第五章-绿色能源材料ppt课件.ppt

第二部分第二部分 环境替代材料环境替代材料 第五章第五章 绿色能源材料绿色能源材料 1n能源能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。n固体燃料固体燃料、液体燃料液体燃料、气体燃料气体燃料、水能、电能、太阳能、生、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。物质能、风能、核能、海洋能和地热能。n新能源的发现和先进能源技术的使用推动了人类社会的发展。新能源的发现和先进能源技术的使用推动了人类社会的发展。2人力、畜力、风力和水力人力、畜力、风力和水力人力、畜力、风力和水力人力、畜力、风力和水力热能热能人力、畜力、风力和水力人力、畜力、风力和水力热能、电力热能、电力蒸汽机蒸汽机第二次工业革命第二次工业革命电子技术电子技术能源的发展能源的发展很多很多问题问题：矿物燃料的枯竭、环境污染等：矿物燃料的枯竭、环境污染等第一次工业革命第一次工业革命3问题阻碍了人类社会的发展问题阻碍了人类社会的发展资源与能源最充分利用技术、环资源与能源最充分利用技术、环境最小负担技术境最小负担技术（绿色能源和绿色能源材料）（绿色能源和绿色能源材料）41.能源需求的持续增长能源需求的持续增长19661973年年19731979年年19791985年年19851990年年世界平均世界平均(%)5.12.70.92.2发达国家发达国家(%)4.92.00.11.3发展中国家发展中国家(%)6.36.04.05.0中国中国5.46.73.44.6其他发展中国家其他发展中国家6.85.54.35.2世界能源消费的增长率波动较大，但总的趋势是增长！世界能源消费的增长率波动较大，但总的趋势是增长！表表1 世界一次能源消费的增长率世界一次能源消费的增长率52.能源结构的变化能源结构的变化表表2 世界一次商品的能源构成世界一次商品的能源构成1950年年1960年年1970年年1980年年1990年年一次能源供应一次能源供应(108吨标油吨标油)17.528.948.562.780.3煤煤(%)57.546.030.528.327.3油油(%)31.037.848.748.638.6天然气天然气(%)9.714.218.619.921.6水力水力(%)1.62.02.12.36.7核能核能(%)0-0.10.95.8从从70年代开始，原油已代替原煤在能源消费中占首位，天然年代开始，原油已代替原煤在能源消费中占首位，天然气的消耗比例也在增加；新能源的比例增加也非常迅速！气的消耗比例也在增加；新能源的比例增加也非常迅速！63.矿物资源面临的枯竭矿物资源面临的枯竭表表3 19902020年矿物能源预测年矿物能源预测 单位：亿吨标油石油石油天然气天然气煤煤合计合计探明储量探明储量(1991年底年底)1350114052007700估计增加储量估计增加储量65010602880030500合计资源量合计资源量200022003400038200累计需求量累计需求量(19902020年年)10006808502530能源供给量与需求关系形势严峻！能源供给量与需求关系形势严峻！74.矿物燃料燃烧造成的污染矿物燃料燃烧造成的污染nSO2、CO2、CO、NOx、三四苯并芘、烟尘等。、三四苯并芘、烟尘等。8 主要内容主要内容5.1 绿色能源与材料绿色能源与材料5.2 太阳能电池材料太阳能电池材料5.4 生物质能源材料生物质能源材料5.3 热电材料热电材料95.1 绿色能源与材料绿色能源与材料1.绿色能源和绿色能源材料绿色能源和绿色能源材料n绿绿色色能能源源是是指指洁洁净净的的能能源源，如如太太阳阳能能、风风能能、水水能能以以及及废热、垃圾发电能源。废热、垃圾发电能源。n绿绿色色能能源源材材料料包包括括直直接接或或间间接接产产生生能能源源或或改改变变能能源源状状态态的的各各种种材材料料。如如新新型型的的二二次次电电池池材材料料、燃燃料料电电池池材材料料、太太阳阳能能电电池池材材料料、热热电电材材料料、生生物物质质能能源源材材料料、相相变变蓄蓄热材料、储氢材料等。热材料、储氢材料等。102.