能源科學

能源科學是對能源進行研究的學科。主要研究各種能源的開發及綜合利用的理論技術及政策，與國民經濟密切相關。能源科學的研究對於世界經濟的發展以及人類社會的可持續發展，促進人與自然的和諧具有巨大的作用。

基本介紹

• 中文名：能源科學
• 外文名：energy science
• 簡述：是對能源進行研究的科學
• 研究方向：各種能源的開發、生產、轉換等

科學簡介

能源科學 是對能源進行研究的科學。它主要研究各種能源的開發、生產、轉換、傳輸、分配及綜合利用的理論技術及政策，與國民經濟密切相關。能源科學的研究對於世界經濟的發展以及人類社會的和持續發展，促進人與自然的和諧具有巨大的作用。

三次突破

(1)蒸汽機的發明和套用引起了產業革命；

(2)電力的發明和套用引起了產業革命；

(3)原子能的發明和套用標誌社會生產技術進入“原子能時代”。能源是生產力發展的重要標誌之一。

發展方向

能源科學培訓

21世紀，能源自然科學技術可能在下列幾個方面有所作為。

1.核聚變能

自1938年H．A．貝特提出核聚變是太陽巨大能量的來源後，科學家一直在努力研究，希望實現人類利用核聚變能的目標。

核聚變堆是人類利用核聚變能的關鍵技術，它是通過可控核聚變反應以釋放核能的裝置。有預測認為，商用核聚變堆的建成時間在2025~2050年間。

2.氫能

氫能是一種清潔的新能源和可再生能源。氫多作為燃料用於交通運輸、熱能和動力生產中，顯示出高效率和高效益的特點。如超音速飛機使用氫燃料比使用常規燃料效率要高38%，氫氣內燃機汽車的效率約為汽油汽車效率的2．5倍；氫燃料電池在固定動力站套用中效率可達80%，在催化加熱器中的熱效率可接近100%。隨著制氮技術的發展，氫能將成為其他新能源和對再生能源的最佳載體替代化石燃料。

3.燃料電池

燃料電池是將氫、天然氣、煤氣、甲醇、肼等燃料的化學能直接轉換成電能的一類化學電源。與燃煤、燃油等火力發電相比，燃料電池無中間燃燒環節，因此能量轉換效率可以大大提高。若實行熱電聯產，其燃料總效率可達80%以上。更引人注意的是，用燃料電池發電時，不產生氮氧化物（NO2和硫化物（SO2、SO3），產生的二氧化碳也很少。所以，推廣套用燃料電池；可以大大減少光化學煙霧、酸雨及溫室效應對地球生態環境的危害。據估計，如果以燃料電池發電力式取代常規的火力發電方式，那么全球二氧化碳排放量可降低40%-60%。這對深受環境污染困擾的人類而言，不啻提供了一種理想能源。因此，70年代以來，美、日、中等許多國家都將大型燃料電池的開發作為重點研究項目。

燃料電池的結構與普通電池相同，也有陰極、陽極，通過電解質將兩電極隔開，所不同的是，燃料電池運行過程中要求連續供給反應物，以保持連續供電。

4.生物質能

生物質能的高效和清潔利用技術生物質能是以生物質為載體的能量。生物質是指一切有生命的可以生長的有機物質，包括動植物和微生物。所有生物質均具有一定能量，而可以作為能源利用的主要是農林業的副產品及其加工殘餘物、能源植物，也包括人、畜糞便和有機廢棄物。生物質能是由太陽能轉換而來的，它是地球上的綠色植物、藻類和光合細菌通過光合作用貯女的化學能。

5.分散能源系統技術

限於規模經濟的原因，以前人類所建造的能源系統，如電力系統和天然氣系統，是向著規模越來越大的方向發展。分散能源系統將會越來越多，它將儘可能多地利用當地可再生能源技術，通過技術集成，為家庭和小團體提供能源需求。現在這一技術主要用來為農村和邊遠地區提供電力。到下世紀中葉，它可能成為富人私家利用的技術。

6.太陽能發電技術

太陽能發電技術是利用太陽能來生產電力的技術。根據現在人們的認識，有三種途徑。實現這一目的：一種是把太陽能轉換為熱能，利用熱能發電；另一種是直接把太陽能轉換為電能，它是利用特殊半導體材料的光生伏打效應將太陽能直接轉換成電能，其能量轉換的器件稱為太陽電池；還有一種是通過太陽能—化學能轉換，將水分解成氫和氧，利用氫來發電。從發展來看，通過太陽電池實現太陽能發展的技術進展較快，它也屬於21世紀較有發展前景的技術。

