“新能源”是什么？全站关于“能源”最全面的介绍

文章要点：

• 讨论了新能源与旧能源的分类和特点。
• 讲解了化石燃料的燃烧过程及其对环境的影响。
• 分析了电能、燃料电池等新能源形式的实际使用情况。
• 指出可再生能源的现状及其未来发展方向。
• 强调经济因素对能源使用选择的影响。

Hello大家好,今天我讲个PPT,是关于能源问题的,有点像个学书报告,感兴趣的小伙伴可以继续听下去。

能源问题和环境问题可以说是近十几年来化学化工领域最热门的话题了。像今年诺贝尔化学奖就搬给了李立子电池,也是能源领域的进展。那我今天就大概罗列一下主要有哪些新能源,他们分别是什么。

我们现在耳熟能详的一些新能源概念有哪些呢？像是太阳能、李电池、燃料电池、生物质这些都算是吧。

与新能源相对,那旧能源又是什么呢？人们一般指的是化石燃料,也就是煤炭、石油、天然气。而这些能源从本质上讲都是一些碳氢为主的化合物，他们可以和氧气反应,升上化碳和水,然后释放出能量来。

在使用化石燃料以前,人们使用的主要能源可能就是牛马之类的,给这些动物吃草,它就可以拉车。本质上讲也是让碳水化合物和氧气反应,变成二氧化碳和水,释放能量,拉动车量。只是这个过程的效率和功率都太低了。

后来人们发明了蒸汽机,拿化石燃料燃烧,产生的热能去烧水,产生蒸汽推动机器或者交通工具,变成动能。或者更集成一些的装置,就是发动机。后来人们用上了电,但是电能并不是能源这个圆，而是人们使用能源的一个媒介。

化石燃料燃烧发了电,电鞋带了适能,可以去到另一个地方带动那里的机器。所以本质上讲,我们还是把化石燃料和氧气反应变成了二氧化碳和水，这个反应释放出来的能量做了我们需要做的事情。而电带来的区别,那就是我们可以把燃烧和能量的利用放在不同的地方。

在这三种化石燃料中,石油是最好用的。因为石油是液体,可以通过精流,把汽油、柴油等能组分分出来用来做燃油。以吸之类的化工原料,也主要是由石油体链转化出来的。而天然气势气体,相同体积内,能量密度会低很多。

煤炭又是固体,这两种东西不容易拿去转化成其他物质,主要都是用来烧了,但烧着又不容易液体方便。因此把天然气和煤转化成液态的油,可以拓展他们的运用范围,提高利用效率。

我国煤炭资源非常丰富,但是石油资源少,所以我国特别着力于研究把煤炭转化成油的技术。这个转化的基本原理是这样的：用煤炭和水,也可以是天然气和水反应,生成氢气和氧化碳这个混合气体，我们称之为合成气。

合成气又可以经过一个叫沸脱合成的反应,转化成碳氢化合物,像是汽油、柴油之类的东西。而且这种方法得到的油比石油精流得到的油要干净，因为里面不含油。

不含油的汽油，无论对汽车还是环境都更好。合成气里的一氧化碳可以继续和水反应生成氢气，相当于煤炭和天然气里的能量全都转化给了氢气。

其实人们至轻的主要目的并不是为了煤变油,而是为了合成氨。不过这里就不展开讲了。

煤炭石油和天然气之所以叫化石燃料就是因为它们形成的特别慢，一般需要几百万年。所以人们总是担心这些化石燃料会不会有一天用完了。比如说石油,有人说还能用40年,有人说还能用70年,有人说用100年也没问题，到底谁对时错我就不知道了。

而利用化石燃料的主要方式是燃烧,而燃烧毕竟还是很粗暴的。燃烧不完前会有有毒气体生成,还会有粉尘、颗粒物引起霧霾。而且这些碳氢化和物最后的归宿都是二氧化碳。

我之前做过一个视频也讲了二氧化碳的排放过量有可能引起全球变暖，海平面升高，淹没大陆。

那我们能用新能源代替化石燃料吗？就像我们前面说的,电能不是能源这个圆理。电、燃料电池、清能源这些所谓的新能源也并不是圆，而只是我们提供了新的使用能源的方法。

比如说今年获得诺奖的理电池,其实就是一种充电电池。例如我们需要给电池车充电,然后电池车才能行驶。如果给电池车充电的电能是用火电发的，那真正推动电动车行驶的能量依然是来源于化石能源，而燃烧汽油的汽车并没有本质的差别。

