21世纪的能源一共分为几个部分每个部分都讲了什么

1.可燃冰是一种新能源。可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80%—99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。西方科学家称其为“21世纪能源”或“未来能源”。1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。

据专家估计，全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间。按照目前的消耗速度，再有50－60年，全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到一条新的出路。

迄今，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。美国在1998年把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计划到2015年进行商业性试开采。日本关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了12块矿集区，并成功取得可燃冰样本。它的目标是在2010年进行商业性试开采。

但人类要开采埋藏于深海的可燃冰，尚面临着许多新问题。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的大量泄漏。另外，陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难，一旦出了井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。

由此可见，可燃冰在作为未来新能源的同时，也是一种危险的能源。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要小心对待。

2.当化石燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候，一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。

氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源。它是利用化石燃料、核能和可再生能源等来生产氢气，氢气可直接用作燃料，也可通过燃料电池通过电化学反应直接转换成电能，用于发电及交通运输等，还可用作各种能源的中间载体。氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时，具有高效率、高效益的特点，而且氢反应的产物是水和热，是真正意义上的清洁能源和可持续能源，这对能源可持续性利用、环境保护、降低空气污染与大气温室效应方面将产生革命性的影响。氢可作为一种储备的能源，如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢，可以建独立的氢供应站，不必区域联网。因此，氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。目前，以美国为

代表的世界各国正以前所未有的速度和力度加强对氢能和燃料

(a) 不可持续能源系统 （b）可持续能源系统

图1 可持续和不可持续能源系统示意图

电池的研发，积极建构一个“氢能经济”的未来。需要指出的是，氢能不是“一次能源”。目前，氢的制备技术一般分两种：一种是以煤炭、石油、天然气等碳氢化合物为原料，采用蒸汽重整法制备。这种方式有利于解决现有城市环境污染问题，将污染源集中处理，但这种方式不能实现未来能源的可持续发展。另一种则是利用太阳能、水能等可再生能源，从水、生物质来大量制备。这种制备技术才能从真正意义上实现能源的可持续发展。

人类现在还不能利用可控核聚变的能量．一旦可控核聚变能够实现，可以说将永远地解决人类能源的需求．聚变所用的核燃料氘，储量非常丰富．1升水中就含有0.03克氘，地球上的水中总共约含有40多万亿吨氘．假如这样多的氘的1%能作为核燃料加以利用，照现在的能量消耗计算，足以满足人类未来几亿年对能源的需求．现在太阳能的利用规模不大．一旦提高了光电转换效率，人类将可以大规模地直接利用太阳能来发电．而太阳能又是取之不尽的．为了实现这种前景，有关科学技术工作者正在进行艰苦的研究探索工作．

人类由钻木取火开始，就已经直接利用自然界提供的能源了．后来发明了蒸汽机，大规模地利用化石燃料，人类进入了蒸汽时代．发电机的发明和电能的广泛应用，人类又进入了电气时代，核能的发现和利用，人类又开始进入了核能时代．人类开发和利用能源的历史，是人类在认识自然和利用自然方面不断前进的历史．今天我们认为核能和太阳能等是新能源，今后会不会发现其他新能源呢？今天还不能充分利用的能源，明天会不会发现一种新办法而利用得更充分呢？这些都不是不可能的幻想，问题在于人人类解决能源问题的根本出路

能源，它关系到人们的衣食住行，关系到国家的兴旺发达．能源的开发和利用，给人类带来了巨大进步，随着社会的发展，人类对能源的需求也越来越大，更多地开发利用能源，就成为关系到人类生存和发展的一个重大社会问题．人类当今利用的主要能源化石燃料，终有耗尽的一天．怎样解决这个问题呢？出路在于科学技术的进步．前面介绍的十分巨大的新能源——核能和太阳能，就需要在科学技术的进一步发展下才能予以充分的开发利用．

人类现在还不能利用可控核聚变的能量．一旦可控核聚变能够实现，可以说将永远地解决人类能源的需求．聚变所用的核燃料氘，储量非常丰富．1升水中就含有0.03克氘，地球上的水中总共约含有40多万亿吨氘．假如这样多的氘的1%能作为核燃料加以利用，照现在的能量消耗计算，足以满足人类未来几亿年对能源的需求．现在太阳能的利用规模不大．一旦提高了光电转换效率，人类将可以大规模地直接利用太阳能来发电．而太阳能又是取之不尽的．为了实现这种前景，有关科学技术工作者正在进行艰苦的研究探索工作．

