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东芝探索“完美能源”:以可再生能源制取绿氢,全程零碳排

精明的小熊猫
害羞的小天鹅
2023-02-06 12:43:30

寻"我们未来的能源“为主题的作文

最佳答案
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活泼的背包
2025-09-11 04:45:44

提问者: hmf96310 - 实习生 一级 最佳答案月球畅想 开发能源基地

正当人类为煤炭、石油和天然气等传统化石燃料逐渐枯竭而担忧之时,月球岩土给人们带来无限的希望:科学家们研究美国阿波罗号飞船从月球上取回的岩土发现,岩土中含有大量的氦-3,这是核聚变发电的宝贵燃料。

近些年来新一轮探月活动之所以越来越热闹,除了科学研究方面的强烈追求外,经济利益方面的追求是个重要因素,而大力开发利用月球上的宝贵物质氦-3作为地球上替代能源,则是经济利益追求的一个重要方面。

在地球上靠打能源牌实现强国梦的俄罗斯,也想把这张牌打到月球上去。俄罗斯能源火箭航天集团早就做出明确的计划,要在2015年派载人飞船到月球上建立永久性基地,并着手全力开发利用月球能源。

因快速发展带来能源紧缺的中国,在推动建立节约型社会、努力实现可持续发展的同时,对开发利用月球上的能源也充满了期待,中国探月工程首席科学家欧阳自远就曾多次表明十分看好开发利用月球上的能源。

美国科学界和舆论界对中国和俄罗斯探月活动的意向也十分敏感,在今年2月出版的美国《新闻周刊》上刊载一篇题为《新的月球竞赛》的文章,文中明确指称:在探月方面 “驱使中俄的动力就是能源”。

到月球上建立能源基地,为人类寻找新的替代能源,这是人类共同的理想。

月球传来希望

随着全球经济的快速发展,能源消耗的迅速增加,煤炭、石油和天然气等传统的化石能源面临着枯竭的危险,据专家们预测,传统化石燃料至多能维持到本世纪中期。

人类早就千方百计地从太阳能、水能、风能、生物能中寻找新的替代能源。这些能源都很重要,但专家们认为,它们都有自身的局限性。太阳能的能流密度太低,随昼夜、晴雨、季节的变化很大,难以成为大规模的工业能源,只能满足家庭以及一些特殊需要;水能增长的速度跟不上能耗增长速度,并对生态、生物链产生难以估量的影响;风能、地热能、潮汐能的资源和利用也各有局限,在未来的能源开发中作用不大;生物能倒是一种可以大规模使用的再生能源,但再生速度也难以赶不能源消耗增长的需要。

于是,人们把目光转向了核能,首先寄希望于以原子弹所用的裂变物质铀-235或钚-239进行裂变发电。许多发达国家的核电发展十分迅速,法国的核电能源都占了全部能源的百分之七十多。我国核电发展时间不长,核电运行机组装机容量只占全国发电装机容量的1.59%,累计发电量只占总发电量的2.3%,国家规划要加大发展力度,在今后15年间至少每年要批准建设一座大型核电站。但是,用作核裂变发电的燃料毕竟有限,核污染和核安全虽可以做到有效控制,但总是让人心里不踏实。上世纪80年代前苏联切尔诺贝利核电站事故发生后,就使不少发达国家核电事业的发展停滞了相当长一段时间,直到近几年才有所缓解。

目前,人们正在致力于研究开发可控核聚变发电,其中一个世界性的项目就是“国际热核反应堆”,欧盟和中国、美国、日本、韩国、俄罗斯、印度等国都先后陆续参与,已经过20多年的努力,现正进入艰巨的攻坚阶段。人们对此寄于巨大希望,将它比作“人造太阳”,称之为“21世纪的人传给后代的纪念碑”,并力争在30年到50年之间投入商业化应用。

以这种方式发电目前主要考虑利用从海水中提炼出来的氘和氚作燃料,这种燃料当然十分充足,可以取之不尽,用之不竭。但是,氚本身具有放射性,在氚核反应过程中,伴随核聚变能的产生而产生大量的高能中子,这对核反应装置产生严重的放射性损害,解决这一难题十分困难,因而影响了这一研究开发的进展速度,最好的燃料是氦-3,而地球上的氦-3极为稀缺,估算总量只有几吨到十几吨。

