¿Cuál es la relación entre la química y la energía?

La química y la energía están relacionadas principalmente en dos aspectos. Uno es solucionar la contaminación causada por la vieja energía y el otro es explorar nuevas energías para solucionar la crisis energética.

La nueva energía también se llama energía no convencional. Se refiere a diversas formas de energía distintas de la energía tradicional. Se refiere a energías que recién han comenzado a desarrollarse y utilizarse o que están siendo investigadas activamente y necesitan ser promovidas, como la energía solar, la energía geotérmica, la energía eólica, la energía oceánica, la energía de biomasa y la energía de fusión nuclear. Energy World tiene la información más completa para descargar gratuitamente

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[Editar este párrafo] Clasificación

Se están utilizando varias formas de nueva energía. Es energía térmica generada directa o indirectamente por el sol o el interior de la tierra. Esto incluye la energía generada a partir de energía solar, eólica, de biomasa, geotérmica, hídrica y oceánica, así como biocombustibles e hidrógeno derivados de fuentes de energía renovables. También se puede decir que la nueva energía incluye diversas energías renovables y energía nuclear. En comparación con la energía tradicional, la nueva energía generalmente tiene las características de menos contaminación y grandes reservas, lo cual es de gran importancia para resolver los graves problemas de contaminación ambiental y de agotamiento de los recursos (especialmente la energía fósil) en el mundo actual. Al mismo tiempo, debido a que muchas nuevas fuentes de energía están distribuidas uniformemente, también es de gran importancia para resolver las guerras causadas por la energía.

Según afirma el mundo, recursos como el petróleo y las minas de carbón disminuirán a un ritmo acelerado. La energía nuclear y la energía solar pronto se convertirán en las principales fuentes de energía.

El Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) divide la nueva energía en las siguientes tres categorías: energía hidroeléctrica grande y mediana; nueva energía renovable, incluida la pequeña energía hidroeléctrica, la energía solar, la energía eólica, la energía moderna de biomasa y la geotérmica. energía y energía oceánica Energía (energía de las mareas); energía de biomasa penetrante.

En términos generales, la energía convencional se refiere a energía que tiene una tecnología relativamente madura y se ha utilizado a gran escala, mientras que la energía nueva generalmente se refiere a energía que aún no se ha utilizado a gran escala y se está investigado y desarrollado activamente. Por lo tanto, el carbón, el petróleo, el gas natural y la energía hidroeléctrica de gran y mediano tamaño se consideran fuentes de energía convencionales, mientras que la energía solar, la energía eólica, la energía moderna de biomasa, la energía geotérmica, la energía oceánica, la energía nuclear, la energía del hidrógeno, etc., se consideran fuentes de energía convencionales. nuevas fuentes de energía. Con el avance de la tecnología y el establecimiento del concepto de desarrollo sostenible, los residuos orgánicos industriales y domésticos, que en el pasado se utilizaban como basura, han vuelto a ser reconocidos como material para la utilización de recursos energéticos y han sido objeto de Por lo tanto, la utilización de recursos de residuos también puede considerarse como una forma de nueva tecnología energética.

Los recursos energéticos que han sido desarrollados y utilizados recientemente por los humanos y que esperan más investigación y desarrollo se denominan energía nueva. En comparación con la energía convencional, la energía nueva tiene diferentes características en diferentes períodos históricos y niveles tecnológicos. En la sociedad actual, las nuevas energías suelen referirse a la energía nuclear, la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica, el hidrógeno, etc.

Según las categorías, se puede dividir en: energía eólica solar, energía de biomasa, combustible biodiesel, etanol, vehículos de nueva energía, pilas de combustible, energía de hidrógeno, generación de energía residual, conservación de energía en edificios, energía geotérmica, éter dimetílico, hielo inflamable, etc.

