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21世紀(jì)能源將向氣體和光能過渡

  正如20世紀(jì)初,能源結(jié)構(gòu)從固體燃料向液體燃料過渡一樣,21世紀(jì),能源將向氣體能源和太陽能過渡.人類將以最清潔能源--天然氣、氫氣和太陽能來代替如今的固體和液體燃料.

  能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和支柱.20世紀(jì)初,是固體能源--煤,最先轉(zhuǎn)動工業(yè)革命的車輪.其后隨著石油的開采,人類進(jìn)入液體能源時代--石油時代.能源的這兩大革命,加速了人類的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的騰飛,也給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染.正當(dāng)人類在尋找新的清潔的能源之時,科學(xué)界爆出了2050年全球石油資源將瀕于枯竭的消息,這更加堅定了人類探索新能源的決心.經(jīng)探明,世界天然氣總儲量為404萬億立方米,其中有146萬億立方米可開采,這大約相當(dāng)于全球整個能源消費量的200倍,可以滿足今后10年內(nèi)的氣能供應(yīng).天然氣不含硫和其他有害微粒,與石油和煤相比,天然氣燃燒時沒有煙塵,所產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠、一氧化碳、氮氧化物也很少,并且不合重金屬.大多?shù)科學(xué)家認(rèn)為,人類能源還將從光能--太陽能,以及其他再生能源產(chǎn)生的新能源如氫氣等過渡,而天然氣只是這種過渡的橋梁.

  除天然氣外,21世紀(jì)的新能源主要是太陽能,可再生的生物質(zhì)能(實為變換了的太陽能)和核聚變能.能源專家們預(yù)測,本世紀(jì)太陽能利用領(lǐng)域?qū)⑷〉镁薮蟪删停?050年,太陽能發(fā)電將從現(xiàn)在占能源市場的0.1%上升到50%.美國宣布,計劃到2010年在100萬家屋頂上安裝太陽能發(fā)電板;英國石油公司宣布,將投資10億美元建立一些太陽能電池板生產(chǎn)企業(yè).希臘政府已開始實施一項為500 MW的太陽能發(fā)電站,它是目前世界上最大的太陽能發(fā)電站.Amdco石油公司宣布將在印度沙漠地區(qū)建造一座更大的太陽能發(fā)電站.太陽能發(fā)電能力每年將以100 MW的速度持續(xù)增長.

  作為城市內(nèi)部和運輸用的能源,通過來自太陽能發(fā)電的電力電解水而得到氫,這種太陽能氫系統(tǒng)將成為主流之一,滿足城市對電力和熱能的需求.

摘自《珠江環(huán)境報》

回答下列問題:

(1)文中提到了哪些清潔能源?

(2)簡述人類利用氣體能源和光能的優(yōu)缺點.

(3)結(jié)合你的生活經(jīng)驗談?wù)勀銓π履茉蠢玫目捶ê腕w驗.

答案:
解析:

(1)天然氣、氫氣和太陽能.

(2)天然氣不含硫和其它有害微粒,與石油和煤相比,天然氣燃燒時沒有煙塵,所產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠铩⒁谎趸、氮氧化物也很少,并且不含重金屬?/P>


練習(xí)冊系列答案
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科目:初中物理 來源:1+1 輕巧奪冠·優(yōu)化訓(xùn)練 九年級物理 北京課改版 題型:048

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21世紀(jì)——核能時代

  21世紀(jì),能源問題是首先要解決的問題之一,隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源的消耗量飛快地增長.從目前的消耗量計算,石油還能采50年,煤最多能采100多年.若全世界均按美國和加拿大的耗能水平(人均耗煤8.4噸/年)計算,即使人口增長率為零,地球上的煤也只能維持30多年,而石油和天然氣只能維持10幾年.

  雖然地球上還有其他形式的能源,如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮、水能等,但與煤和石油相比微不足道,不能滿足人類的需要.相比之下,核能是解決能源危機(jī)的一個最有效的途徑.核能是地球上儲量最豐富的能源.又是高度密集的能源.它的效率是驚人的,1 kg核燃料所釋放的能量相當(dāng)于2 500 t煤或2 000 t石油.而且,核裂變發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟,它有其無法取代的優(yōu)點.首先,是地球上核燃料資源儲量豐富,已探明的礦至少有460萬噸,可供人類使用200多年;其次,核能發(fā)電比較經(jīng)濟(jì),總的算起來,核電廠的發(fā)電成本要比火電廠低15%~50%;第三,核電是清潔的能源,有利于保護(hù)環(huán)境.

  所以,21世紀(jì)是核能發(fā)電的大發(fā)展時期.氫是一種很有前途的新的“二次能源”.液態(tài)氫已被用來作為人造衛(wèi)星和宇宙飛船中的能源,但困難是不能大量制取.其原因是目前制取氫的辦法是以消耗其他能源為代價的.若利用核聚變反應(yīng)則非常有希望解決這一問題.因為海水中含有大量氫及其同位素氘和氚(據(jù)計算,一桶海水中能提取的氘的能量相當(dāng)于300桶汽油).若將海水中所有的氘的核能都釋放出來,它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年.

  然而,實現(xiàn)持續(xù)的可控核聚變,難度非常大.核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾十億度,在這樣的高溫下,氘、氚混合燃料形成高溫等離子態(tài).這里有許多問題需要解決,如怎樣加熱到如此高的溫度?怎樣盛裝如此高溫度的等離子體?這就是如何約束的問題.