绿色能源材料的作用绿色能源材料的作用n绿色能源材料把原来习用已久的能源变成新能源；绿色能源材料把原来习用已久的能源变成新能源；n一些绿色能源材料可以提高储能和能量转换效果；一些绿色能源材料可以提高储能和能量转换效果；n绿色能源材料决定着核反应堆的性能与安全性；绿色能源材料决定着核反应堆的性能与安全性；n材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着绿色能源的投材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着绿色能源的投资与运行成本。资与运行成本。113.绿色能源材料的任务和面临的课题绿色能源材料的任务和面临的课题n研究新材料、新结构、新效应以提高能量研究新材料、新结构、新效应以提高能量的利用效率与转换效率；的利用效率与转换效率；n资源的合理利用；资源的合理利用；n安全与环境保护；安全与环境保护；n材料规模生产的制作与加工工艺；材料规模生产的制作与加工工艺；n延长材料的使用寿命。延长材料的使用寿命。125.2 太阳能电池材料太阳能电池材料13一、一、太阳能太阳能n太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源；太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源；n不会产生有害废渣和气体，不会污染环境；不会产生有害废渣和气体，不会污染环境；n没有地域和资源限制，有阳光的地方，到处可以利用，使没有地域和资源限制，有阳光的地方，到处可以利用，使用方便安全。用方便安全。n地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的能量的200倍。倍。n太阳每秒发出的能量就大约相当于太阳每秒发出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。燃烧时所释放出的全部热量。n包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转换而成。换而成。太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一14二、太阳能电池二、太阳能电池15世界太阳能电池发展的主要节点世界太阳能电池发展的主要节点n年份年份 重要节点重要节点n1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6n1955 第一个光伏航标灯问世，美国第一个光伏航标灯问世，美国RCA 发明发明Ga As 太阳能电池太阳能电池n1958 太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋1 号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为8。n1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。第一个单晶硅太阳能电池问世。n1960 太阳能电池首次实现并网运行。太阳能电池首次实现并网运行。n1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18。n1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世非晶硅及带硅太阳能电池问世n1978 美国建成美国建成100KW 光伏电站光伏电站n1980 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到20，多晶硅为，多晶硅为14.5，Ga As 为为22.5n1986 美国建成美国建成6.5KW 光伏电站光伏电站n1990 德国提出德国提出“2000 光伏屋顶计划光伏屋顶计划”n1995 高效聚光高效聚光Ga As 太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达32。n1997 美国提出美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划克林顿总统百万太阳能屋顶计划n日本提出日本提出“新阳光计划新阳光计划”161.意义意义n太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产生电能，是对环境无污染的可再生能源。