[ Editar este párrafo] Panorama de las Nuevas Energías

Se estima que la energía solar irradiada a la Tierra cada año es de 1,78 mil millones de kilovatios, de que se pueden desarrollar y utilizar entre 50 y 100 mil millones de grados. Sin embargo, debido a su distribución dispersa, en la actualidad es muy poco lo que se puede utilizar. Los recursos de energía geotérmica se refieren al contenido calorífico total de las rocas y el agua dentro de un radio de 5.000 metros de tierra. Entre ellos, los recursos de energía geotérmica de alta temperatura por encima de 150°C dentro de una profundidad de 3 kilómetros en la superficie terrestre mundial ascienden a 1,4 millones de toneladas de carbón estándar. Actualmente, algunos países han comenzado su desarrollo y utilización comercial. El potencial de la energía eólica en el mundo es de unos 350 mil millones de kilovatios. Debido a que la energía eólica es intermitente y dispersa, es difícil utilizarla de manera económica. Si en el futuro se realizan mejoras importantes en la tecnología de transmisión y almacenamiento de energía, su utilización aumentará. . La energía oceánica incluye la energía de las mareas, la energía de las olas, la energía de diferencia de temperatura del agua del mar, etc. Las reservas teóricas son muy considerables. Debido a limitaciones técnicas, todavía se encuentra en la etapa de investigación a pequeña escala. En la actualidad, debido a que la tecnología de utilización de nuevas energías aún no está madura, solo representa una pequeña parte de la energía total requerida por el mundo y tiene grandes perspectivas de desarrollo en el futuro.

[Editar este párrafo] Descripción general de nuevas formas de energía comunes

(Para más detalles, consulta las entradas correspondientes a cada forma de energía)

Energía solar

La energía solar generalmente se refiere a la energía radiante de la luz solar.

Las principales formas de utilización de la energía solar incluyen la conversión fototérmica, la conversión fotoeléctrica y la conversión fotoquímica de la energía solar

La energía solar en un sentido amplio es la fuente de muchas energías en la tierra, como la energía eólica, la energía química , energía potencial del agua, etc. La forma de energía causada o convertida por la energía solar.

Los principales métodos de utilización de la energía solar incluyen: células solares, que convierten la energía contenida en la luz solar en energía eléctrica mediante conversión fotoeléctrica, que utilizan el calor de la luz solar para calentar agua y utilizar agua caliente; para generar electricidad.

La energía solar se puede dividir en 2 tipos:

1. El módulo de panel solar fotovoltaico es un dispositivo de generación de energía que genera corriente continua cuando se expone a la luz solar. Está hecho casi en su totalidad de semiconductores. materiales (por ejemplo, consta de delgadas células fotovoltaicas de estado sólido hechas de silicio. Como no tiene piezas móviles, puede funcionar durante mucho tiempo sin desgaste. Las células fotovoltaicas simples pueden alimentar relojes y computadoras, mientras que los sistemas fotovoltaicos más complejos pueden iluminar los hogares y alimentar la red. Los módulos de paneles fotovoltaicos se pueden fabricar en diferentes formas y los módulos se pueden conectar para generar más electricidad. En los últimos años, los componentes de paneles fotovoltaicos se han utilizado en tejados y superficies de edificios, e incluso se utilizan como parte de ventanas, tragaluces o dispositivos de protección. Estas instalaciones fotovoltaicas a menudo se denominan sistemas fotovoltaicos adjuntos a edificios.

2. Energía solar térmica La tecnología moderna de energía solar térmica agrega la luz solar y utiliza su energía para producir agua caliente, vapor y electricidad. Además de utilizar la tecnología adecuada para recolectar energía solar, los edificios también pueden aprovechar la luz y el calor del sol incorporando características apropiadas en su diseño, como grandes ventanas orientadas al sur o utilizando materiales de construcción que absorben y liberan lentamente el calor del sol.

Energía nuclear

La energía nuclear es la energía liberada por el núcleo al convertir su masa, de acuerdo con la ecuación de Albert Einstein E=mc^2;, donde E=energía, m = masa, c=velocidad de la luz constante. Hay tres formas principales de liberación de energía nuclear:

A. Energía de fisión nuclear

La llamada energía de fisión nuclear se produce a través de algunos núcleos atómicos pesados ​​(como el uranio-235, el uranio -238, plutonio-239, etc.) La energía liberada por la fisión

B. Energía de fusión nuclear

La combinación de dos o más núcleos de hidrógeno (como los isótopos de hidrógeno—deuterio y tritio) en una reacción más pesada. La reacción en la que los núcleos atómicos sufren una pérdida de masa y liberan una enorme energía al mismo tiempo se llama reacción de fusión nuclear, y la energía liberada se llama energía de fusión nuclear.