再比如说燃料电池，这里用的燃料一般指的是清气，当然也可以用假纯易纯的。但因为过电式的问题,能量效率比清气低多了。这里就不展开讲了。

清燃料电池是把清气和氧气的反应做成了一个电池。在这些清气如前面所讲，主要是从煤炭和天然气制来的。

那我们把燃料电池的反应和这几个过程合到一起就会发现最后的进效果还是化石燃料和氧气反应变成了二氧化碳。

那假如说我们不用化石燃料制清气，而是用电解水的方法制清气，那这个过程就变成电能通过电解水变成了清气，清气又通过燃料电池变成了电能。这看上去有点淡腾,因为每一步的效率都不可能是百分之百。

这么专一圈只会让电能变得越来越少，但还是有很多人在研究电解水制清气来提供给燃料电池做的燃料。因为这样得到的清气更纯。

这是因为煤炭和天然气制清气会经过一个含有氧化碳的步骤，最后生产出来的清气里多多少少会含有一些氧化碳。氧化碳是有毒的，我不是说对人有毒，而是对燃料电池有毒。

**氧化碳可以把燃料电池里的薄电极度化掉，让它失活。**电解水得到的清气就很干净，肯定不会含有一氧化碳。

这样看来理电池、清能源这些所谓的新能源，它们并不生产能源，只是能源的搬运工。只要这些电能还是从火电站发的,清气还是从煤和天然气制的，到头来我们并没有改变把化石燃料变成氧化碳来换取能量的本质。

那我们发展李电池、清能源的意义又什么呢？毕竟这提供给了我们新的搬运和使用能量的方式。就比如说我们需要能源却连不到电网上，那我们就只能搬着化石燃料跟我们一起走。

比如说汽车，比如说煤电的地方使用的柴油发电机。有了李电池和清能源以后，我们就可以开电动车、燃料电池车。这样一来车本身就没有什么排放了，所有燃烧和排放全都转移到了发电站。

所以说我们可以把原本在一二线城市的污染和排放全都转移到其他地区的发电场。这样一来就可以减轻一二线城市的污埋状况。这听起来好像不太地道，但是把所有的燃烧和排放都集中起来就有助于提高燃烧效率，一次性驱逐粉尘、氧化流之类的污染物。

而且氧化碳都在一个地方排放出来就有利于把氧化碳复集起来，可能的话做一些其他的事情。

那人们为什么选择李电和清能源作为新能源的搬运工呢？原因很简单，因为清清是质量最轻的元素。如果是算燃烧热，清气也是单位质量携带能量最高的物质了。

但最大的问题就是清气是个气体，如果换散成单位体积携带的能量质量密度又具体无比。你可以把清气压到一个气瓶里来提高能量密度，但是清气不像二线花碳那么容易压缩。

压完了还是气体，能量密度也高不了多少。而且气瓶比里面装的清气还要沉，清气单位质量能量高的优点就没有了。

所以清能源领域一个重要的研究方向就是储清，就是找一些物质和清气反应变成一种液体或者是固体。这个反应还必须能够返回去把清气释放出来。

储清物质里的清的含量一定要高才不至于损失太多清气清这个优势。这个储清反应也必须可逆，不能把清气吃进去以后就吐不出来了。

每个步骤都有能量消耗。在利用清能源的过程中，一旦引入了储清和放清的过程，就是引入了新的能量消耗。因此只有这两个步骤能够做到效率足够高，才有利用价值。

除了清害是剁性气体没法用，接下来第三个元素就是理了。按质量算，理是能量密度最高的金属。

但是高能和反应的可控性往往是矛盾的。用理做成电池，能量高了安全性就不容易控制。里面还有有机融机容易燃烧爆炸，而且充放电过程不容易控制的话，充电后电池回不到最开始使用前的状态，电池的寿命就会大大折扣。

然后人们就做出了越来越复杂的材料来改善这些问题。但材料复杂了，里面理的含量低了，理质量轻的优势又消失了。

所以研究就是在各个因素间全衡对比一下。理电池和清燃料电池他们都是能量的搬运工，先把电能存储在理或者清这些质量清的元素里，然后再释放出来。

如果是做成新能源车，理电池毕竟不需要背个气瓶什么的，可以做得更加小巧和极成。但给车加清燃料的速度肯定要比给理电池车充电的速度快多了。

这些技术只是提供了新的能源搬运的途径。要想真的减少化石燃料的使用和按化碳的排放，就必须找到真正的性能和化石燃料思路比较接近的一类新能源，那是生物质。

比如说一些农业生产的废料，像是解稿之类的东西，这些物质利用起来主要难度也是他们是大分子，是固体和煤炭的问题。有些像，但是能量另一度比煤炭还低。

燃烧解稿做饭和取暖也可以认为是在利用生物质能源，但这种利用方式利用效率低而且产生了粉尘和有毒气体，也会污染环境。像石油这类液态的化石燃料本身也是生物质变成的，只不过是在地下经过了很长时间的转化。

