人类目前所消耗的能量主要来自于化石能源,化石燃料是由古代生物的遗骸经过一系列复杂的变化形成的。化石燃料燃烧时产生的一些物质。如一氧化碳、二氧化硫、未燃烧的碳氢化合物及碳粒、氮的氧化物等排放到空气中,会对空气造成污染。二氧化硫和氮的氧化物在空气中发生反应后的生成物溶于雨水,会形成酸雨。天然气是一种重要的化石燃料,主要含有碳和氢组成的碳氢化合物,其中最主要的是甲烷。不同地区天然气的主要成分有较大差异,我国部分地区天然气的主要成分如下表所示:
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
CO2 |
N2 |
H2S |
|
西南油田 |
93.1098 |
3.8914 |
0.1447 |
1.3092 |
0.5341 |
— |
华北油田 |
80.8430 |
9.7326 |
5.7538 |
0.9288 |
0.3200 |
— |
陕甘宁油田 |
95.9500 |
0.9675 |
0.1367 |
1.5038 |
— |
0.0002 |
注:1.表中数据均表示体积分数。2.“—”表示含量过低,当前所用仪器未检出。
天然气的用途非常广泛,可作为燃料直接使用。天然气在不同设备中燃烧产生的污染物的含量也不尽相同,几种常见设备中天然气燃烧时产生的污染物(kg/Mm3)如图所示:
现代社会对能量的需要量越来越大,化石燃料日渐枯竭,人们正在利用和开发其他能源。这些能源的利用,可以部分解决化石燃料面临耗尽的问题,并一定程度减少了对环境的污染。
依据文章内容,回答下列问题。
A 电厂 B 工业锅炉 C 民用采暖设备
物质 用途 |
生石灰 纺织、造纸 纯碱 食品干燥剂 干冰 人工降雨 |
2021年2月,我国在张家口建成了首个加氢站(氢气),为2022年冬奥会崇礼赛区大巴加注氢能。作为全国运营氢能公交车最多的城市,张家口市已有 214 辆氢能公交车在运行。
氢气不仅是清洁燃料,而且能实现污染物净零排放。氢气燃烧值高,单位质量氢气燃烧放出的热是天然气的2.6倍、汽油的 3.1倍、煤炭的4倍。
氢能在多个行业有着广阔的应用前景。在运输行业,与传统燃油汽车比,氢燃料汽车不产生污染,同时又比电动汽车加注时间短、续航更远。较长距离、固定路线的快递货车和载重货车等重型卡车,以及水上交通运输等都可大规模应用氢能。
氢能可作为固定能源用于建筑、社区等的备用供能。燃气(CH4)中混入一定量的氢气,燃烧使用与天然气相同,但单位质量燃烧放热更高、碳排放更低。风力发电和太阳能发电与居民用电在季节上、昼夜交替和有风无风等方面存在不匹配问题,而氢能恰好可用来补充调节备用。
氢气可作为化学过程的原料。比如,直接用氢气炼铁(氢气和氧化铁反应)已经成为绿色炼铁的重要发展方向。传统的炼铁采用一氧化碳和氧化铁高温下反应生成液态铁水和二氧化碳,是一种传统的高碳排放行业。采用氢气和氧化铁加热反应,既能降低能耗,又大大减轻了碳排放。
氢气制备来源广泛,可由多种方式制备而得。制备方式不同,得到的氢名称也不同,有绿氢、蓝氢、灰氢和棕氢( 褐氢) 之分。
绿氢由电解水得到,或由氨(NH3)高温分解得到,或生物质气化、光解水得到。电解水是绿氢制备的主要方式,整个过程零碳排放。比如利用风力发电和太阳能发电所产生的电能电解水,技能很好地生成绿氢,也能很好地解决风、光发电所存在电力浪费问题。
蓝氢来自于天然气,由蒸汽甲烷热解等方式转化制取。灰氢主要通过焦炉煤气、氯碱尾气等制备。棕氢 ( 褐氢) 由煤炭、石油等高碳化石能源制备。蓝氢、灰氢 和棕氢( 褐氢) 产自化石能源和工业尾气的制氢过程。
氢能的开发利用尚处于起步阶段,需要解决制备氢气、储存、运输和安全使用等多个瓶颈。尽管如此,氢能在环保和能效方面所具有的巨大潜力正在吸引全世界科学研究和产业投资。有志青少年可投身于氢能开发研究,未来一定大有可为!