正当人们进行艰苦探索之际,从月球岩土样品的研究中传来喜讯:这些岩土中含有大量的氦-3。

氦-3成为至宝

氦-3是氦的同位素,含有两个质子和一个中子。与氚相比,它是一种清洁、高效、安全的核聚变发电的燃料。它聚变反应的能量大;聚变反应时主要产生高能质子,不会形成强大的中子辐射,对环境保护更为有利;它本身不仅没有放射性,而且反应过程中无缓发中子,无裂变物质,衰变余热小,维修和部件更换更容易,更易于控制,因此受到国际核聚变界的广泛重视。

月球上的氦-3来自太阳风。太阳风由90%的质子(氢核)、7%的高能粒子(氦核)和少量其他元素的原子核组成,氦-3正是太阳风中的高能粒子。月球上没有磁场的干扰和大气层的阻隔,太阳风粒子流能直达月球表面,被月球上的岩土所“吸附”。月球形成已经40多亿年,由于流星和微流星的频繁撞击,月球上的岩土不断翻腾、溅射,在纵向和横向上充分混合,“吸附”了氦-3的岩土也越来越厚。 在月海地区至少有9到10米厚,在月陆地区也有4到5米厚。

月球的直径有3476公里,表面积有3800万平方公里,虽然只有地球表面积的十四分之一,大约相当于中国陆地的四倍,但月球被专家们称为“太阳风粒子收集器”。据测算,月球上的氦-3储量大约有100万吨到500万吨,甚至有人估算有5亿吨。在地球上的大气和天然气中也有少量的氦-3,在核反应中也会产生氦-3,但整个地球上的储量与月球上的储量不可同日而语,所以它对地球人类充满了诱惑力。

据专家们测算,如果在10―15平方公里范围内挖掘并加工深度为3米的月球岩土,就可以提取约1吨的氦-3,足以保证一个功率1000万千瓦的发电机组工作1年。每燃烧1公斤氦-3就可产生19兆瓦的能量,足够供莫斯科市照明用6年多。用美国的航天飞机往返运输,一次可运回20吨液化氦-3,可供美国一年的电力。我国每年大约只需要10吨氦-3,就可以满足全年能源的需要。按照全球目前的能源需求水平,一年有100吨氦-3就能满足全世界的消耗,这些氦-3一年用航天飞机运输三五次就够了。按照这样的推算,月球上的氦-3可以供地球用上几千年甚至上万年。

专家们对在月球上采掘加工氦-3并运回地球发电进行了成本对比分析,得出的结论是在经济上完全划算,因为在发电量相同的情况下,使用月球上的氦-3,其花费只是目前核电站发电成本的10%。如果以目前的石油价格为标准,每吨氦-3价值高达40亿到100亿美元,这真是月球上的无价之宝。

利用氦-3设想

月球上的氦-3储量如此丰富,利用氦-3进行核聚变发电具有如此巨大的优势性,各国专家由此提出了许许多多的设想。

第一类设想是在月球上建立氦-3采掘厂,将采掘加工出来的氦-3运往地球发电。

人们要从地球上运送若干套掘土机、传送带、运载车、分类筛选设备等开采设备到月球,在月球上选择含氦-3较丰富的区域建立采掘加工厂。先将月球岩土开掘出来,经过粉碎筛选,放入真空加热释气炉中,加热到600℃,90%以上的氦气就释放出来了。将这些含有氦-3和氦-4的氦气送入分离设备中进行分离处理,即可得到纯度为99.99%氦-3。再将这些氦-3液化,就可以运回地球。在提取、分离和液化过程中,可以尽可能地利用月球上的太阳能和昼夜温差大等特殊的自然环境,合理降低成本。

在采掘加工好氦-3后,可以用与目前航天飞机大小相当的不载人运输飞船,往返地球和月球之间进行氦-3的运输,一次可运载20吨到30吨液态氦-3回地球。在地球上可建立起美国威斯康星大学设计的托卡马克氦-3核聚变反应堆进行聚变发电。当然,这种反应堆的许多技术还正在研究开发。不过,法国科学家对此充满信心,他们最近宣布,2030年就可以利用氦-3进行核聚变发电,并可实现商业化。

第二类设想是在月球上建立氦-3核聚变发电厂就地发电,并设法传送回地球使用。

为了减少氦-3运输的麻烦,降低发能源供应的成本,不少国家设想将地球上实验使用成熟的核聚变发电设备送往月球,直接在月球上建造核电站,就地利用氦-3发电。这些巨大的电力除供给月球基地使用外,绝大部分通过激光或微波输送到位于近地轨道上的能量中继卫星,由中继卫星仍以激光或微波形式传送到地球电力接收站,再由地球电力接收站分送到全球各地用户。在月球上建造核电站还不必担心核泄漏带来的污染和安全问题。