生电能，是对环境无污染的可再生能源。n开发宇宙空间所需的连续不断的能源；开发宇宙空间所需的连续不断的能源；n解决目前化石能源的环境污染问题；解决目前化石能源的环境污染问题；n为日益发展的消费电子产品随时随地的供电。为日益发展的消费电子产品随时随地的供电。172.工作原理工作原理n光伏效应光伏效应(Photovoltaic Effect,PV)183.太阳能电池的分类太阳能电池的分类 1 1、硅系太阳能电池硅系太阳能电池 2 2、多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池 3 3、聚合物多层修饰电极型电池聚合物多层修饰电极型电池 4 4、纳米晶化学太阳能电池纳米晶化学太阳能电池据据所所用用材材料料分分砷化镓砷化镓III-VIII-V化合物化合物硫化镉硫化镉铜铟硒铜铟硒单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池194.太阳能电池的发展太阳能电池的发展n自自20世纪世纪70年代以来，太阳电池的全球平均年增长率达年代以来，太阳电池的全球平均年增长率达30%以上。以上。(1)2006年太阳级硅锭产量约年太阳级硅锭产量约3700吨，吨，2007年预计可达年预计可达6000吨。吨。(2)2006年我国太阳电池产量已达到年我国太阳电池产量已达到370MW超过美国超过美国(202MW)，成为继成为继日本、欧洲之后的第三大太阳电池生产国，日本、欧洲之后的第三大太阳电池生产国，2007年预计达到年预计达到800MW。(3)2006年光伏组件产量为年光伏组件产量为600MW，2007年预计年预计1GW。(4)设备制造和专用材料生产正处在快速国产设备制造和专用材料生产正处在快速国产 化过程中，一些设备甚至化过程中，一些设备甚至开始出口，如单晶炉、扩散炉和组件制造设备等；技术难度较大的设开始出口，如单晶炉、扩散炉和组件制造设备等；技术难度较大的设备如线锯等已经有样机。备如线锯等已经有样机。(5)我国已经有我国已经有10家光伏公司在国外上市，形成了一个国际化的光伏产业家光伏公司在国外上市，形成了一个国际化的光伏产业群体，其中包括了无锡尚德（迅速做大的第一个典型）、新余群体，其中包括了无锡尚德（迅速做大的第一个典型）、新余LDK（06年年5月投产，当年即成为亚州第一，月投产，当年即成为亚州第一，07年年6月在纽交所上市，月在纽交所上市，07年年8月月18日投资亿的吨多晶硅项目开工）这样的优质企业。日投资亿的吨多晶硅项目开工）这样的优质企业。20三、太阳能电池材料三、太阳能电池材料1.太阳能电池对材料的要求太阳能电池对材料的要求半导体材料的禁带不能太宽：半导体材料的禁带不能太宽：1.1eV到到1.7eV之间之间 要有较高的光电转换效率要有较高的光电转换效率材料本身对环境不造成污染材料本身对环境不造成污染材料便于工业化生产且材料性能稳定材料便于工业化生产且材料性能稳定硅的禁带宽度为硅的禁带宽度为1.12eV，是地球上蕴含量第二丰富的元素，是地球上蕴含量第二丰富的元素，硅本身无毒性，它的氧化物稳定硅本身无毒性，它的氧化物稳定，硅太阳能电池是最有发展前景。，硅太阳能电池是最有发展前景。212.主要的太阳能材料主要的太阳能材料材料材料禁禁带宽带宽度度(eV)禁禁带带性性质质迁移率迁移率(cm2/(Vs)晶系晶系晶格常数晶格常数(nm)实实用状况用状况电电子子空穴空穴晶体晶体Si1.12间间接接1500450立方立方a=0.543制作的制作的电电池占市池占市场场份份额额的的70%-80%非晶非晶Si1.5-2.010.1制作的制作的电电池占市池占市场场份份额额的的10%-20%Ge0.66间间接接39001900立方立方a=0.5646用作空用作空间电间电池的池的衬衬底底GaAs1.424直接直接8500400立方立方a=0.5653已开始用于空已开始用于空间间太阳太阳电电池池InP1.35直接直接4600150立方立方a=0.5869耐耐辐辐射性能射性能优优异，异，处处于研究于研究开开发阶发阶段段AlSb1.6间间接接900400立方立方a=0.37禁禁带宽带宽度适合太阳度适合太阳电电池，但池，但因材料腐因材料腐蚀蚀，未，未获应获应用用CdS2.42直接直接340-立方立方a=0.4136c=0.6176构成薄膜构成薄膜电电池一极池一极Cu2S1.2间间接接-30立方立方a=1.188 