人类由钻木取火开始，就已经直接利用自然界提供的能源了．后来发明了蒸汽机，大规模地利用化石燃料，人类进入了蒸汽时代．发电机的发明和电能的广泛应用，人类又进入了电气时代，核能的发现和利用，人类又开始进入了核能时代．人类开发和利用能源的历史，是人类在认识自然和利用自然方面不断前进的历史．今天我们认为核能和太阳能等是新能源，今后会不会发现其他新能源呢？今天还不能充分利用的能源，明天会不会发现一种新办法而利用得更充分呢？这些都不是不可能的幻想，问题在于人类要不断有所发现，有所前进．

世世代代的科学家、发明家、工程师、革新家为人类利用能源作出了巨大贡献．现在正在学习的青年朋友们，你们将是我国21世纪的建设者，本书编者热烈期待你们在能源问题上——不仅在能源问题上，而且在其他科学技术社会问题上，都能大显身手，作出贡献．

类要不断有所发现，有所前进．

世世代代的科学家、发明家、工程师、革新家为人类利用能源作出了巨大贡献．现在正在学习的青年朋友们，你们将是我国21世纪的建设者，本书编者热烈期待你们在能源问题上——不仅在能源问题上，而且在其他科学技术社会问题上，都能大显身手，作出贡献．

1.介绍了可燃冰的物理性质。

2.产生条件。

3.全球分布状况。

4.相较于天然气的优势。

5.大量开采产生的危害。

氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。

在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。

氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。

用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。

氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。

另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。

现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。

随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。

本世纪70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。

科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。现在，人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。

引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。

美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。

对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。

未来的新能源有哪些？

新能源( NE）：又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。

太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。利用太阳能的方法主要有：太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高，太阳能更没有能源短缺这一说法，其种种优点决定了其在能源更替中的不可取代的地位。

太阳能光伏

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

太阳能光热

槽式太阳能光热

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

太阳光合能

植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。因此，可以人为模拟植物光合作用，大量合成人类需要的有机物，提高太阳能利用效率。

新能源作为中国加快培育和发展的战略性新兴产业之一，将为新能源大规模开发利用提供坚实的技术支撑和产业基础。

1、风能无论是总装机容量还是新增装机容量，全球都保持着较快的发展速度，风能将迎来发展高峰。风电上网电价高于火电，期待价格理顺促进发展。

2、生物质能有望在农业资源丰富的热带和亚热带普及，主要问题是降低制造成本，生物乙醇、生物柴油以及二甲醚燃料应用值得期待。

3、太阳能随着中国国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电成本会逐步下降，未来中国国内光伏容量将大幅增加。

4、汽车新能源环境污染、能源紧张与汽车行业的发展紧密相联，国家大力推广混合动力汽车，汽车新能源战略开始进入加速实施阶段，开源节流齐头并进。

科研人员表示，核能将会是未来的第三种新型能源。这种能源的开发十分困难，在过去的一百年，对于它也是一知半解，除此之外，这种能源的开发需要超高的技术，我们目前还无法完成，只能说对新型能源的开发，是一段曲折且漫长的道路。相信当新型能源有所运用之后，地球也会变成以往生机勃勃的样子。

陆地的石油和天然气，将在21世纪用完，人类将面临能源危机。

就在科学家们苦苦地寻找新能源毫无结果的时刻，原苏联科学家在西伯利亚油气田中意外地发现了固体瓦斯，这一发现轰动了全世界，使人们惊喜异常，都急切地在自己领土和力所能及的地方寻找这一上帝赐予的宝物。经过14年的努力，于1979年，美国科学家在其东海岸的大西洋海域和东太平洋的中美洲海槽也找着了。尔后法国、德国、加拿大、挪威、日本、俄罗斯、印度等众多国家也争先恐后地开始寻找，进入20世纪90年代末期全世界一共发现了56处固体瓦斯田。

固体瓦斯是可燃气体如甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）等和水在低温高压条件下一起结晶而形成的，酷似冰，它是保存在极地冻土带和深海底的固体燃料。每1立方米的固体瓦斯，可气化成180米3的天然气。而且资源量相当大，如大西洋西部布莱克海蕴藏的固体瓦斯，达100亿吨，可供美国用105年；日本海东北部和南海海槽的固体瓦斯，可供日本用100年。全球蕴藏量高达2亿亿米3，为陆地上天然气总储量的4.44倍。所以这一未被开采的能源，被世界各国称为21世纪的新能源。