人们也可以发展一些技术把这个过程变快，把接杆里的大分子转化成液体的小分子，把它们用作燃料或者是化工原料。关于这方面的研究最近非常火热，但我觉得生物质很难成为未来新能源里的主力。

首先最重要的是它的体量不可能做得太大，因为以农业废料为原料，生物质能源的体量就直接受到了农业体量的限制。其次生物质本身的能量密度比化石燃料低，产生相同多的能量就需要更多的生物质。

最后产生的那么化碳可能也更多。那我们如果真想摆脱基于碳循环的能源，可以选择水力发电、风能、太阳能、核能。

核能受到的争议一直比较大，主要还是因为危险。核电站爆炸的破坏力太大、太持久。可控核据便据说有希望彻底解决能源问题，但这些我就不懂了，这里也就不多讲。

至于水力发电和风力发电，现在已经随处可见,是现在世界上可再生能源的主要部分。而且中国水力发电的装机总量要远高于其他国家。

但水力和风力资源的体量还是比较有限的，很难成为人类使用能源的主要部分。太阳能发电只是现在研究最火热的技术，而要选让太阳能成为未来新能源的主力，降低成本非常关键。

这个成本可以分为两部分：一方面是制造一块太阳能电池板的成本，另一方面是太阳能电池的寿命。如果寿命短，用不了多久就要换，那相当于成本就变高了。

早期太阳能电池主要是基于单制规，虽然规几乎是世界上风度最高的元素，但要置备单制状态的规非常消耗能量。我甚至听说一块规太阳能电池板一辈子发电产生的价值都要低于这块太阳能电池板的成本。这种情况下，它当然不可能有多广泛的应用了。

后来人们又发展出了基于有机染料的染料敏化太阳能电池，成本一下子低了很多。但这种太阳能电池里既有有机染料又有液体现象，稳定性一定比无机的规差多了，用一段时间就要换。

而且这些物质的独性还很大，用费的电池又会引起新的环境问题。而在新能源里，这几年最最最火的概念就是概太矿太阳能电池了。

虽然叫概太矿太阳能电池，其实里面既没有概也没有太。只是这种材料的经体结构和概太矿这种矿物比较相似。它里面最重要的元素其实是千，这种太阳能电池很容易做，成本更低，但它含千，所以肯定是有毒的。

而且它在稳定性和寿命上也不进入人意，所以这应该也不是人类做太阳能电池的终极选择。太阳能除了可以用来发电，还可以做些光催化反应，比如说光解水至清气。

其实光解水和用光发电再去电解水，从本质的原理上讲是一样的。而且把光发电和电解水两个步骤分开效率反而会更高。

刚讲的这几种可以撑得上圆的能源里，核能的输出是比较稳定的，而水力、风能以及太阳能的输出会受到天气和季节的影响，有很大的波动。

人们对于电能的需求也是随时间波动的，白天和夜间不同，冬天和夏天也不同。但是电能的需求与供应的波动并不是同步。人们为了让电能的供应和需求匹配，当下的方法是调节燃煤和燃气这部分产生的电能。

如果将来有一天我们打算以这些可再生能源作为发电的主体，那一定会有很多时段电力供过于求，有些时段供不应求。为了能让供需匹配，我们可以在供应过上的时候，把水泵到山上的水库里，供应不足时再开扎放水发电。

当然也可以用过剩的电量去给电池充电，但电池的体量还是太小，和整个电网没有办法比。那我们可以用过剩的电量去电解水质清气。而除了倾启，我们还可以用电能还原二氧化碳，支撑一样化碳，提供给我们前面讲的非脱合成做原料，也可以支撑以稀假纯之类的化工原料，就可以少用一些石油去体验这些物质了。

此外做二氧化碳还原，相当于直接减少了二氧化碳的排放。如果规模做的构碳，说不定对缓解温室效应有些贡献。但这样做的一个前期条件是，绝大部分电能都不是由化石燃料燃烧得来的。

如果用化石燃料燃烧发的电去还原二氧化碳，那排放的二氧化碳肯定比最后还原了的二氧化碳多多了。

那我们今天讲了这么多能源领域里的概念，我把尽可能多的能源类型都串了起来，所以每种能源都没有讲得很透彻。此外，真正推动人们使用某种能源的决定性因素其实是经济因素。

比如说，烧煤发电还是比别的方式发电成本更低的话，那人们还是会选择烧煤。只有这些新能源技术发展的足够成熟，让他们的成本降到足够低，或者化石燃料被消耗到足够少，让成本升高到足够高，人们才会把能源的主力转向这些新能源。

但这些成本和算市场行情方面，我就不是很懂了，所以今天也没有做太多设计，更多都是些基本原理之类的东西。

那今天的视频就到这里，感谢你的收看，拜拜。