c=1.349与与CdS构成的太阳构成的太阳电电池因出池因出现现衰退衰退现现象，已淘汰象，已淘汰CdTe1.44直接直接70065立方立方a=0.6477独自制作薄膜独自制作薄膜电电池或与池或与CdS结结合，构成的太阳合，构成的太阳电电池已商池已商品化品化CuInSe21.04间间接接30020立方立方a=0.5782c=1.162与与CdS构成的太阳构成的太阳电电池正池正进进入商品化入商品化表表4 太阳电池的材料太阳电池的材料 在各种类型的太阳电池在各种类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池由中，晶体硅太阳电池由于其转换效率高，技术于其转换效率高，技术成熟而继续保持领先地成熟而继续保持领先地位，占据了位，占据了90%以上的以上的份额，预计今后十年内份额，预计今后十年内晶体硅仍将占主导地位。晶体硅仍将占主导地位。22硅太阳能电池的材料分配硅太阳能电池的材料分配单晶硅单晶硅35.17%铸造多晶铸造多晶硅硅47.54%非晶硅非晶硅8.30%直拉硅上非晶硅直拉硅上非晶硅4.63%带硅带硅3.50%其他材料其他材料0.86%233.多晶硅多晶硅(1)多晶硅制备技术多晶硅制备技术n目前国际上多晶硅生产的在线制备技术主要有两种：目前国际上多晶硅生产的在线制备技术主要有两种：1）改良西门子法）改良西门子法 2）硅烷法）硅烷法 n另有两种尚未正式用于生产线的技术为：另有两种尚未正式用于生产线的技术为：1）流化床法）流化床法 2）冶金法）冶金法 它们均有可能在它们均有可能在 5-10 年内发展成为正式的生产线技术年内发展成为正式的生产线技术241)改良西门子法改良西门子法工艺流程原理工艺流程原理n以三氯氢硅为原料，通过分馏分离杂质，然后用以三氯氢硅为原料，通过分馏分离杂质，然后用氢还原在加热到高温的管上收集生成的多晶硅氢还原在加热到高温的管上收集生成的多晶硅 Si+3HCl=SiHCl3+H2 SiHCl3+H2=Si+3HCl 2(SiHCl3)=Si+HCl+SCl425n改良西门子法生产线的改进改良西门子法生产线的改进通过三次更新换代，实现了物料的闭路循环；通过三次更新换代，实现了物料的闭路循环；集成了自动控制、热能工程、防腐蚀、防泄漏、集成了自动控制、热能工程、防腐蚀、防泄漏、副产品开发利用等多项跨领域的技术；副产品开发利用等多项跨领域的技术；建立了现代化的生产线建立了现代化的生产线26n优点优点1）能够保质保量大批生产，占世界产量的）能够保质保量大批生产，占世界产量的76%；2）通过研究改进，还有进一步提高还原反应转化率）通过研究改进，还有进一步提高还原反应转化率的潜力；的潜力；3）通过研究改进，还有进一步降低能耗、成本和固）通过研究改进，还有进一步降低能耗、成本和固定资产投资额度的潜力；定资产投资额度的潜力；27n问题和不足处问题和不足处1）三氯氢硅还原反应的转化率低）三氯氢硅还原反应的转化率低;2）除瓦克公司外，都仍在采用固态床；）除瓦克公司外，都仍在采用固态床；3）必必需需先先停停下下还还原原炉炉，然然后后才才能能够够取取出出多多晶晶硅硅产产物物，尚尚未未达到完全自动化的连续生产达到完全自动化的连续生产;4）能耗高；）能耗高；5）生产成本高；）生产成本高；6）投资门槛高；）投资门槛高；7）建设周期长；）建设周期长；8）资金回收慢）资金回收慢282)硅烷法硅烷法Mg2Si+4NH4Cl=2MgCl2+4NH3+SiH4SH4=Si+2H23)四氯化硅氢还原法四氯化硅氢还原法Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl29303132335.3 生物质能源材料生物质能源材料n生物质生物质(biomass)主要是指可再生或循环的有机物质主要是指可再生或循环的有机物质(organic matter that is available on a renewable or recurring basis)，包括农作物、树木和其他植物及其残包括农作物、树木和其他植物及其残体体(residuces)，尤其是非食物用木质纤维素类物质尤其是非食物用木质纤维素类物质(non-food-plant)。