  目前,世界各國已建造多種類型的試驗裝置200多臺.近年來,設(shè)在英國牛津附近的核聚變裝置完成了一項可控核聚變試驗.在圓形圈內(nèi),在2億攝氏度下,氘、氚氣體相遇成功爆炸,產(chǎn)生了200 kW的能量,試驗持續(xù)了幾分鐘.雖然這距實際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離,技術(shù)上也還有許多難題需要解決.但已露出勝利的曙光.預(yù)計到21世紀(jì)50年代前后能實現(xiàn)原型示范的可控聚變反應(yīng).

  可見,下世紀(jì)一旦核聚變能被利用起來,將會使人類徹底擺脫能源危機(jī).我們設(shè)想,到那時,廉價的能源將使21世紀(jì)成為一個能量富足的時代,可生產(chǎn)出更豐富更新型的產(chǎn)品,而成本更為低廉.例如,可以從海洋中提取更多有用的元素,像金和鉑,到那時,其價值不再是金錢的象征.那么利用金和鉑耐腐蝕的優(yōu)良特性,來制造耐腐蝕的儲槽、閥門、管道等,可延長其使用壽命而不用頻繁更換.

  此外,從海水中提取礦物質(zhì)的“核”工廠生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品——蒸餾水,也非常有用,可以通過管道將它們輸送到水源短缺的地方,實施龐大的灌溉計劃,改造農(nóng)田,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量還可以送入城市,用于取暖或作為熱源.核能除了發(fā)電之外,還可以用于煉鋼、推動動力機(jī)械、海水淡化處理、建筑物供熱采暖、空調(diào)制冷及熱水供應(yīng)等.

  低溫核供熱反應(yīng)堆是一種既清潔、經(jīng)濟(jì)又安全的理想新熱源.建設(shè)一座20萬千瓦的供熱堆,每年消耗核燃料二氧化鈾僅1 t,它可以為500萬立方米的建筑物供暖.利用核能還可以對海水進(jìn)行淡化處理,以解決缺水問題.

  法國已設(shè)計了一種輕小型反應(yīng)堆,功率為10~20萬千瓦,只有10個大氣壓的運行壓力,比較安全.利用堆芯產(chǎn)生的熱量將海水加熱蒸餾,每天可生產(chǎn)8萬立方米淡水,可供15萬人飲用.

  中子照相已成為一種新的無損檢驗方法,它可以彌補(bǔ)X射線和γ射線照相的不足之處,進(jìn)行一些它們鞭長莫及的工作.如可以檢驗手機(jī)、航天器、火箭等裝置內(nèi)部零件的結(jié)構(gòu)狀況和質(zhì)量,進(jìn)行考古文物內(nèi)部的無損檢驗等.

  可以預(yù)計,21世紀(jì)是核能與核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用并取得重大發(fā)展的時代.除了現(xiàn)有的核醫(yī)學(xué)診斷治療技術(shù)之外,中子治療癌癥是比較有前途的方法之一.這是因為許多癌組織對硼有較好的吸收效果,同時硼又有吸收中子的能力,當(dāng)它被癌組織吸收后,經(jīng)中子輻照,硼-10變成鋰-7,并放出α粒子,α粒子的射線能量較高,可以更有效地殺死癌細(xì)胞.

  例如,日本有一腦癌患者就是利用這種方法治療后,不僅痊愈了,而且還能駕駛卡車,簡直不可思議.在交通運輸領(lǐng)域,核能的利用將使其產(chǎn)生革命性的變革.核能艦船組成的遠(yuǎn)洋艦隊可以在水上游弋幾十年而不用補(bǔ)充燃料.如果將反應(yīng)堆做得足夠小,并解決防護(hù)問題,到那時,就能生產(chǎn)出核能汽車、核能坦克、核能火車、核能飛機(jī).

  核能還可作為宇宙飛船的動力,到那時,人們可以到其他星系去旅游.21世紀(jì),人們可以對“老天爺”——天氣發(fā)號施令.人類將充分利用核能與大自然抗衡.到那時,不會因氣候和天氣情況影響飛機(jī)的起降,沒有飛機(jī)會因機(jī)場封凍而不能著陸,因為我們可設(shè)法在飛機(jī)水泥跑道下面安裝蒸氣管道.

  不難預(yù)料,未來的世紀(jì)將是科學(xué)技術(shù)日新月異的時代,是人類學(xué)會和自然和諧相處的時代,是經(jīng)濟(jì)和文明繼續(xù)高速發(fā)展的時代,也是核能與核技術(shù)全方位應(yīng)用的新時代.未來的核能時代將成為人類歷史上最光彩奪目、最美好的時代.

(李士 中國科學(xué)院核分析開放實驗室)

(1)21世紀(jì)存在什么樣的能源危機(jī)?為什么說核能是解決能源危機(jī)的一個最有效的途徑?

(2)21世紀(jì),核能除了發(fā)電之外,還有哪些方面的應(yīng)用?

(3)人類社會現(xiàn)在所應(yīng)用的能源很多來自千百萬年前埋在地下的植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的化石能源(例如:石油、煤),如果有一天化石燃料枯竭了,你能否想出一些能替代這些化石能源的清潔能源.(至少寫出三種)

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