C. Desintegración nuclear

La desintegración nuclear es una forma natural de fisión mucho más lenta y difícil de utilizar debido a su lenta liberación de energía.

Energía nuclear La principales problemas en su utilización:

(1) Bajo índice de utilización de recursos

(2) Los residuos nucleares producidos tras la reacción se han convertido en un factor potencial perjudicial para la biosfera, y su tratamiento final la tecnología aún no se ha resuelto por completo

(3) Los problemas de seguridad de los reactores aún deben monitorearse y mejorarse continuamente

(4) Los requisitos de no proliferación nuclear son limitados, es decir, la El plutonio-239 generado en los reactores de las centrales nucleares está controlado

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(5) El costo de inversión en la construcción de energía nuclear es aún mayor que el de la generación de energía convencional y el riesgo de inversión es mayor.

Energía oceánica

La energía oceánica se refiere a diversas energías renovables contenidas en el agua de mar. La energía renovable incluye energía de las mareas, energía de las olas, energía de las corrientes oceánicas, energía de diferencia de temperatura del agua de mar, energía de diferencia de salinidad del agua de mar. etc. Estas fuentes de energía tienen la ventaja de ser renovables y no contaminar el medio ambiente. Son nuevas fuentes de energía de importancia estratégica que es necesario desarrollar y utilizar con urgencia.

La generación de energía de las olas, según estimaciones de los científicos, la energía eléctrica contenida en las olas en la Tierra alcanza los 90 billones de grados. Actualmente, las boyas de navegación marítima y los faros ya utilizan la electricidad procedente de generadores de olas para su iluminación. También se han desarrollado grandes generadores de olas. Nuestro país también está realizando investigaciones y pruebas sobre la generación de energía de las olas y ha fabricado un dispositivo de generación de energía para las luces de navegación.

Generación de energía mareomotriz, según estimaciones de la Conferencia Mundial de Energía, para 2020, la generación de energía mareomotriz en el mundo alcanzará entre 100 y 300 mil millones de kilovatios. La central mareomotriz más grande del mundo es la central del estuario de Rance, en el Canal de la Mancha, en el norte de Francia, con una capacidad de generación de energía de 240.000 kilovatios y ha estado en funcionamiento durante más de 30 años.

Mi país ha construido la central mareomotriz de Jiangxia, en la provincia de Zhejiang, con una capacidad total de 3.000 kilovatios.

Energía eólica

La energía eólica se forma por el flujo de radiación solar. En comparación con otras fuentes de energía, la energía eólica tiene ventajas obvias: tiene grandes reservas, 10 veces más que la energía hidráulica, está ampliamente distribuida y nunca se agotará. Es especialmente importante para islas y áreas remotas con transporte inconveniente y lejos de ellas. la red eléctrica principal.

La energía eólica es la forma más común de uso de la energía eólica por parte de la gente contemporánea. Desde el desarrollo de las turbinas eólicas en Dinamarca a finales del siglo XIX, la gente se ha dado cuenta de que energías como el petróleo se agotarán. Por eso han prestado atención al desarrollo de la energía eólica y han utilizado el viento para generar energía.

En 1977, la República Federal de Alemania construyó el molino de viento generador de energía más grande del mundo en el famoso valle eólico de Blombottel, en el estado federado de Schleswig-Holstein. El molino de viento tiene 150 metros de altura, cada aspa mide 40 metros de largo, pesa 18 toneladas y está hecho de fibra de vidrio. En 1994, la capacidad instalada de turbinas eólicas en todo el mundo había alcanzado unos 3 millones de kilovatios, generando unos 5 mil millones de kilovatios hora de electricidad cada año.

Energía de biomasa

La energía de biomasa proviene de la biomasa. También es una forma de energía almacenada en los seres vivos en forma de energía química procedente de la energía solar. Fotosíntesis. La energía de biomasa es energía solar almacenada y la única fuente de carbono renovable que puede convertirse en combustibles sólidos, líquidos o gaseosos convencionales. Los recursos energéticos de biomasa son relativamente abundantes en la Tierra y son una fuente de energía inofensiva. La Tierra produce 173 mil millones de toneladas de materiales a través de la fotosíntesis cada año, lo que contiene energía equivalente a entre 10 y 20 veces el consumo total de energía del mundo, pero la tasa de utilización actual es inferior a 3.