n生物质能源材料包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪生物质能源材料包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便及其他有机物废弃物、利用边缘土地和水面种植和养便及其他有机物废弃物、利用边缘土地和水面种植和养殖非食用性动植物和藻类，以及考虑到消化过剩农产品殖非食用性动植物和藻类，以及考虑到消化过剩农产品的需要也涵盖了农产品的淀粉和脂肪酸。的需要也涵盖了农产品的淀粉和脂肪酸。345.3 生物质能源材料生物质能源材料一、燃料乙醇一、燃料乙醇n以玉米、小麦、薯类、糖蜜或植物等为原料，经发酵、以玉米、小麦、薯类、糖蜜或植物等为原料，经发酵、蒸馏而制成。蒸馏而制成。n环保型的可再生能源环保型的可再生能源n燃料乙醇产业可解决陈化粮问题，增加农民收入。燃料乙醇产业可解决陈化粮问题，增加农民收入。351.燃料乙醇的特性燃料乙醇的特性燃料乙醇的性质和汽油类似！燃料乙醇的性质和汽油类似！表表4 几种代用燃料的物化特性几种代用燃料的物化特性柴油柴油甲醇甲醇乙醇乙醇汽油汽油分子式分子式-CH3-OHCH3-CH2-OH低低热值热值(MJ/kg)42.519.525.044.2密度密度(g/ml)0.840.790.810.74十六十六烷值烷值40-5558-自燃温度自燃温度()250450420468辛辛烷值烷值-11110892当量空燃比当量空燃比14.66.59.014.8沸点沸点()180-370657830-190粘度粘度(PaS,20)2-40.6-0.43蒸蒸发值发值2501110904420燃燃烧烧极限极限(在空气中的在空气中的%值值)0.6-6.55.5-253.5-15-5.3 生物质能源材料生物质能源材料365.3 生物质能源材料生物质能源材料乙醇不单是一种优良燃料，而且是一种优良的乙醇不单是一种优良燃料，而且是一种优良的燃油品质改善剂燃油品质改善剂n第一，燃料乙醇具有自供氧性，可以增加汽油的含氧量，使汽油燃烧更第一，燃料乙醇具有自供氧性，可以增加汽油的含氧量，使汽油燃烧更充分；使用含有充分；使用含有10%燃料乙醇的车用乙醇汽油，可以减少汽车尾气燃料乙醇的车用乙醇汽油，可以减少汽车尾气CO排排放量放量30%以上、以上、CH排放量排放量10%，使汽车尾气中氮氧化物、酮类等污染物，使汽车尾气中氮氧化物、酮类等污染物浓度明显降低，达到节能和环保目的。浓度明显降低，达到节能和环保目的。n第二，乙醇具有极好的抗爆性能，调合辛烷值一般都在第二，乙醇具有极好的抗爆性能，调合辛烷值一般都在120左右，作为左右，作为汽油的高辛烷值组分，它可有效提高汽油的抗爆性汽油的高辛烷值组分，它可有效提高汽油的抗爆性(辛烷值辛烷值)。n第三，在新标准汽油中，乙醇还可以经济有效地降低烯烃、芳烃含量，第三，在新标准汽油中，乙醇还可以经济有效地降低烯烃、芳烃含量，降低炼油厂的改造费用。降低炼油厂的改造费用。n第四，乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界这个大系统中，乙第四，乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界这个大系统中，乙醇的整个生产和消费过程可形成无污染和洁净的闭路循环过程，永恒再醇的整个生产和消费过程可形成无污染和洁净的闭路循环过程，永恒再生永不枯竭。生永不枯竭。375.3 生物质能源材料生物质能源材料2.燃料乙醇的燃料乙醇的制备技术制备技术385.3 生物质能源材料生物质能源材料3.燃料乙醇产业的发展燃料乙醇产业的发展 70年代的石油危机催生巴西燃料乙醇产业0505年美国燃料年美国燃料乙醇产量比乙醇产量比0101年年翻番翻番巴西巴西0404年产年产量达量达12721272万吨万吨欧盟、日本等欧盟、日本等国加大扶持力度国加大扶持力度国际燃料乙醇产业发展加速国际燃料乙醇产业发展加速395.3 生物质能源材料生物质能源材料n中国已成为世界第三大生物燃料乙醇生产国。据统计，目前全国中国已成为世界第三大生物燃料乙醇生产国。据统计，目前全国生产的燃料乙醇总量为生产的燃料乙醇总量为102万吨，预计，万吨，预计，20102010年可达每年年可达每年300300万吨。万吨。405.3 生物质能源材料生物质能源材料4.