能源材料

廣義的說，凡是能源工業及能源技術所需的材料都可稱為能源材料。但在新材料領域，能源材料往往指那些正在發展的、可能支持建立新能源系統滿足各種新能源及節能技術的特殊要求的材料。

能源材料的分類在國際上尚未見有明確的規定，可以按材料種類來分，也可以按使用用途來分。大體上可分為燃料（包括常規燃料、核燃料、合成燃料、炸藥及推進劑等）、能源結構材料、能源功能材料等幾大類。按其使用目的又可以把能源材料分成能源工業材料、新能源材料、節能材料、儲能材料等大類。為敘述方便也經常使用混合的分類方法。

基本介紹

• 中文名：能源材料
• 分類：固態、液態和氣態燃料
• 氫能源材料：固體儲氫材料
• 材料：鈾、鈽等核燃料

分類

目前比較重要的新能源材料有：

（1）裂變反應堆材料，如鈾、鈽等核燃料、反應堆結構材料、慢化劑、冷卻劑及控制棒材料等。

（2）聚變堆材料：包括熱核聚變燃料、第一壁材料、氚增值劑、結構材料等。

固體推進劑

（3）高能推進劑：包括液體推進劑、固體推進劑。

（4）燃料電池材料：如電池電極材料、電解質等。

（5）氫能源材料：主要是固體儲氫材料及其套用技術。

（6）超導材料：傳統超導材料、高溫超導材料及在節能、儲能方面的套用技術。

（7）太陽能電池材料。

（8）其它新能源材料：如風能、地熱、磁流體發電技術中所需的材料。

生物質能資源

地球上每年植物光合作用固定的碳達2×10t，含能量達3×10J，因此每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當於全世界每年耗能量的10倍。生物質遍布世界各地，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產量就相當於現階段人類消耗礦物能的20倍，或相當於世界現有人口食物能量的160倍。雖然不同國家單位面積生物質的產量差異很大，但地球上每個國家都有某種形式的生物質，生物質能是熱能的來源，為人類提供了基本燃料。

光合作用

中國擁有豐富的生物質能資源，中國理論生物質能資源50億噸左右。現階段可供利用開發的資源主要為生物質廢棄物，包括農作物秸稈、薪柴、禽畜糞便、工業有機廢棄物和城市固體有機垃圾等。

這些年來，中國在生物質能利用領域取得了重大進展。

分類

生物質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於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。生物質在地球上無處不在，生物質能可以說遍地都是。

利用

人類利用生物質的歷史極其悠長，薪柴秸稈的直接燃燒利用曾給人類的生存發展帶來極大的支撐，在人類發展史上發揮了更重要作用的化石類能源煤炭、石油、天然氣等也是生物質中的有機物經過上億年的時間演變而來。生物質能的原始能量來源於太陽，所以從廣義上講，生物質能是太陽能的一種表現形式。

生化轉化

生物質生化轉化是依靠微生物或酶的作用，對生物質進行生物轉化，生產出如乙醇、氫、甲烷等液體或者氣體燃料的技術。主要針對農業生產和加工過程的生物質，如農作物秸稈、畜禽糞便、生活污水、工業有機廢水和其他有機廢棄物等。生物質生化轉化技術主要包括水解發酵和沼氣技術兩大類套用技術。

風能

風是地球上的一種自然現象，它是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風。 我們常說今天刮什麼風，今天風很大，其實科學上用風向和風速、以及風的等級來全面度量風。風力發電是風能利用的主要形式。

