力推广节能市场机制，促进节能发展，广泛开展全民节能活动。 能源危机 由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。 根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。 为了避免上述窘境，目前美国、加拿大、日本、欧盟等都在积极开发如太阳能、风能、海洋能(包括潮汐能和波浪能)等可再生新能源，或者将注意力转向海底可燃冰(水合天然气)等新的化石能源。同时，氢气、甲醇等燃料作为汽油、柴油的替代品，也受到了广泛关注。目前国内外热情研究的氢燃料电池电动汽车，就是此类能源中介应用的典型代表。 能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。1913年，英国海军开始用石油取代煤炭作为动力时，时任海军上将的邱吉尔就提出了“绝不能仅仅依赖一种石油、一种工艺、一个国家和一个油田”这一迄今仍未过时的能源多样化原则。伴随着人类社会对能源需求的增加，能源安全逐渐与政治、经济安全紧密联系在一起。两次世界大战中，能源跃升为影响战争结局、决定国家命运的重要因素。法国总理克莱蒙梭曾说，“一滴石油相当于我们战士的一滴鲜血”。可见，能源安全的重要性在那时便已得到国际社会普遍认可。20世纪70年代爆发的两次石油危机使能源安全的内涵得到极大拓展，特别是1974年成立的国际能源署正式提出了以稳定石油供应和价格为中心的能源安全概念，西方国家也据此制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的二十多年里，在稳定能源供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。 目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪(如石油)，最多的也能维持一、两个世纪(如煤)人类生存的需求。 今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一、两个世纪。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。 当前世界所面临的能源安全问题呈现出与历次石油危机明显不同的新特点和新变化，它不仅仅是能源供应安全问题，而是包括能源供应、能源需求、能源价格、能源运输、能源使用等安全问题在内的综合性风险与威胁。 作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国。能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位;基本能源消费占世界总消费量的l/10，仅次于美国，居世界第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出。近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993年起，中国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。 就可预见的未来来看，汽车不会大量减少的，但是石油危机的确会对汽车业有一定的影响，比如开发新型汽车(像混合动力、燃料电池、氢动力、太阳能等)以减轻对石油的依赖，减少一些不必要的汽车使用(主要是指私家车)以节约燃料等，但是总的来看不用担心汽车减少这个问题。 启示与建议 1. 依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路。中国有自己的国情，中国能源资源储量结构的特点及中国经济结构的特色，决定在可预见的未来，我国以煤炭为主的能源结构将不大可能改变，我国能源消费结构与世界能源消费结构的差异将继续存在，这就要求中国的能源政策，包括在能源基础设施建设、能源勘探生产、能源利用、环境污染控制和利用海外能源等方面的政策应有别于其他国家。鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展。 2. 积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系。为保障能源安全，我国一方面应借鉴国际先进经验，完善能源法律法规，建立能源市场信息统计体系，建立我国能源安全的预警机制、能源储备机制和能源危机应急机制，积极倡导能源供应在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化，提高市场化程度;另一方面应加强与主要能源生产国和消费国的对话，扩大能源供应网络，实现能源生产、运输、采购、贸易及利用的全球化. 趋势 新能源发展现状和趋势 部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展，并在世界各地形成了一定的规模。目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。 国际能源署(IEA)对2000~2030年国际电力的需求进行了研究，研究表明，来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为，在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快，年增长速度近6%在2000~2030年间其总发电量将增加5倍，到2030年，它将提供世界总电力的4.4%，其中生物质能将占其中的80%。 目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。 我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。 新能源(或称可再生能源更贴切)主要有:太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展;地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化;而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。 太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。 早在2001年，MUCE就为了开拓稳定的海岛通信电源而开展一项研究，经过六年多研究和实践，终于将一种成熟的新型应用方式MUCE风光互补系统向社会推广，这种系统采用了我国自主研制的新型垂直轴风力发电机(H型)和太阳能发电进行10:3地结合，形成了相对稳定的电力输出。在建筑上、野外、通信基站、路灯、海岛均进行了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。这一系统的研究成果将为我国乃至世界的新能源发展带来了新的动力。 新型垂直轴风力发电机(H型)突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理论，采用了新型结构和材料，达到微风启动、无噪音、抗12级以上台风、不受风向影响等性能，可大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。 随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐走入我们寻常的生活，风力发电偶尔可以看到或听到，可是它们作为新能源如何在实际中去应用?新能源的发展究竟会是怎样的格局?这些问题将是我们在今后很长时间里需要探索的。