00548264常铖信息科学技术学院电子学系 《人类生存发展与环境保护》期中论文 聚焦可再生能源 近些年来,能源问题成为全世界的焦点话题,各个国家对能源的争夺趋向白热化,可 以说谁掌握了能源谁就拥有绝对的发言权。在工业革命150多年之后的今天,人们愈发察觉 能源是制约一个国家一个地区甚至全人类发展的关键,传统能源的日趋枯竭成为了人类的心 头大患,我们当然不会任由传统能源枯竭然后坐以待毙,于是可持续发展的口号一经提出就 深得人心,就像我们在辩论的那节课的一个题目里所说,可持续发展无非就是开源和节流 我不认为这两种行为有主要次要之分,但是不得不承认为了未来的长期发展,开源才是真正 劳永逸的措施。煤石油天然气等传统能源是不可再生的,这点毋庸置疑,于是我们就将目 光投向了可再生能源。 既然是可再生,就意味着取之不尽用之不竭,这对于面临能源枯竭的人类是一种巨大的 诱惑,几乎意味着在未来的发展道路上的畅通无阻,但是客观的说,目前来讲可再生能源的 开发利用并没有得到很好的发展,尽管我们对此已经有了足够的重视,但对可再生能源的研 究仍然徘徊在起步阶段,我们大部分时候还是在一点点的消耗那些不可再生资源 可再生能源主要包括太阳能,水能,风能,地热能,生物能,潮汐能等,目前这几种新 能源只有水能被利用的较为充分,我们可以看到中国当前几乎凡是大河上必有大坝,必有水 电站,但是在水能利用过程中却出现了很多争议和质疑,水能利用造成的某些后果已经让重 视环保的人们认为水能的利用甚至不符合可持续发展这个大前提,大坝对生态环境和一些文 物古迹的破坏是一种不可挽回的损失,我们无法去衡量我们的所得和所失究竟孰大孰小;风 能和地热能的利用受地理条件制约,只有局部地区才有利用风能或者地热能的条件,这不足 以解决一个国家甚至全球的能源危机;而潮汐能,生物能的研究利用就更少(这里除去直接 燃烧获取生物能源的方法);而唯一一个被重视程度较高并且没有争议的能源就是太阳能了, 太阳能是毫无争议的最大最丰富的能源,是所有其他能源的源头,可以说是绝对的取之不尽 但是最大的问题就在于太阳能本身是不可存储的,并且时间分布不均,如果我们要利用太阳 能取代现在的传统能源,就不能像现在用太阳能热水器那样有太阳的时候用,没有太阳的时 候就不用,我们必须想办法将太阳能用某种方式存储起来,才能让太阳能真正发挥巨大的作 用
00548264 常铖 信息科学技术学院电子学系 《人类生存发展与环境保护》期中论文 1 聚焦可再生能源 近些年来，能源问题成为全世界的焦点话题，各个国家对能源的争夺趋向白热化，可 以说谁掌握了能源谁就拥有绝对的发言权。在工业革命 150 多年之后的今天，人们愈发察觉 能源是制约一个国家一个地区甚至全人类发展的关键，传统能源的日趋枯竭成为了人类的心 头大患，我们当然不会任由传统能源枯竭然后坐以待毙，于是可持续发展的口号一经提出就 深得人心，就像我们在辩论的那节课的一个题目里所说，可持续发展无非就是开源和节流， 我不认为这两种行为有主要次要之分，但是不得不承认为了未来的长期发展，开源才是真正 一劳永逸的措施。煤石油天然气等传统能源是不可再生的，这点毋庸置疑，于是我们就将目 光投向了可再生能源。 既然是可再生，就意味着取之不尽用之不竭，这对于面临能源枯竭的人类是一种巨大的 诱惑，几乎意味着在未来的发展道路上的畅通无阻，但是客观的说，目前来讲可再生能源的 开发利用并没有得到很好的发展，尽管我们对此已经有了足够的重视，但对可再生能源的研 究仍然徘徊在起步阶段，我们大部分时候还是在一点点的消耗那些不可再生资源。 