第三类设想是直接用氦-3,或者是采掘加工氦-3过程中产生的氢气作火箭和飞船的燃料。

由于月球上没有大气的影响,月球的引力也只有地球的六分之一,月球被当作将来向火星等其他星球发射探测器和飞船的理想之地。在这里不必等待发射窗口,所需要的火箭推力也只相当于在地球上发射的六分之一。将来在月球上采掘加工的氦-3可以直接用作火箭或飞船的燃料,地球上的载人飞船也可以到月球上停留加注氦-3作燃料,然后再飞向火星或其他星球。同时,月球土壤中每提取一吨氦-3,还可以得到6300吨的氢,氢也可以作火箭的燃料。

能源基地远眺

随着科学技术的发展,关于开发利用月球上的氦-3的种种设想一定会越来越丰富多彩,越来越详尽具体,越来越接近最终的实践,绝对不会是纸上谈兵或空中楼阁。而且,在月球上建立能源基地不仅仅是开发利用氦-3,月球上的太阳能也有很广阔的开发利用前景。

月球上的太阳能是极为丰富的,因为没有大气层的影响,太阳辐射可以长躯直入,每年到达月球范围的太阳光辐射能量高达12万亿千瓦,相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。采用目前非常成熟的光电转换技术,在月球上进行太阳能发电是比较容易的,而且不必担心土地的占用,在月球上可以无限制地铺设太阳能电池板。

许多专家对在月球上利用太阳能发电都有十分浓厚的兴趣。专家们测算,如果用光电转化率为20%的太阳能发电装置,每平方米太阳电池每小时可发电2.7千瓦时,若采用1000平方米的电池,则每小时可产生2700千瓦时的电能。这些电能同样可以通过激光或微波输送到中继卫星,再传送到地球电力接收站,直至送到全球各地用户。

考虑到月球上白天和黑夜都相当于14个地球日,太阳能发电厂可优先建造在太阳光照时间较长的两极地区。随着月球基地建设的发展,还可以通盘考太阳能发电厂的布局,有的建造在月球的正面,有的建造在月球的背面,形成全球性的并联式太阳能发电厂,太阳能发电厂与核电厂还可以实行联网。这样不仅可以平稳充足地供应月球基地用电,也可以平稳充足地向地球送电。

在可以想象的未来,由氦-3采掘加工厂、核发电厂和太阳能发电厂组成的月球能源基地,不仅可以为月球的长夜带来光明,为月球的开发利用带来强大的动力,也可以为地球的能源接替做出无可估量的贡献,为人类飞向火星等其他星球加油增力。

试看将来的月球,绝不仅仅是供人类欣赏的“冰轮”,而是一个可以推动整个宇宙开发利用的强有力的巨轮!

最新回答
唠叨的小松鼠
呆萌的眼神
2025-09-11 04:45:44

我非常认可国家进行可再生能源的替代行动,但要想大规模普及,不仅要考虑到清洁能源大规模项目所铺设的人力技术和资源成本。相关的法律规定和政策扶持也必须要尽快跟上。

对于清洁能源的替代和可再生能源的使用,不仅可以促进民生生活的秩序和空气的良好,也能够保障我国的现有生活和未来发展。但在现阶段还有更多的技术难关仍需解决和突破,这也是值得注意和考虑的。

可清洁能源的使用将会造福人民群众,并减少环境污染。

我们本身和自身的环境存在着相互影响的情况,通过可清洁能源不仅可以替代燃料燃烧可能产生的有害废物,也可以更好的保护家园,从而避免未来产生极端的频繁灾害天气对生活和出行造成影响。因此清洁环保能源的存在是非常重要的,对于未来国家之间的能源使用甚至外太空的能源使用技术而言都有着非常重要的前景方向。

许多可再生发电项目会受到地理环境以及天气周期的影响,影响了发电技术的运行和改进。

但不可忽视的是,相关的阻力和问题比如说水能,风能太阳能等,这些清洁项目虽然不会产生污染,但其发电规模和其发电设备会受到地理环境以及天气周期的影响,对于维持地区的长久和稳定发电而言,其实只能起到辅助作用。目前类似诸如核能以及其他的清洁煤发电项目,也受到了国家的关注和行业的研究。

针对可清洁能源的市场推进和研发,相关政策和扶持规定也有待完善。

要想真正的促进替代行动的落实和到位,相关法律法规的政策和扶持规定也是有待完善的。针对于某些企业的研发和分析给予一定的支持,并派遣相应的科研人员进行辅助帮助,可以更好的推进这类可再生能源替代项目的落地。