風速是指空氣在單位時間內流動的水平距離。根據風對地上物體所引起的現象將風的大小分為13個等級，稱為風力等級，簡稱風級。以0～12等級數字記載。

風向是指風吹來的方向，例如北風就是指空氣自北向南流動。風向一般用8個方位表示。分別為：北、東北、東、東南、南、西南、西、西北。

風級和符號	名稱	風速（米）	陸地物象	海面波浪	浪高（米）
0	無風	0.0-0.2	煙直上	平靜	0.0
1	軟風	0.3-1.5	煙示風向	微波峰無飛沫	0.1
2	輕風	1.6-3.3	感覺有風	小波峰未破碎	0.2
3	微風	3.4-5.4	旌旗展開	小波峰頂破裂	0.6
4	和風	5.5-7.9	吹起塵土	小浪白沫波峰	1.0
5	勁風	8.0-10.7	小樹搖擺	中浪折沫峰群	2.0
6	強風	10.8-13.8	電線有聲	大浪到個飛沫	3.0
7	疾風	13.9-17.1	步行困難	破峰白沫成條	4.0
8	大風	17.2-20.7	折毀樹枝	浪長高有浪花	5.5
9	烈風	20.8-24.4	小損房屋	浪峰倒卷	7.0
10	狂風	24.5-28.4	拔起樹木	海浪翻滾咆哮	9.0
11	暴風	28.5-32.6	損毀普遍	波峰全呈飛沫	11.5
12	颱風（亞太平洋西北部和南海海域）或颶風（大西洋及北太平洋東部）	32.7以上	摧毀巨大	海浪滔天	14.0

利用

風能的利用主要是以風能作動力和風力發電兩種形式，其中又以風力發電為主。

以風能作動力，就是利用風來直接帶動各種機械裝置。如：風力泵水、風帆助航等。

問題

風能利用的前景廣闊，但在風能利用中有兩個問題需要特別注意。一是風力機的選址，二是風力機對環境的影響。

風力發電機

無論是哪種用途的風力機，選擇設定地點都是十分重要的。選址合適不但能降低設備費用和維修成本，還能避免事故的發生。除了考慮設定地點的風況外，還應考慮其他自然條件的影響，例如雷擊、結冰、鹽霧和沙塵等。

如果不考慮風能利用中由於所採用材料在生產過程中對環境的污染，通常認為風能利用對環境是無污染的。但是由於人們對環境保護的含義越來越廣，因此在風能利用中也必須考慮風力機對環境的影響，這種影響主要反映在以下幾個方面（1）：風力機的噪聲；（2）：對鳥類的傷害；（3）：對景觀的影響；（4）：對通信的干擾。

地熱能

溫泉是地熱能展現在大自然的一種現象，當人們看到那熱氣騰騰的熱水，不禁會想這種能源是怎樣形成？這裡就來揭開這一奧秘。因為地球內部很深處存在放射性元素，這些元素不斷進行著熱核反應，具有非常高的溫度，估計地球中心的溫度有6000℃。這樣巨大的熱能，通過大地的熱傳導、火山噴發、地震、深層水循環、溫泉等途徑不斷地向地表散發，這樣，便產生了地熱能。因此，地球被形象地形容為“大鍋爐”。

分布

據估算，全球地熱可采資源量為500EJ/a，已超過全球一次性能源的年消耗量（400EJ/a）。可見，地熱資源開發利用的潛力很大。我國是一個以中低溫地熱資源為主的國家，非電直接開發利用已居世界首位（裝機容量和年產能值分別達3,687MWt和12,605GWh）。

按照地熱資源的分布，世界著名五大地熱帶有：環太平洋地熱帶、大西洋中脊地熱帶、地中海及喜馬拉雅地熱帶、中亞地熱帶和紅海、亞丁灣與東非裂谷地熱帶。

其中，我國地熱資源與三個地熱帶有關：我國東南部為環太平洋地熱帶、我國藏滇地區為地中海及喜馬拉雅地熱帶、我國新疆地區為中亞地熱帶。因此，我國地熱資源很豐富。

發電

是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體應首先套用於發電。地熱發電和火力發電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然後帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不象火力發電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。

地熱發電的過程，就是把地下熱能首先轉變為機械能，然後再把機械能轉變為電能的過程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。

蒸汽型地熱發電是把蒸汽田中的乾蒸汽直接引人汽輪發電機組發電，但在引人發電機組前應把蒸汽中所含的岩屑和水滴分離出去。這種發電方式最為簡單，但乾蒸汽地熱資源十分有限，且多存於較深的地層，開採技術難度大，故發展受到限制。

太陽能

矽太陽能電池板

新能源和再生清潔能源技術是21世紀世界經濟發展中最具有決定性影響的五個技術領域之一，新能源包括太陽能、生物質能、核能、風能、地熱、海洋能等一次能源以及二次電源中的氫能等。新能源材料則是指實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術中所要用到的關鍵材料。主要包括儲氫電極合金材料為代表的鎳氫電池材料、嵌鋰碳負極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、Si半導體材料為代表的太陽能電池材料以及鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料等。

當前的研究熱點和技術前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。