可再生能源主要包括太阳能，水能，风能，地热能，生物能，潮汐能等，目前这几种新 能源只有水能被利用的较为充分，我们可以看到中国当前几乎凡是大河上必有大坝，必有水 电站，但是在水能利用过程中却出现了很多争议和质疑，水能利用造成的某些后果已经让重 视环保的人们认为水能的利用甚至不符合可持续发展这个大前提，大坝对生态环境和一些文 物古迹的破坏是一种不可挽回的损失，我们无法去衡量我们的所得和所失究竟孰大孰小；风 能和地热能的利用受地理条件制约，只有局部地区才有利用风能或者地热能的条件，这不足 以解决一个国家甚至全球的能源危机；而潮汐能，生物能的研究利用就更少（这里除去直接 燃烧获取生物能源的方法）；而唯一一个被重视程度较高并且没有争议的能源就是太阳能了， 太阳能是毫无争议的最大最丰富的能源，是所有其他能源的源头，可以说是绝对的取之不尽， 但是最大的问题就在于太阳能本身是不可存储的，并且时间分布不均，如果我们要利用太阳 能取代现在的传统能源，就不能像现在用太阳能热水器那样有太阳的时候用，没有太阳的时 候就不用，我们必须想办法将太阳能用某种方式存储起来，才能让太阳能真正发挥巨大的作 用
00548264常铖信息科学技术学院电子学系 《人类生存发展与环境保护》期中论文 存储太阳能实际上就是将太阳能这个不可存储的一级能源转化成一种二级能源,而这个 二级能源应该是可以存储的,这样我们就间接的得到了一种可再生能源,在考虑到应该转化 成哪一种二级能源的时候,我们想到了氢能,对氢能感兴趣的原因有很多个,第一氢能是完 全无污染的能源,我们知道氢燃烧之后只会生成水,对环境没有任何负担,第二氢的来源非 常广,地球上大面积的水都可以用来提供氢,此外氢燃烧充分,能量转化率高,重量轻,这 几个特点使得氢成为人们非常感兴趣的一种能源。但是自然界中几乎没有游离态的氢,人工 制氢的方法有很多种,最传统的比如电解水,但是这种方式往往使得得到的氢的成本极高, 没有应用前景,而如果能够实现将总量巨大且无处不在的太阳能转化成为氢能,那么我们就 相当于在能源的获取上迈进了巨大的一步,太阳能分解水制氢也成为当前科学界的一个热门 研究方向。 太阳能分解水制氢有两种途径,一种是生物方法,就是让植物利用太阳能使光合作用中 断在某个中间步骤上,从而得到氢,可能是我对生物了解比较少的原因吧,我认为这种方式 是很不可行的,比如最简单的一点,如果要大量的制造氢的话,难道解决方式就是种植更多 植物么,似乎这样子的成本也很高,而且速度不会很快。另一种方法的最关键之处就是找到 合适的催化剂,使得水分解成为氢气和氧气这个反应更加容易发生,如果能够找到理想的催 化剂,使得水在较低要求的环境下就能够分解,那么太阳能分解水制氢的问题就迎刃而解了 我所在的信息科学技术学院电子学系的物理电子所长期以来一直在这个方向上有所研究,有 些同学的研究方向就是太阳能氢电池,我也从他们那里了解了一点这方面的知识,所以这 里主要谈的是第二种途径 理想的光催化剂应该有以下几种优点:催化剂本身易得、无毒、在比较宽的光谱区域内 有效、对温度压力等要求尽量低,北大物理电子所现阶段研究的光催化剂主要是针对Ti0 纳米管的性能和制备,Ti02是一种重要的无机功能材料,Ti02的纳米管阵列在许多技术领 域具有广阔的应用前景,尤其在环境光催化领域受到了广泛重视,由于它具有良好的光电、 光敏、气敏和压敏等特性,非常符合我们之前总结的理想光催化剂的特点,所以引起了国内 外广泛的重视。Ti02纳米管是Ti02的一种特殊存在形式,其目的在于增加材料的比表面积 我们知道化学反应是在催化剂表面发生的,纳米管这种特殊结构可以提高吸附力并且大大加 快反应速度,提高Ti0的光电转化效率.而且如果能在管中填入更小的无机、有机、金属或 磁性纳米粒子组成复合纳米材料,可能会大大改善Ti02的光电及催化性能。但是目前来讲
00548264 常铖 信息科学技术学院电子学系 《人类生存发展与环境保护》期中论文 2 存储太阳能实际上就是将太阳能这个不可存储的一级能源转化成一种二级能源，而这个 二级能源应该是可以存储的，这样我们就间接的得到了一种可再生能源，在考虑到应该转化 成哪一种二级能源的时候，我们想到了氢能，对氢能感兴趣的原因有很多个，第一氢能是完 全无污染的能源，我们知道氢燃烧之后只会生成水，对环境没有任何负担，第二氢的来源非 常广，地球上大面积的水都可以用来提供氢，此外氢燃烧充分，能量转化率高，重量轻，这 几个特点使得氢成为人们非常感兴趣的一种能源。