Energía geotérmica

La fuente de calor interna de la Tierra puede provenir de la energía liberada por la diferenciación de la gravedad, la fricción de las mareas, las reacciones químicas y la desintegración de elementos radiactivos. La energía térmica radiactiva es la principal fuente de calor de la Tierra. Los recursos geotérmicos de mi país son abundantes y están ampliamente distribuidos. Hay 5.500 puntos calientes geotérmicos y 45 campos geotérmicos. Los recursos geotérmicos totales son de aproximadamente 3,2 millones de megavatios.

Energía de Hidrógeno

Entre muchas nuevas fuentes de energía, la energía del hidrógeno destaca por sus ventajas únicas como su peso ligero, ausencia de contaminación, alto poder calorífico y amplio rango de aplicaciones, y se convertirá en un ideal en la energía del siglo XXI. La energía del hidrógeno se puede utilizar como combustible para aviones y automóviles, y para propulsar cohetes.

Energía de Penetración del Océano

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Si hay son dos Si la concentración de sal en una solución es alta y la concentración de la otra solución es baja, entonces cuando las dos soluciones se juntan y se separan por una membrana permeable, se generará presión osmótica y el agua fluirá de la solución. con baja concentración a la solución con baja concentración y alta solución. Lo que fluye en los ríos es agua dulce, mientras que lo que existe en el océano es agua salada, y existe cierta diferencia de concentración entre ambas. En la desembocadura de un río, la presión del agua dulce es mayor que la del agua de mar. Si se coloca un generador de turbina en la desembocadura del río, la presión osmótica entre el agua dulce y el agua de mar puede hacer que la turbina genere. electricidad.

La energía de infiltración oceánica es una energía verde muy respetuosa con el medio ambiente, no produce basura ni emite dióxido de carbono, ni depende de las condiciones climáticas. Se puede decir que es inagotable. En aguas con mayores concentraciones de sal, la eficiencia de generación de energía de las plantas de energía osmótica será mejor, como el Mar Mediterráneo, el Mar Muerto, el Gran Lago Salado en la ciudad de Yancheng, mi país, y el Gran Lago Salado en los Estados Unidos. Por supuesto, cerca de la central eléctrica debe haber un suministro de agua dulce. Según estimaciones de Bud Mikkelsen, director del Grupo Energético Noruego, la capacidad anual de generación de energía mundial puede alcanzar los 1,6 billones de kilovatios-hora utilizando la energía de infiltración del océano para generar electricidad.

Energía del agua

La energía del agua es una fuente de energía renovable y una fuente de energía limpia. Se refiere a recursos energéticos como la energía cinética, la energía potencial y la energía de presión de los cuerpos de agua. Los recursos de energía hídrica en un sentido amplio incluyen la energía del agua de los ríos, la energía del agua de las mareas, la energía de las olas, la energía de las corrientes oceánicas y otros recursos energéticos del agua en un sentido estricto se refieren a los recursos de energía del agua en los ríos. Es energía convencional y energía primaria. El agua no sólo puede ser utilizada directamente por el hombre, sino que también es un portador de energía. La energía solar impulsa el ciclo del agua en la Tierra y lo mantiene en marcha. El flujo de agua superficial es una parte importante. En zonas con grandes desniveles y grandes caudales, los recursos energéticos hídricos son abundantes.

A medida que los combustibles fósiles se vuelven cada vez más escasos, la energía hidráulica es un recurso alternativo muy importante y prometedor. La generación de energía hidroeléctrica en el mundo está todavía en su infancia. Los movimientos del agua, como ríos, mareas, olas y marejadas, se pueden utilizar para generar electricidad.

[Editar este párrafo] Estado de desarrollo y tendencias de las nuevas energías

Algunas tecnologías de utilización de energías renovables han logrado grandes avances y han alcanzado una cierta escala en todo el mundo. En la actualidad se han aplicado las tecnologías de utilización de energía de biomasa, energía solar, energía eólica, generación hidroeléctrica, energía geotérmica, etc.

