能源科学

对能源进行研究的学科

能源科学是对能源进行研究的学科。主要研究各种能源的开发及综合利用的理论技术及政策，与国民经济密切相关。能源科学的研究对于世界经济的发展以及人类社会的可持续发展，促进人与自然的和谐具有巨大的作用。

科学简介

能源科学是对能源进行研究的科学。它主要研究各种能源的开发、生产、转换、传输、分配及综合利用的理论技术及政策，与国民经济密切相关。能源科学的研究对于世界经济的发展以及人类社会的和持续发展，促进人与自然的和谐具有巨大的作用。

三次突破

(1)蒸汽机的发明和应用引起了产业革命；

(2)电力的发明和应用引起了产业革命；

(3)原子能的发明和应用标志社会生产技术进入“原子能时代”。能源是生产力发展的重要标志之一。

发展方向

21世纪，能源自然科学技术可能在下列几个方面有所作为。

1.核聚变能

自1938年H．A．贝特提出核聚变是太阳巨大能量的来源后，科学家一直在努力研究，希望实现人类利用核聚变能的目标。

核聚变堆是人类利用核聚变能的关键技术，它是通过可控核聚变反应以释放核能的装置。有预测认为，商用核聚变堆的建成时间在2025~2050年间。

2.氢能

氢能是一种清洁的新能源和可再生能源。氢多作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中，显示出高效率和高效益的特点。如超音速飞机使用氢燃料比使用常规燃料效率要高38%，氢气内燃机汽车的效率约为汽油汽车效率的2．5倍；氢燃料电池在固定动力站应用中效率可达80%，在催化加热器中的热效率可接近100%。随着制氮技术的发展，氢能将成为其他新能源和对再生能源的最佳载体替代化石燃料。

3.燃料电池

燃料电池是将氢、天然气、煤气、甲醇、肼等燃料的化学能直接转换成电能的一类化学电源。与燃煤、燃油等火力发电相比，燃料电池无中间燃烧环节，因此能量转换效率可以大大提高。若实行热电联产，其燃料总效率可达80%以上。更引人注意的是，用燃料电池发电时，不产生氮氧化物，NO2和硫化物（SO2、SO3），产生的二氧化碳也很少。所以，推广应用燃料电池；可以大大减少光化学烟雾、酸雨及温室效应对地球生态环境的危害。据估计，如果以燃料电池发电力式取代常规的火力发电方式，那么全球二氧化碳排放量可降低40%-60%。这对深受环境污染困扰的人类而言，不啻提供了一种理想能源。因此，70年代以来，美、日、中等许多国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目。

燃料电池的结构与普通电池相同，也有阴极、阳极，通过电解质将两电极隔开，所不同的是，燃料电池运行过程中要求连续供给反应物，以保持连续供电。

4.生物质能

生物质能的高效和清洁利用技术生物质能是以生物质为载体的能量。生物质是指一切有生命的可以生长的有机物质，包括动植物和微生物。所有生物质均具有一定能量，而可以作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物、能源植物，也包括人、畜粪便和有机废弃物。生物质能是由太阳能转换而来的，它是地球上的绿色植物、藻类和光合细菌通过光合作用贮女的化学能。

5.分散能源系统技术

限于规模经济的原因，以前人类所建造的能源系统，如电力系统和天然气系统，是向着规模越来越大的方向发展。分散能源系统将会越来越多，它将尽可能多地利用当地可再生能源技术，通过技术集成，为家庭和小团体提供能源需求。现在这一技术主要用来为农村和边远地区提供电力。到下世纪中叶，它可能成为富人私家利用的技术。

6.太阳能发电技术

太阳能发电技术是利用太阳能来生产电力的技术。根据现在人们的认识，有三种途径。实现这一目的：一种是把太阳能转换为热能，利用热能发电；另一种是直接把太阳能转换为电能，它是利用特殊半导体材料的光生伏打效应将太阳能直接转换成电能，其能量转换的器件称为太阳电池；还有一种是通过太阳能—化学能转换，将水分解成氢和氧，利用氢来发电。从发展来看，通过太阳电池实现太阳能发展的技术进展较快，它也属于21世纪较有发展前景的技术。

7.洁净煤技术

广义的洁净煤技术泛指比传统燃煤过程能降低二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和微尘污染的多种先进用煤技术。狭义的洁净煤技术专指燃煤电厂更清洁、更有效的先进燃煤技术。洁净煤技术最早是在1985年由德鲁·刘易斯和威廉·戴维斯提出的，目的是想解决美国和加拿大两国的酸雨问题。

洁净煤技术在21世纪较有发展前景的原因主要有两个；①煤炭在自然界的储量很大，它是石油和天然气资源耗尽后的主要化石能源；②煤炭的使用对环境污染比较大。

8.能源软科学

由于人类社会的发展需要越来越多的能源，人类在使用能源的过程中总是伴随着比较大的环境影响，能源工业本身又是国民经济发展的一个重要组成部分，因此，如何协调经济—能源—环境之间的关系，使得社会的发展建立在自然资源可以承受的基础之上，能源软科学将会发挥巨大作用。

现在看来，21世纪可望有较大发展的能源软科学主要是指消费过程的节能技术及有利于减少能消费的不公平性的决策技术。以改进其消费行为，从而使消费行为有利于穷人。

能源作物

数百年来，煤和石油一直在燃料王国里唱“主角”，试想，煤和石油的“祖宗”既然都是远古时代的植物，那么能不能种植能源作物，像收割庄稼一样来“收获”石油呢？这将是21世纪普遍关注的一个新的问题。

理想的生物燃料作物应具有高效光合能力。从情况看，芒属作物可算是一种理想的生物燃料作物。“芒”。原产于中国华北和日本，这种植物具有许多优点：

1．生长迅速：它季就能长3米高，所以当地人称它为“象草”。

2．生长泼辣：这种作物从亚热带到温带的广阔地区到处都能生长，它在强日照和高温条件下生长茂盛，对肥水利用率高。在生长期间，可不施化肥和农药，凭它根状茎上的强大根系能有效地吸取养料。

3．燃烧完全：“芒”在收割时比“较干燥，植株体内只会有20%－30%的水分。这种作物在生长过程中从大气中吸收多少二氧化碳，燃烧时就释放多少二氧化碳，不增加大气中二氧化碳的含量。