但是自然界中几乎没有游离态的氢，人工 制氢的方法有很多种，最传统的比如电解水，但是这种方式往往使得得到的氢的成本极高， 没有应用前景，而如果能够实现将总量巨大且无处不在的太阳能转化成为氢能，那么我们就 相当于在能源的获取上迈进了巨大的一步，太阳能分解水制氢也成为当前科学界的一个热门 研究方向。 太阳能分解水制氢有两种途径，一种是生物方法，就是让植物利用太阳能使光合作用中 断在某个中间步骤上，从而得到氢，可能是我对生物了解比较少的原因吧，我认为这种方式 是很不可行的，比如最简单的一点，如果要大量的制造氢的话，难道解决方式就是种植更多 植物么，似乎这样子的成本也很高，而且速度不会很快。另一种方法的最关键之处就是找到 合适的催化剂，使得水分解成为氢气和氧气这个反应更加容易发生，如果能够找到理想的催 化剂，使得水在较低要求的环境下就能够分解，那么太阳能分解水制氢的问题就迎刃而解了， 我所在的信息科学技术学院电子学系的物理电子所长期以来一直在这个方向上有所研究，有 一些同学的研究方向就是太阳能氢电池，我也从他们那里了解了一点这方面的知识，所以这 里主要谈的是第二种途径。 理想的光催化剂应该有以下几种优点：催化剂本身易得、无毒、在比较宽的光谱区域内 有效、对温度压力等要求尽量低，北大物理电子所现阶段研究的光催化剂主要是针对TiO2 纳米管的性能和制备，TiO2 是一种重要的无机功能材料，TiO2的纳米管阵列在许多技术领 域具有广阔的应用前景，尤其在环境光催化领域受到了广泛重视，由于它具有良好的光电、 光敏、气敏和压敏等特性，非常符合我们之前总结的理想光催化剂的特点，所以引起了国内 外广泛的重视。TiO2纳米管是TiO2的一种特殊存在形式，其目的在于增加材料的比表面积， 我们知道化学反应是在催化剂表面发生的，纳米管这种特殊结构可以提高吸附力并且大大加 快反应速度，提高TiO2的光电转化效率．而且如果能在管中填入更小的无机、有机、金属或 磁性纳米粒子组成复合纳米材料，可能会大大改善TiO2的光电及催化性能。但是目前来讲
00548264常铖信息科学技术学院电子学系 《人类生存发展与环境保护》期中论文 Ti02的光电转化率和生产制备技术还不足以真正的实现大规模生产,在我写这篇文章搜索资 料的时候发现一篇新闻报道说国外有科学家发现全新的催化剂可以使光分解水在常温常压 下进行,但是我没有搜到相关的具体材料,如果这是真的无疑意味着在太阳能氢电池方面的 个巨大的技术飞跃,但是我觉得这个报道可能有些失实,从我的同学那里我了解到现在似 乎并没有如此好的催化剂被新研究出来。但是我相信随着科学的进步,这样的好的催化剂一 定会很快被发掘出来,在未来的能源开发中扮演重要的角色。 随着传统能源的日益枯竭,我们对新能源的渴望与日俱増,我觉得未来最理想的能源利 用方式应该是尽量减少利用水能过程中对环境的破坏,在局部有条件的地区利用风能、潮汐 能、地热能,在全球普及对太阳能的利用,从而解决当前的能源危机。当然非常重要的一点 是我们也必须养成节约能源的意识,开源和节流并重,使能源危机不再困扰我们,用清洁的 可再生能源打造出一片全新的蓝天
00548264 常铖 信息科学技术学院电子学系 《人类生存发展与环境保护》期中论文 3 TiO2的光电转化率和生产制备技术还不足以真正的实现大规模生产，在我写这篇文章搜索资 料的时候发现一篇新闻报道说国外有科学家发现全新的催化剂可以使光分解水在常温常压 下进行，但是我没有搜到相关的具体材料，如果这是真的无疑意味着在太阳能氢电池方面的 一个巨大的技术飞跃，但是我觉得这个报道可能有些失实，从我的同学那里我了解到现在似 乎并没有如此好的催化剂被新研究出来。但是我相信随着科学的进步，这样的好的催化剂一 定会很快被发掘出来，在未来的能源开发中扮演重要的角色。 随着传统能源的日益枯竭，我们对新能源的渴望与日俱增，我觉得未来最理想的能源利 用方式应该是尽量减少利用水能过程中对环境的破坏，在局部有条件的地区利用风能、潮汐 能、地热能，在全球普及对太阳能的利用，从而解决当前的能源危机。当然非常重要的一点 是我们也必须养成节约能源的意识，开源和节流并重，使能源危机不再困扰我们，用清洁的 可再生能源打造出一片全新的蓝天