发展燃料乙醇的拦路虎发展燃料乙醇的拦路虎n 燃料乙醇引发粮食问题燃料乙醇引发粮食问题：与人争粮、与人争地：与人争粮、与人争地n技术、成本问题亟待解决技术、成本问题亟待解决 415.3 生物质能源材料生物质能源材料二、生物柴油二、生物柴油n生物柴油是指植物油与甲醇进行酯交换制造的生物柴油是指植物油与甲醇进行酯交换制造的脂肪酸甲酯，是一种洁净的生物燃料，也称之脂肪酸甲酯，是一种洁净的生物燃料，也称之为为再生燃油再生燃油。421.生物柴油的特性生物柴油的特性表表5 生物柴油与矿物柴油的某些性质比较生物柴油与矿物柴油的某些性质比较项项目目蛇骨柴油蛇骨柴油矿矿物柴油物柴油冷冷滤滤点点()夏季夏季产产品品-10冬季冬季产产品品-20夏季夏季产产品品0冬季冬季产产品品-2020时时密度密度(g/ml)0.880.8340运运动动粘度粘度(mm2/s)4-62-4闪闪点点()10060十六十六烷值烷值最小最小56最小最小49热值热值(MJ/L)3235硫含量硫含量(%质质量量)0.001 0.2氧含量氧含量(%体体积积)100理理论质论质量空燃比量空燃比(kg/kg)12.514.5燃燃烧烧功效功效(柴油柴油为为100%)104100水危害等水危害等级级123周后的生物分解率周后的生物分解率(%)9870生生物物柴柴油油性性能能明明显显优优于于矿矿物物柴柴油油431.生物柴油的特性生物柴油的特性n以可再生动物及植物脂肪酸单醋为原料，可减少对石油的以可再生动物及植物脂肪酸单醋为原料，可减少对石油的需求量和进口量；需求量和进口量；n具有良好的燃料特性，与普通柴油相比具有较好的发动机具有良好的燃料特性，与普通柴油相比具有较好的发动机低温启动性能，无添加剂时冷凝点达低温启动性能，无添加剂时冷凝点达-20，较好的润滑性，较好的润滑性能，开口闪点高，易于运输储存；能，开口闪点高，易于运输储存；n生物柴油具有较高的石化效能比，可以降低油耗、提高动生物柴油具有较高的石化效能比，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染，环境友好，与普通柴油相比采用力性，并降低尾气污染，环境友好，与普通柴油相比采用生物柴油车辆的尾气中有毒有机物的排放量仅为生物柴油车辆的尾气中有毒有机物的排放量仅为1/10，颗，颗粒物为粒物为20%，CO2和和 CO排放量仅为排放量仅为10%，无，无SO2和铅及有和铅及有毒物质的排放，混合生物柴油可将排放物中的含硫物质量毒物质的排放，混合生物柴油可将排放物中的含硫物质量分数从分数从510-4降低到降低到 510-6，见表，见表4-7；n具有较好的润滑性能。具有较好的润滑性能。n无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。设备、储存设备及人员的特殊技术训练。442.生物柴油的制备技术生物柴油的制备技术n直接混合法或稀释法直接混合法或稀释法 n微乳化法微乳化法n高温热裂解法高温热裂解法n酯交换法酯交换法n生物酶催化法生物酶催化法n超临界甲醇法超临界甲醇法453.生物柴油产业的发展生物柴油产业的发展n1988年由德国聂尔公司发明以来，凭借自身的年由德国聂尔公司发明以来，凭借自身的突出的环保性和可再生性，引起了世界发达国突出的环保性和可再生性，引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。n西方国家为发展生物柴油，在行业规范和政策西方国家为发展生物柴油，在行业规范和政策鼓励下采取了一系列积极措施。鼓励下采取了一系列积极措施。n美国有美国有4家生物柴油生产厂，总能力为家生物柴油生产厂，总能力为30万吨年。万吨年。n欧盟国家主要以油菜为原料，欧盟国家主要以油菜为原料，2001年生物年生物柴油产量已超过柴油产量已超过100万吨。万吨。46n2000年德国的生物柴油已达年德国的生物柴油已达45万吨，德国还于万吨，德国还于2001年年月月11日在海德地区投资日在海德地区投资5000万马克，兴建年产万马克，兴建年产10万吨万吨的生物柴油装置。的生物柴油装置。n法国有法国有7家生物柴油生产厂，总能力为家生物柴油生产厂，总能力为40万吨年，使万吨年，使用标准是在普通柴油中掺加用标准是在普通柴油中掺加5%生物柴油，对生物柴油生物柴油，对生物柴油的税率为零。的税率为零。n意大利有意大利有9个生物柴油生产厂，总能力个生物柴油生产厂，总能力33万吨年，对万吨年，对生物柴油的税率为零。生物柴油的税率为零。