La Agencia Internacional de Energía (AIE) realizó un estudio sobre la demanda internacional de electricidad de 2000 a 2030. El estudio muestra que la tasa de crecimiento anual promedio de la generación total de energía a partir de energías renovables será la más rápida. La investigación de la AIE cree que en los próximos 30 años, la generación de energía renovable no hidráulica crecerá más rápido que la generación de energía a partir de cualquier otro combustible, con una tasa de crecimiento anual de casi el 6%. Entre 2000 y 2030, su generación total de energía aumentará cinco. veces, y en 2030, en 2016, proporcionará el 4,4% de la electricidad total del mundo, de la cual la biomasa representará el 80%.

En la actualidad, la proporción de energías renovables en la energía primaria es generalmente baja, por un lado, está relacionada con la importancia y las políticas de los diferentes países. El costo de la tecnología de energía renovable, especialmente la energía solar, la energía de biomasa, la energía eólica, etc., con un alto contenido técnico. Según la investigación de pronóstico de la AIE, el costo de la generación de energía con energía renovable disminuirá significativamente en los próximos 30 años, aumentando así su costo. competitividad. El costo de la utilización de energía renovable está relacionado con muchos factores, por lo que los resultados de la predicción de costos tienen ciertas incertidumbres. Sin embargo, estas previsiones indican que el coste de las tecnologías de utilización de energías renovables seguirá disminuyendo.

Nuestro gobierno concede gran importancia a la investigación y desarrollo de energías renovables. La Comisión Estatal de Economía y Comercio formuló el "Décimo Plan Quinquenal" para el desarrollo de industrias de nuevas energías y energías renovables, y formuló y promulgó la "Ley de Energías Renovables de la República Popular China", centrándose en el desarrollo de la energía solar térmica. aprovechamiento, generación de energía eólica y biomasa Aprovechamiento eficiente y aprovechamiento de la energía geotérmica. En los últimos años, con el fuerte apoyo del Estado, nuestro país ha logrado grandes avances en los campos de la generación de energía eólica, la generación de energía mareomotriz y la utilización de energía solar.

Las nuevas energías (o más apropiadamente las energías renovables) incluyen principalmente: energía solar, energía eólica, energía geotérmica, energía de biomasa, etc. Después de décadas de exploración de la energía de biomasa, muchos expertos nacionales y extranjeros han dicho que este método energético no puede desarrollarse vigorosamente. No sólo robará los recursos terrestres de los que dependen los seres humanos para sobrevivir, sino que también conducirá a un desarrollo no saludable de la sociedad; el desarrollo de la energía geotérmica El desarrollo y el uso de aire acondicionado tienen las mismas características. El desarrollo a gran escala conducirá inevitablemente a la destrucción del medio ambiente del suelo superficial regional e inevitablemente provocará otro cambio ambiental ecológico, la energía eólica y la energía solar son inagotables. la tierra. Energía saludable inagotable, seguramente se convertirán en la corriente principal de la energía alternativa en el futuro.

La generación de energía solar tiene las características de un diseño simple y un mantenimiento conveniente, y tiene una amplia gama de aplicaciones. Ahora la capacidad instalada total del mundo ha comenzado a alcanzar la generación de energía eólica tradicional. incluso cerca del 5-8 de la generación total de energía en el país. Los problemas que surgen son inesperados. La limitación de tiempo de la generación de energía solar ha causado un impacto en la red eléctrica. en la comunidad energética.

La generación de energía eólica comenzó a aparecer en el escenario de la historia a finales del siglo XIX. En más de cien años de desarrollo, siempre ha sido la única perdedora en el campo de las nuevas energías. Debido a su costo relativamente bajo, se ha convertido en una potencia competitiva entre varios países. Sin embargo, a medida que el número de parques eólicos a gran escala sigue aumentando, la superficie ocupada también se está expandiendo, lo que genera conflictos sociales cada vez más destacados. se ha convertido en otro enigma para nosotros.