积极的啤酒
寂寞的蛋挞
2025-09-11 04:45:44

蒋再正

前言 : 德国在国家氢气战略中,将大量赌注押在了对使用可再生能源生产的氢上。该战略巩固了德国成为全球技术领导者的雄心壮志,其明确将重心放在"绿色"品种上,而牺牲了使用有争议的碳捕捉和储存(CCS)技术。虽然环保人士大多欢迎这种做法,却遭到了工业界的反对。但仍有许多专家认为,这一战略开启了德国能源转型的新篇章。

德国政府已经同意一项国家氢气战略,其重点是利用可再生能源制造的氢气,以推动具有里程碑意义的能源转型,并占有未来的工业市场。这项战略于6月10日被批准,内容主要是:" 只有基于可再生能源('绿色'氢)生产的氢气才能长期使用 。 在德国备受争议的使用碳捕获和储存(CCS)的 天燃气 制氢只能以"过渡的方式"使用 。在应对气候变化的斗争中,用可再生电力制造的氢气越来越被视为重工业和航空等排放顽固行业的灵丹妙药。德国为自己设定了到本世纪中叶实现气候中立的目标,其致力于成为相关氢气技术的全球领导者——不仅要启动其具有里程碑意义的能源转型的下一阶段,而且要为其国际知名工业确保一个充满希望的增长市场。

德国经济和能源部长彼得•奥尔特迈尔(Peter Altmaier)表示,这一战略是一个"量子飞跃",将能源转型和气候保护提升至"新的质量水平"。在宣布这一战略的新闻发布会上,他称该倡议是"自决定推出支持可再生能源以来最重要的创新"。研究部长安贾·卡利切克(Anja Karliczek)说,全世界都意识到绿色氢气技术带来的机遇,建立全球氢气经济为德国工厂制造商提供了巨大的潜力。其将作为未来能源给气候和就业提供"双重提升"。

氢能用途

新篇章

《德国国家氢能战略》中提出从以下几个方面实现氢能产业的发展:

· 提升氢能作为替代能源的经济性竞争力

· 开拓使用德国本土氢能技术的国内市场

· 建立完善氢能供应网络

· 助力氢燃料成为替代能源整体

· 加强氢能相关技术培育

· 加强氢能相关市场国际合作

· 完善氢能储运安全规范建设

"国家氢气战略开启了气候保护的新篇章,"德国能源机构(dena)负责人安德烈亚斯·库尔曼(Andreas Kuhlmann)表示。" 国家氢气战略是能源转型持续成功以及气候目标长期可实现性期待已久的基础 。其为能源转型创造了先决条件,这种过渡更密切地将工业和气候政策相互交错。化学工业协会VCI也称该战略是"能源转型成功的决定性一步",但敦促政府考虑所有现有的低排放氢气形式,包括那些使用天然气和CCS的氢气。

新的生产方法

越来越多的国家努力追求气候中和,大量押注于用可再生电力制氢,以减少顽固的工业排放。但是,生产极其富能源的天然气需要大量的电力,使得它比传统燃料更昂贵。这就是为什么需要采取果断的政府行动来解决日益被称为国际"氢经济"的问题。

通过提高效率和直接用清洁电力取代化石燃料,例如使用电动 汽车 而不是内燃机模型,可以避免目前大部分的温室气体排放量。但是在很多情况,这种方法行不通。例如由于重量原因,没有技术能够使大型飞机和船舶使用电池。这种战略在许多工业部门也举步维艰,例如,化学品或炼钢,因为当前工艺不可避免地产生二氧化碳排放。因此需要全新的生产方法, 用电解槽制造的绿色氢气已成为实现碳中和所需的深度减排的主要候选者 。

与该战略相吻合的是,德国钢铁制造商蒂森克虏伯(Thessenkrupp)表示,已扩大水电解产能,将绿色氢气生产扩大到千兆瓦级。目前,世界上许多国家正计划进入氢气经济。水电解正日益成为建设可持续、灵活的能源系统和无碳工业的关键技术。这将会开辟新的市场。

电解槽容量增加200倍

该战略表示,德国的目标是到2030年建立容量为5吉瓦(GW)的工业制氢设施,包括必要的陆上和海上可再生能源供应,大致相当于五个核电站或大型燃煤电厂。最迟到2035年或2040年将再增加5GW。除了现有的支持计划外,德国还将提供70亿欧元用于氢技术的发展。此外,还将投资20亿欧元在合作伙伴国家建立大型的"德国制造"制氢厂。德国将在未来进口大量绿色氢,因为该国根本没有足够的空间来安装制造它所需的大量可再生能源。

