化学与人类文明论文.doc

化学与能源 摘 要 化学与人类活动息息相关。随着社会的进步和经济的迅猛发展，能源的需求急剧增长。从 世界可持续发展的观点出发，加速可再生能源的开发利用，是消除环境污染，缓和能源紧张 形势的一个必然趋势。 关键词 化学 化学能源 能源开发 可持续发展能源 1 引言 化学（chemistry）是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。 世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段 之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。 [1] 化学与人类文明息息相关。 人类文明在不断活动和进步中，消耗了大量的能源，可以说是滥用。地球不可 再生能源毕竟是有限，近年来能源已经渐渐显示出它过度开发后的颓势，能源已 经不够人类再奢侈的用下去了。人类需要开发新的可再生的能源，这必定也离不 开化学。化学在能源开发和利用方面，化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了 重大贡献，现在又在为开发新能源积极努力。利用太阳能和氢能源的研究工作都 是化学科学研究的前沿课题。 化学，与国民经济各个部门、尖端科学技术各个领域以及人民生活各个方面都 有着密切联系。它是一门重要的基础科学，它在整个自然科学中的关系和地位， 正如在《化学中的机会－－今天和明天》一书中指出的“化学是一门中心科学， 它与社会发展各方面的需要都有密切关系。”它不仅是化学工作者的专业知识， 也是广大人民科学知识的组成部分，化学教育的普及是社会发展的需要，是提高 公民文化素质的需要。 2 能源开发 2.1 能源 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史， 人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地 推进了世界经济和人类社会的发展。能源可以分为一次能源和二次能源。一次能 源是指从自然界获得，而且可以直接应用的热能或动力，通常包括煤、石油、天 然气等化石燃料（又称矿物燃料）以及水能、核能、地热能、太阳能等。目前世 界能源消耗主要为化石燃料，其中石油、煤、天然气大约占总能耗的85％左右。 二次能源通常是指需依靠其他能源而获得的能源，如电能、汽油、氢能等。在各 种能源中，目前已应用得比较普遍的如煤、石油、天然气、水力等称为常规能源； 新近才开发利用的能源或正在开发研究的能源，如核裂变、核聚变、太阳能、氢 能、地热能等称为新能源。根据能源消费后是否造成环境污染，又可分为污染型 能源和清洁型能源。煤炭和石油类能源是污染型能源；水力、氢能、燃料电池和 太阳能等则是清洁型能源。 [2] 太阳能是取之不尽的生态洁净绿色能源，是地球能量的主要来源。每年太阳以 辐射的方式向地球表面持续不断输送能量，相当于人类每年耗能的15000 倍。 [3] 下图是太阳辐照光谱分布图。 [4] 2.2 光能的化学转换 光能的化学转换是起源于 1839 年发现的卤化银在酸性电解液中光还原产生的 “光电效应”。此后，科学家们将半导体材料的电化学、光电化学性质与其电子 结构特性联系起来，将半导体物理领域中的一些概念和理论电化学紧密结合，创 建和提出了一系列光电化学能量转换的基本概念、理论和研究技术方法，奠定了 半导体化学学科发展的基础。 [5] 太阳能即可通过光电化学反应直接转换为电能，也可转换为光电化学反应产物 的化学能。这标志着光电化学方法可以同时实现太阳光能的转换和储存。 2.3 太阳能电池 [6] 太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应 的材料有许多种, 如: 单晶硅, 多晶硅, 非晶硅,砷化镓, 硒铟铜等。它们的发 生基本相同, 现已晶体硅为例描述光发电过程。P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N 型硅, 形成P - N 结。当光线照射太阳电池表面时, 一部分光子被硅材料吸收; 子的能量传递给了硅原子, 使电子发生了越迁, 成为自由电子在 P - N 结两侧 集聚形成了电位差, 当外部接通电路时, 在该电压的作用下, 将会有电流流过 外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是: 光子能量转换成电能的过 程。 [7] 其原理如图： [8] 3 能源开发的重要意义 可再生能源是中国能源优先发展的领域。可再生能源的开发利用，对增加 能源供应、改善能源结构、促进环境保护具有重 要作用，是解决能源供需矛盾 和实现可持续发展的战略选择。中国已经颁布《可再生能源法》，制定了可再生 能源发电优先上网、全额收购、价格优惠及社会公摊的 政策。建立了可再生能 源发展专项资金，支持资源调查、技术研发、试点示范工程建设和农村可再生能 源开发利用。发布了《可再生能源中长期发展规划》，提出到 2010 年使可再生 能源消费量达到能源消费总量的10%，到2020 年达到15%的发展目标。中国将推 进水电流域梯级综合开发，加快大型水电建设，因地制 宜开发中小型水电，适 当建设抽水蓄能电站。推广太阳能热利用、沼气等成熟技术，提高市场占有率。 积极推进风力发电、生物质能和太阳能发电等利用技术，将建 设若干个百万千 瓦级风电基地，以规模化带动产业化。积极落实可再生能源发展的扶持和配套政 策，培育持续稳定增长的可再生能源市场，逐步建立和完善可再生能 源产业体 系和市场及服务体系，促进可再生能源技术进步和产业发展。 [9] 表1 2010 年和2020 年中国可再生能源发展目标 4 结语 化学对人类文明的贡献是巨大的，也是无可取代的。化学产生孕育出了各种能 源，并且也将为开发新能源做出巨大的贡献。在学习了《化学与人类文明》课程 以后，我对化学对人类文明的影响又有了更加深层次的认识，化学与酒，化学与 健康等都给我留下了深刻的印象，人类离不开化学，化学在我们身边的每一个角 落！ 《化学与人类文明》让我学到了很多，也真的认真着手写出了自己的第一篇真 正意义上的完整的论文，感谢肖昕老师！ 参考文献： 【1】 胡应适 能源与化学[J]， 化学工业学报 2010年9月 第50卷 第9期 P12—16. 【2】 胡应适 能源与化学[J]， 化学工业学报 2010年9月 第50卷 第9期 P12—16. 【3】 李汛 绿色能源化学——光电转化太阳能，中国轻工业出版社 2010.11 第十一章 P174 【5】 李汛 绿色能源化学——光电转化太阳能，中国轻工业出版社 2010.11 第十一章 P174 【5】 李汛 绿色能源化学——光电转化太阳能，中国轻工业出版社 2010.11 第十一章 P175 【5】 赵宏娟 黑龙江科技信息，太阳能电池工作原理与种类 2007，17 【6】 赵宏娟 黑龙江科技信息，太阳能电池工作原理与种类 2007，17 【7】 赵宏娟 黑龙江科技信息，太阳能电池工作原理与种类 2007，17 【8】 赵宏娟 黑龙江科技信息，太阳能电池工作原理与种类 2007，17 【9】 郑奎之 化学与能源，哈尔滨工业出版社 2010.9 月