Ya en 2001, MUCE llevó a cabo un estudio para desarrollar un suministro de energía de comunicación estable en la isla. Después de más de seis años de investigación y práctica, un nuevo método de aplicación maduro, el sistema híbrido eólico y solar de MUCE. Finalmente se presentó a la sociedad, este sistema utiliza una combinación 10:3 de una nueva turbina eólica de eje vertical (tipo H) desarrollada independientemente en mi país y generación de energía solar para formar una producción de energía relativamente estable. Se ha puesto en aplicaciones prácticas en edificios, exteriores, estaciones base de comunicaciones, farolas e islas, y se ha obtenido una gran cantidad de datos de uso confiables.

Los resultados de la investigación de este sistema traerán un nuevo impulso al desarrollo de nuevas energías en nuestro país e incluso en el mundo.

La nueva turbina eólica de eje vertical (tipo H) supera las deficiencias de la turbina eólica de eje horizontal tradicional, como la alta velocidad del viento inicial, el ruido fuerte, la poca resistencia al viento y el verse afectado por la dirección del viento. y adopta una teoría de diseño completamente diferente, utilizando nuevas estructuras y materiales, logra el rendimiento de arrancar con brisa, sin ruido, resistente a tifones por encima del nivel 12 y no afectado por la dirección del viento. Puede ser ampliamente utilizado en empresas pequeñas y medianas. aplicaciones como villas, edificios de varios pisos y rascacielos, alumbrado público, etc. El sistema de generación de energía híbrido eólico-solar basado en él tiene las ventajas de una producción de energía estable, una alta economía y un pequeño impacto en el medio ambiente. También resuelve el impacto del desarrollo de la energía solar en la red eléctrica y otros impactos.

A medida que se acerca la crisis energética, las nuevas energías se han convertido en una de las principales fuentes de energía del mundo en el futuro. Entre ellas, la energía solar ha ido entrando poco a poco en nuestra vida cotidiana y, en ocasiones, se puede ver u oír la generación de energía eólica, pero ¿cómo se utilizan en la práctica como nuevas fuentes de energía? ¿Cómo será exactamente el desarrollo de nuevas energías? Estas son preguntas que tendremos que explorar durante mucho tiempo.

[Editar este párrafo] La importancia ambiental y estratégica de seguridad energética de la nueva energía

El rápido crecimiento de la demanda energética de mi país ha roto el suministro autosuficiente de energía a largo plazo de mi país patrón Desde 1993 Desde 2002, mi país se ha convertido en un importador neto de petróleo, y las importaciones de petróleo han aumentado año tras año, lo que hace que mi país sea más competitivo en el mercado energético mundial. Debido a la relativa escasez de producción de energía fósil de mi país, especialmente petróleo y gas natural, el suministro de energía de mi país dependerá cada vez más del mercado internacional en el futuro.

Hay muchas incertidumbres en el comercio internacional. Los precios internacionales de la energía pueden estabilizarse a medida que mejora el entorno de paz internacional, pero también pueden fluctuar a medida que la situación internacional se vuelve turbulenta. En el futuro, la inestabilidad del mercado petrolero internacional y las fluctuaciones de los precios del petróleo afectarán gravemente el suministro de petróleo de mi país y tendrán un gran impacto en la economía y la sociedad. El desarrollo vigoroso de la energía renovable puede reducir relativamente la proporción de energía fósil en la demanda energética de mi país y el alcance de la energía importada, y mejorar la seguridad energética y económica de mi país.

Además, el beneficio más directo de las energías renovables comparadas con las energías fósiles es que provocan menos contaminación ambiental.

¿Qué es la nueva energía?

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Nueva energía, incluida la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica, la energía oceánica, la energía de biomasa y otras energías renovables. El desarrollo y la utilización razonables de nuevas energías pueden mejorar y optimizar la estructura energética, proteger el medio ambiente, mejorar la calidad de vida de las personas y promover el desarrollo sostenible de la economía y la sociedad nacionales.

El desarrollo y utilización de nuevas energías incluye principalmente actividades de investigación científica, experimentación, promoción, aplicación y producción y operación de nuevas tecnologías y productos energéticos. El desarrollo y la utilización de nuevas energías deben combinarse con el desarrollo económico, seguir los principios de adaptar las medidas a las condiciones locales, complementar múltiples fuentes de energía, utilización integral, enfatizar los beneficios y enfatizar tanto el desarrollo como la conservación, publicitar a las masas, realizar demostraciones modelo y orientación de beneficios, a fin de lograr beneficios energéticos, beneficios ambientales y beneficios económicos La unidad de beneficios y beneficios sociales.