联邦政府在提出《德国氢能战略》时,正在为私人投资氢发电、运输和使用奠定基础,这些投资在经济上是可行的和可持续的,这也可以在减轻COVID-19危机的影响和恢复德国和欧洲经济方面发挥作用。在2023年之前为第一个加速阶段,为建立一个运作良好的国内市场打下基础。与此同时,研究和发展以及国际方面等基本问题也需要解决。下一阶段将于2024年开始,稳定新兴的国内市场的同时,塑造欧洲和国际的氢能市场。

在该战略的介绍中,政府网络宣布与Marocco建立联盟,参与非洲第一个工业规模可再生氢项目的建设,该项目每年将节省100,000吨的二氧化碳排放量。库尔曼说,该战略"是世界上首个 远远超出氢的最终用途的战略 之一,并涵盖了全部动力燃料,这种方法考虑了合成甲烷,煤油,甲醇和氨提供的机会。因此《德国氢能战略》也可以看作是对发展欧洲动力燃料市场的明确承诺。"

有风险的赌注?

目前的清洁氢气的成本仍然很高,无法被广泛使用,其价格可能直到2030年才能充分下降。而其中氢的来源也很重要。目前它主要由天然气工业生产,伴随着大量的碳排放,该类型被称为 灰色氢 。其价格主要受天然气价格影响且相对便宜,但它的二氧化碳排放成本较高。 蓝色氢 的价格也主要受到天然气价格的影响。但其第二重要的驱动因素是捕获,再利用或存储碳排放的成本。碳捕获和储存(CCS)成本的降低将会使蓝色氢的价格更接近于灰色氢。 绿色氢 的价格会受到电解的成本与电解过程中使用绿色电力的价格影响。在过去的十年中,太阳能和风能的发电成本已显着下降,这也是德国将战略目标放在绿色氢上的一个因素。

克劳斯·斯特拉特曼(Klaus Stratmann)在《商业日报》 Handelsblatt的评论中写道,该战略的信号效应对经济和整个欧洲都具有重要意义,但他警告称,该战略能否在未来几十年和几十年内实施尚不确定。斯特拉特曼写道:"因为德国政府完全致力于一种变种,即绿色氢,给自己施加了沉重负担。" 他认为,要实现这一目标将需要大量的可再生能源,而且不清楚德国是否能够进口必要的数量。斯特拉特曼说,蓝色氢可能会为越来越多地用于绿色氢的氢基础设施铺平道路。

参考文献:

German hydrogen strategy aims for global leadership in energy transition……Journalism for energy transitiion

The clean hydrogen future has already begun …… IEA

The National Hydrogen Strategy…… Nationale Wasserstoffstrategie

危机的小土豆
闪闪的黄蜂
2025-09-11 04:45:44
节能的目的:在保证建筑内环境舒适的情况下,减少能源消耗,如夏天少开空调,冬天少用取暖器

节能相对于建筑行业其他领域来说: 新技术,新材料,新工艺

建筑节能行业的新事件,例如我公司就新增加了节能部,欢迎来采访,如果有兴趣,请留言

欣慰的猫咪
爱笑的台灯
2025-09-11 04:45:44

我国将大力实施可再生能源替代行动,这对能源产业有何影响首先是使得能源产业实现可持续发展,其次就是使得能源的成本降低,再者就是可以提升能源的工作效率,另外就是可以让未来的发展具有更多的前景和空间,需要从以下四方面来阐述分析我国将大力实施可再生能源替代行动,这对能源产业有何影响。

一、使得能源产业实现可持续发展 

首先就是使得能源产业实现可持续发展 ,对于能源产业而言更多的时候如果可以实现长期的发展和可持续化那么对于能源的进步是非常有利的,同时应该结合实际情况来分析对应的能源发展方向。

二、使得能源的成本降低 

其次就是使得能源的成本降低 ,对于能源成本而言如果降低了之后对于社会生产还是非常有利的,可以提升很多工业生产的进度,并且可以使得世界范围内的很多企业获得更多的经济效益。

三、可以提升能源的工作效率 

再者就是可以提升能源的工作效率 ,对于能源而言更多的时候如果对应的转化率提高了那么对于企业而言可以让企业获得更多的发展动力,并且可以运用这些新兴的家属来推动一些高耗能产业的发展。

四、可以让未来的发展具有更多的前景和空间 

另外就是可以让未来的发展具有更多的前景和空间 ,对于新能源领域而言他们未来还是具有无限的可能和一些长期的发展空间的,这对于世界范围内所做出的的贡献是非常有利的。

国家政府应该做到的注意事项:

应该加强多渠道的合作,并且主动扶持新能源的建设,这是非常必要的一个手段可以提升新能源在市场上面的运用。