能源材料

能源工业及能源技术所需的材料

广义的说，凡是能源工业及能源技术所需的材料都可称为能源材料。但在新材料领域，能源材料往往指那些正在发展的、可能支持建立新能源系统满足各种新能源及节能技术的特殊要求的材料。

分类

目前比较重要的新能源材料有：

（1）裂变反应堆材料，如铀、钚等核燃料、反应堆结构材料、慢化剂、冷却剂及控制棒材料等。

（2）聚变堆材料：包括热核聚变燃料、第一壁材料、氚增值剂、结构材料等。

（3）高能推进剂：包括液体推进剂、固体推进剂。

（4）燃料电池材料：如电池电极材料、电解质等。

（5）氢能源材料：主要是固体储氢材料及其应用技术。

（6）超导材料：传统超导材料、高温超导材料及在节能、储能方面的应用技术。

（7）太阳能电池材料。

（8）其它新能源材料：如风能、地热、磁流体发电技术中所需的材料。

生物质能资源

地球上每年植物光合作用固定的碳达2×10t，含能量达3×10J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就相当于现阶段人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。

中国拥有丰富的生物质能资源，中国理论生物质能资源50亿吨左右。现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。

这些年来，中国在生物质能利用领域取得了重大进展。

分类

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。生物质在地球上无处不在，生物质能可以说遍地都是。

利用

人类利用生物质的历史极其悠长，薪柴秸秆的直接燃烧利用曾给人类的生存发展带来极大的支撑，在人类发展史上发挥了更重要作用的化石类能源煤炭、石油、天然气等也是生物质中的有机物经过上亿年的时间演变而来。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。

生化转化

生物质生化转化是依靠微生物或酶的作用，对生物质进行生物转化，生产出如乙醇、氢、甲烷等液体或者气体燃料的技术。主要针对农业生产和加工过程的生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水、工业有机废水和其他有机废弃物等。生物质生化转化技术主要包括水解发酵和沼气技术两大类应用技术。

风能

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。我们常说今天刮什么风，今天风很大，其实科学上用风向和风速、以及风的等级来全面度量风。风力发电是风能利用的主要形式。

风速是指空气在单位时间内流动的水平距离。根据风对地上物体所引起的现象将风的大小分为13个等级，称为风力等级，简称风级。以0～12等级数字记载。

风向是指风吹来的方向，例如北风就是指空气自北向南流动。风向一般用8个方位表示。分别为：北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。

利用

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。

以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置。如：风力泵水、风帆助航等。

问题

风能利用的前景广阔，但在风能利用中有两个问题需要特别注意。一是风力机的选址，二是风力机对环境的影响。

无论是哪种用途的风力机，选择设置地点都是十分重要的。选址合适不但能降低设备费用和维修成本，还能避免事故的发生。除了考虑设置地点的风况外，还应考虑其他自然条件的影响，例如雷击、结冰、盐雾和沙尘等。

如果不考虑风能利用中由于所采用材料在生产过程中对环境的污染，通常认为风能利用对环境是无污染的。但是由于人们对环境保护的含义越来越广，因此在风能利用中也必须考虑风力机对环境的影响，这种影响主要反映在以下几个方面（1）：风力机的噪声；（2）：对鸟类的伤害；（3）：对景观的影响；（4）：对通信的干扰。

地热能

温泉是地热能展现在大自然的一种现象，当人们看到那热气腾腾的热水，不禁会想这种能源是怎样形成？这里就来揭开这一奥秘。因为地球内部很深处存在放射性元素，这些元素不断进行着热核反应，具有非常高的温度，估计地球中心的温度有6000℃。这样巨大的热能，通过大地的热传导、火山喷发、地震、深层水循环、温泉等途径不断地向地表散发，这样，便产生了地热能。因此，地球被形象地形容为“大锅炉”。

分布

据估算，全球地热可采资源量为500EJ/a，已超过全球一次性能源的年消耗量（400EJ/a）。可见，地热资源开发利用的潜力很大。我国是一个以中低温地热资源为主的国家，非电直接开发利用已居世界首位（装机容量和年产能值分别达3687MWt和12605GWh）。

按照地热资源的分布，世界著名五大地热带有：环太平洋地热带、大西洋中脊地热带、地中海及喜马拉雅地热带、中亚地热带和红海、亚丁湾与东非裂谷地热带。

其中，我国地热资源与三个地热带有关：我国东南部为环太平洋地热带、我国藏滇地区为地中海及喜马拉雅地热带、我国新疆地区为中亚地热带。因此，我国地热资源很丰富。

发电

是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不像火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。

地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。

蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制。

太阳能

硅太阳能电池板

新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si半导体材料为代表的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。

当前的研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。

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