2

Con el continuo desarrollo de la ciencia, la tecnología y la productividad social, el tema de la energía cobra cada vez más importancia. En la actualidad, la energía mundial todavía está dominada por los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural. Las reservas de estos combustibles fósiles son limitadas y, al mismo tiempo, son materias primas químicas extremadamente valiosas de las que se pueden extraer y procesar diversas fibras químicas, plásticos, caucho, fertilizantes y otros productos químicos. Es una lástima utilizar materias primas químicas tan importantes como la energía. Con el desarrollo de la productividad social y la mejora del nivel de vida humano, el consumo mundial de energía está aumentando. Se estima que las reservas mundiales de petróleo, gas natural y carbón sólo pueden abastecer el uso humano durante uno o doscientos años como máximo. Por tanto, una tarea estratégica urgente ante la humanidad es explorar nuevas fuentes de energía. Las nuevas fuentes de energía que actualmente se investigan y desarrollan principalmente incluyen las siguientes:

1. Energía geotérmica y energía mareomotriz

Los recursos geotérmicos disponibles son agua caliente subterránea, vapor geotérmico y formaciones rocosas calientes. La capa subterránea de agua caliente se encuentra generalmente a más de 2.000 metros de profundidad, con una temperatura de unos 80°C. Reducir la presión del agua caliente subterránea y convertirla en vapor (el agua hierve a 80°C a 47,34 kPa) puede impulsar un generador de turbina para generar electricidad.

La energía maremotriz aprovecha el desnivel del agua provocado por la subida y bajada del agua del mar. Esta energía se puede utilizar como energía para impulsar turbinas para generar electricidad. La energía contenida en el ascenso y descenso de las mareas en la Tierra es enorme, pero existen muchas dificultades técnicas y altos costos en la construcción de centrales mareomotrices a gran escala.

2. Energía solar

La energía que irradia el sol a la superficie terrestre cada año es de unos 5×10^22J, lo que equivale a 13.000 veces el consumo energético mundial actual. Se puede decir que la energía solar es inagotable. y libre de contaminación. Por tanto, la captación y utilización de la energía solar es una cuestión de gran interés para los científicos contemporáneos.

Actualmente existen tres formas principales de aprovechamiento de la energía solar. Una es utilizar directamente el calor de la radiación solar para construir cocinas solares, calentadores de agua solares, salas solares (para calefacción) e invernaderos de plástico, o utilizar energía solar para generar electricidad. Las centrales de energía solar utilizan colectores para absorber el calor de la radiación solar, y la temperatura de sus materiales de almacenamiento de calor (metal líquido) puede alcanzar unos 1000°C. El calor absorbido convierte el agua en vapor a través de un intercambiador de calor para impulsar una turbina de vapor para generar electricidad. Este método de conversión se llama conversión de luz en calor. El segundo es la conversión fotoeléctrica, que utiliza células solares para convertir directamente la energía solar en energía eléctrica. Hay muchos tipos de células solares, incluidas las de silicio monocristalino, las de arseniuro de galio, las de fosfuro de indio y las de silicio policristalino. En la actualidad, la eficiencia de las células solares es todavía relativamente baja y el coste relativamente alto. Se utiliza principalmente en naves espaciales, como satélites artificiales, como energía para diversos instrumentos y equipos. La tercera es la conversión fotoquímica, que es la conversión directa de la radiación solar en energía química. La fotosíntesis de las plantas verdes es una conversión química de la luz, pero los humanos no pueden controlarla completamente. Por lo tanto, el estudio de varios métodos de conversión fotoquímica totalmente controlables es también uno de los principales temas de investigación en el mundo actual. En los últimos años se ha descubierto que cuando la energía solar se irradia a un determinado sistema de reacción fotoquímica, se pueden formar fotoproductos cinéticamente estables, convirtiendo la energía luminosa en energía química y almacenándola. Además, en presencia de un catalizador, el método de dividir directamente el agua con luz solar para producir hidrógeno y oxígeno también es una forma prometedora de utilizar la energía solar. El desarrollo de la energía del hidrógeno tiene ventajas únicas. En primer lugar, la materia prima del hidrógeno es el agua, que abunda en recursos. Además, el poder calorífico del hidrógeno después de la combustión es relativamente alto. 1 g de hidrógeno puede liberar 143 kJ de calor, mientras que 1 g de carbón solo puede liberar de 31 a 32 kJ y 1 g de gasolina solo puede liberar 48 kJ. También existe la combustión de hidrógeno para producir agua, que se origina a partir del agua y se reduce a agua. Es un ciclo que se ajusta a la naturaleza y no altera el equilibrio de la naturaleza. Y como los productos de la combustión no contienen humo ni otros contaminantes, la energía del hidrógeno es una energía limpia y libre de contaminación.

