廣泛應用的新能源

陶菊 王鈺鍵 禹文洋

能源是人類藉以克服困難，維持生存的原動力，譬如太陽給我們光熱，風吹動風車可以發電，燃燒汽油可用以推動汽車，使用瓦斯可以烹調、取暖，凡此種種如太陽、風、汽油、瓦斯等都是能源。近年來，無論核分裂、核融合和太陽能的研究發展，均呈現出一片蓬勃景象，但今日能源供應市場燃料其蘊藏量有限且日益枯竭、分布不均，使用時又污染嚴重，鑒於目前已經投置的生產設備和應用技術，預計主能源維持在能源主流的地位直至本世紀之末，因此人類當務之急便是尋求更好用的燃料，并加緊改良現有能源的利用技術。下面是未來應用較廣泛的兩種新能源。

一、新能源之生物質能

生物質能是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質能，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。生物質能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質能是太陽能的一種表現形式。目前，很多國家都在積極研究和開發利用生物質能。生物質能蘊藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機物中，它是由太陽能轉化而來的。

1、生物質能的特點

1）可再生性生物質屬可再生資源，生物質能由于通過植物的光合作用可以再生，資源豐富，可保證能源的永續利用;

2）低污染性生物質的硫含量、氮含量低;生物質作為燃料時，由于它在生長時需要的二氧化碳相當于它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應;

3）廣泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質能;

4）生物質燃料總量十分豐富。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界總能源需求量，相當于目前世界總能耗的十倍。

2、生物質能的分類

依據來源的不同，可以將適合于能源利用的生物質分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等。林業生物質資源是指森林生長和林業生產過程提供的生物質能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等。農業生物質能資源是指農業作物;農業生產過程中的廢棄物，如農作物收獲時殘留在農田內的農作物秸稈。工業有機廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業生產過程中排出的廢水等，其中都富含有機物。城市固體廢物主要是由城鎮居民生活垃圾，商業、服務業垃圾和少量建筑業垃圾等固體廢物構成。

3、生物質能的利用

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。目前人類對生物質能的利用，包括直接用作燃料的有農作物的秸稈、薪柴等;間接作為燃料的有農林廢棄物、動物糞便、垃圾及藻類等，它們通過微生物作用生成沼氣，或采用熱解法制造液體和氣體燃料，也可制造生物炭。生物質能是世界上最為廣泛的可再生能源，現代生物質能的利用是通過生物質的厭氧發酵制取甲烷，生物油和生物炭，用生物質制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技術培育能源植物，發展能源農場。

二、新能源之核能

核能是核裂變能的簡稱。多年以前50科學家在的一次試驗中發現鈾-235原子核在吸收一個中子以后能分裂，在放出2—3個中子的同時伴隨著一種巨大的能量，這種能量比化學反應所釋放的能量大的多，這就是我們今天所說的核能。核能的獲得途徑主要有兩種，即重核裂變與輕核聚變。核聚變要比核裂變釋放出更多的能量。例如相同數量的氘和鈾-235分別進行聚變和裂變，前者所釋放的能量約為后者的三倍多。被人們所熟悉的原子彈、核電站、核反應堆等等都利用了核裂變的原理。只是實現核聚變的條件要求的較高，即需要使氫核處于幾千萬度以上的高溫才能使相當的核具有動能實現聚合反應。

1、核能利用—核電站

目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍處于絕對優勢，但此種能源不僅燃燒利用率低，而且污染環境，它燃燒所釋放出來的二氧化碳等有害氣體容易造成"溫室效應"，使地球氣溫逐年升高，造成氣候異常，加速土地沙漠化過程，給社會經濟的可持續發展帶來嚴重影響。與火電廠相比，核電站是非常清潔的能源，不排放這些有害物質也不會造成"溫室效應"，因此能大大改善環境質量，保護人類賴以生存的生態環境。世界上核電國家的多年統計資料表明，雖然核電站的投資高于燃煤電廠，但是，由于核燃料成本遠遠地低于燃煤成本，相反核燃料反應所釋放的能量卻遠遠高于化石燃料燃燒所釋放出來的能量，而且核燃料取之不皆，這就使得目前核電站的總發電成本低于燒煤電廠。

2、中國核能發展的趨勢

核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個優勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，中國正在加大能源結構調整力度。積極發展核電、風電、水電等清潔優質能源已刻不容緩。中國能源結構仍以煤炭為主體，清潔優質能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，到2050年，根據不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案。中國國家發展改革委員會正在制定中國核電發展民用工業規劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。從核電發展總趨勢來看，中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確并正在執行，當前發展壓水堆，中期發展快中子堆，遠期發展聚變堆。具體地說就是，近期發展熱中子反應堆核電站;為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環的技術路線，中期發展快中子增殖反應堆核電站;遠期發展聚變堆核電站，從而基本上“永遠”解決能源需求的矛盾。

人口增加，每人耗費的能源用量也不斷升高，但自然界的能源蘊藏并非無窮，與傳統能源逐漸枯竭之際，對各種形式再生能源的開發研究正被各國重視，現今社會人類終於體悟到能源不容我們的任意揮霍，因此除了積極開發新能源、改善能源利用的效率外，也應研究如何在不降低生活水準、不減緩工業發進步及經濟成長的前題下，努力節約能源。