7.潔淨煤技術

廣義的潔淨煤技術泛指比傳統燃煤過程能降低二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和微塵污染的多種先進用煤技術。狹義的潔淨煤技術專指燃煤電廠更清潔、更有效的先進燃煤技術。潔淨煤技術最早是在1985年由德魯·劉易斯和威廉·戴維斯提出的，目的是想解決美國和加拿大兩國的酸雨問題。

潔淨煤技術在21世紀較有發展前景的原因主要有兩個；①煤炭在自然界的儲量很大，它是石油和天然氣資源耗盡後的主要化石能源；②煤炭的使用對環境污染比較大。

8.能源軟科學

由於人類社會的發展需要越來越多的能源，人類在使用能源的過程中總是伴隨著比較大的環境影響，能源工業本身又是國民經濟發展的一個重要組成部分，因此，如何協調經濟—能源—環境之間的關係，使得社會的發展建立在自然資源可以承受的基礎之上，能源軟科學將會發揮巨大作用。

現在看來，21世紀可望有較大發展的能源軟科學主要是指消費過程的節能技術及有利於減少能消費的不公平性的決策技術。以改進其消費行為，從而使消費行為有利於窮人。

能源作物

數百年來，煤和石油一直在燃料王國里唱“主角”，試想，煤和石油的“祖宗”既然都是遠古時代的植物，那么能不能種植能源作物，像收割莊稼一樣來“收穫”石油呢？這將是21世紀普遍關注的一個新的問題。

理想的生物燃料作物應具有高效光合能力。從情況看，芒屬作物可算是一種理想的生物燃料作物。“芒”。原產於中國華北和日本，這種植物具有許多優點：

1．生長迅速：它季就能長3米高，所以當地人稱它為“象草”。

2．生長潑辣：這種作物從亞熱帶到溫帶的廣闊地區到處都能生長，它在強日照和高溫條件下生長茂盛，對肥水利用率高。在生長期間，可不施化肥和農藥，憑它根狀莖上的強大根系能有效地吸取養料。

3．燃燒完全：“芒”在收割時比“較乾燥，植株體內只會有20%－30%的水分。這種作物在生長過程中從大氣中吸收多少二氧化碳，燃燒時就釋放多少二氧化碳，不增加大氣中二氧化碳的含量。

4．成本低：芒屬作物所產生的能源相當於用油菜籽製作的生物柴油的兩倍，其成本還不及種植油菜的1/3。

5．產量高：據試驗，這種生物燃料作物，每公頃產量高達44噸。如果1公頃平均年“收穫”12噸石油，比其它現有任何能源植物都高，而且可連續收穫多年。

綠色植物將向人們提供越來越多樣的化學製品和能源。從能源作物提煉出來的生物柴油可以取代石油，減少人類對石油的過度依賴。因而能源作物的開發與種植，不僅使能源可再生和綜合利用，減少環境污染，也為農業經濟的復甦創造了契機。能源作物將成為人類開發再生能源的又一新途徑。

能源作物是再生能源，取之不盡，用之不竭。德國奧爾登堡大學經講學博士林奇聰在《能源季刊》發表的研究結果指出，每1公頃油菜可生產1200升植物油和1060升的氧氣（40個人1年所需的氧氣量），植物油不僅可供食用，同時只要經過簡單的化學反應，就可變成生物柴油；氧氣對淨化空氣很有益處。

研究結果表明，生物柴油不含硫化物，因此不會形成酸雨現象；另外它可以藉由生物分解，避免對土填。地下水的污染。世界各國紛紛開往新能源，期望能在維持工業發展的周時，減少溫室氣體的排放量。

推廣種植能源作物，不僅是國際環保的大勢所趨．而且也是農業經濟與改善土壤的要求所致。現代農業的高度生產、單一作物的種植以及過度機械化的結果，導致嚴重的土壤流失，而不當的耕種方式、種植對上出有害的作物，造成對環境的不良影響。種植能源作物，不僅可阻止土壤的流失，還可幫助土壤建立新土壤層。

科學家們已發現了40多種“石油”植物。專家們正在進行品種的選擇和質量的最佳化，並準備儘快實行商業化生產。現在，歐洲一些國家已在大規模種植芒屬植物，英國打算拿出150萬英畝的土地來種植這種生物燃料作物。德國已興建了一座發電能力為12萬千瓦的發電廠，其燃料就是芒屬植物、白楊、柳樹的混合物和秸稈。

英國科學家與工程研究委員會不久前決定，它將投資2000萬英鎊用於開發潔淨能源新技術，其中向綠色植物要能源是這個研究計畫的一部分。科學家們認為，現在普通植物對於陽光的利用效率不到4%，如果通過研究使其提高到5%，那么只要世界農田面積的1/10，就可提供相當於人類使用的全部化學燃料的能源。

科學家預言，在未來20－30年內，從事耕種的一部分農民將轉而生產能源作物，並建立使用“生物燃料”為燃料的發電站。