Aunque la energía total que recibe la Tierra del sol es muy grande, debido a su baja densidad energética, la inversión única para obtener energía unitaria es grande y es necesario mejorar la eficiencia de conversión de energía. .

3. Energía nuclear

Se liberan enormes cantidades de energía cuando los núcleos atómicos sufren fisión y fusión. La energía nuclear es una fuente de energía relativamente ideal.

(1) Energía de fisión nuclear

La fisión es el proceso en el que núcleos más pesados ​​se dividen en núcleos más ligeros bajo el bombardeo de neutrones de energía suficiente. Cuando el núcleo atómico 235U sufre fisión, se divide en dos fragmentos desiguales y varios neutrones. El proceso de fisión es bastante complejo y en los productos de fisión se han encontrado 35 elementos y más de 200 radionucleidos. La siguiente es una forma de fisión de 235U:

[Editar este párrafo] Varias fuentes de energía nuevas en el futuro

Energía de las olas: energía de las olas del océano. Se trata de una fuente de energía renovable inagotable y libre de contaminación. Se especula que la energía eléctrica contenida en las olas del océano en la Tierra llega a 9×104TW. En los últimos años, el aprovechamiento de la energía de las olas ha ocupado un lugar en los nuevos planes de desarrollo energético de varios países. Aunque la generación de energía de las olas es más costosa y necesita mejoras adicionales, el progreso actual ha demostrado el valor comercial potencial de esta nueva fuente de energía. Una planta de energía de las olas del océano en Japón ha estado en funcionamiento durante 8 años. Aunque el costo de generación de energía de la planta es más alto que el de otros métodos de generación de energía, para islas remotas, puede ahorrar costos de inversión como la transmisión de energía. En la actualidad, se han construido docenas de centrales eléctricas de energía de las olas en Estados Unidos, Gran Bretaña, India y otros países, y todas funcionan bien.

Hielo combustible: Es un compuesto sólido combinado con agua. Su apariencia es similar al hielo, por eso se le llama "hielo combustible".

El hielo combustible es estable a bajas temperaturas y altas presiones, y el gas inflamable liberado cuando el hielo se derrite equivale a 100 veces el volumen del compuesto sólido original. Se estima que las reservas de hielo combustible son mayores que las de carbón, petróleo y gas natural de la Tierra juntos.

Metano de lecho de carbón: Debido al aumento de temperatura y presión durante el proceso de formación del carbón, éste sufre metamorfismo y además libera gases inflamables. De la turba al lignito, cada tonelada de carbón produce 68 m3 de gas; de la turba al carbón graso, cada tonelada de carbón produce 130 m3 de gas; de la turba a la antracita, cada tonelada de carbón produce 400 m3 de gas. Los científicos estiman que la cantidad de metano de yacimientos de carbón en la Tierra puede alcanzar las 2.000 Tm3.

Microorganismos: Muchos países del mundo son ricos en caña de azúcar, remolacha azucarera, yuca, etc. Mediante la fermentación microbiana, se puede elaborar alcohol que tiene las características de combustión completa, alta eficiencia y ausencia de contaminación. Se puede utilizar para diluir gasolina, se obtiene "gasolina etanol", la materia prima para elaborar alcohol es abundante y el costo es bajo. Según informes, cientos de miles de automóviles en Brasil han sido modificados para utilizar "gasolina etanol" o alcohol como combustible, reduciendo la contaminación del aire. Además, se puede producir hidrógeno utilizando microorganismos para abrir nuevas formas de energía.