n奥地利有奥地利有3个生物柴油生产厂，总能力个生物柴油生产厂，总能力5.5万吨年，万吨年，税率为石油柴油的税率为石油柴油的4.6%。n比利时有比利时有2个生物柴油生产厂，总能力个生物柴油生产厂，总能力24万吨年。日万吨年。日本生物柴油生产能力也达到本生物柴油生产能力也达到40万吨年。万吨年。47n我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。水平。485.4 热电材料热电材料49余热资源余热资源图图2 玻璃窑炉余热排放示意图玻璃窑炉余热排放示意图玻璃熔池玻璃熔池粉料粉料蓄热室蓄热室蓄热室蓄热室碎玻璃碎玻璃燃料供入热燃料供入热散热散热排烟排烟孔口散热孔口散热玻玻璃璃液液 图图1 炼铁炉余热排放示意图炼铁炉余热排放示意图铁矿石铁矿石石灰石石灰石铁铁炉渣炉渣高炉气高炉气焦炭焦炭 空气空气50余热资源余热资源n我国平均能源利用率较低30%，余热资源大量存在！n据统计，余热占总能耗的17%67%！n可以回收的余热占总余热的60%！n余热的利用可以节省大量燃料、减少大气污染、增加产量、降低成本！51余热资源余热资源表表1 中国工业余热资源分布情况中国工业余热资源分布情况工业部门工业部门余热种类余热种类余热温度余热温度/钢铁工业钢铁工业焦炭显热、烧结矿显热、焦炭显热、烧结矿显热、燃烧排气余热、低温水燃烧排气余热、低温水1050、650、250300、5070铜精炼厂铜精炼厂气体余热、固体余热气体余热、固体余热1200、1200化工工业化工工业气体余热、固体余热气体余热、固体余热200700、1800工业锅炉工业锅炉气体余热气体余热150300工业窑炉工业窑炉气体余热气体余热2001500电力工业电力工业低温水、气体余热低温水、气体余热3050、300500轻工业轻工业气体余热气体余热80120交通运输交通运输气体余热气体余热30040052余热资源余热资源余热利用：余热利用：直接利用和间接利用直接利用和间接利用低温余热低温余热(650)利用储能物质储存利用储能物质储存 直接加热物体直接加热物体 直接加热物体直接加热物体 热电材料发电热电材料发电 利用储能物质储存利用储能物质储存 涡轮机发电涡轮机发电534.3 热电材料热电材料n热电材料：是一种利用固体内部载流子运动实热电材料：是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料。现热能和电能直接相互转换的功能材料。n1823年，德国人塞贝克（年，德国人塞贝克（Seebeck）发现温差发现温差致电；致电；n1834年，法国钟表匠珀耳帖（年，法国钟表匠珀耳帖（Peltier）发现了发现了电致温差。电致温差。544.3 热电材料热电材料一、热电材料工作原理一、热电材料工作原理(热电效应热电效应)nSeebeck效应效应：Vyz=Sab(T1一T2)导体a导体bT2T112yz导体a导体bT2T11yznPeltier效应：效应：554.3 热电材料热电材料二、热电材料和器件的优点二、热电材料和器件的优点n体积小n无需传动装置n无需介质n可靠性高n寿命长n无噪音564.3 热电材料热电材料三、热电材料性能要求三、热电材料性能要求n较高的热电优值Z：n无毒无害n长期使用物理、化学性能稳定574.3 热电材料热电材料四、典型的热电材料四、典型的热电材料n传统热电材料：Bi2Te3基合金、PbTe基合金、SiGe合金n新型热电材料：方钴矿(Skutterudites)材料、低维热电材料、氧化物热电材料、准晶材料 584.3 热电材料热电材料Bi2Te3基合金n研究最早、最成熟、最常见，应用最多；n室温范围；nZT1表表1 T=300K时时Bi2Te3合金的热点优值合金的热点优值合金材料合金材料Z(10-3K-1)ZT类类型型Bi24Sb68Te142Se63.20.96pBi0.5Sb15Te3.133.00.90p(Sb2Te3)2(Bi2 Te3)25(Sb68Se3)33.41.02pBi1.75Sb0.25Te3.132.20.66n(Sb2Te3)5(Bi2 Te3)90(Sb68Se3)53.20.96n594.3 热电材料热电材料PbTe基合金n300900K温度范围n掺入纳米Ag、Sb等元素，可大大提高热点优值ZT n美国早期宇宙飞船采用此材料来供电604.3 热电材料热电材料SiGe合金n性能最好的高温热电材料；n1000K左右温度范围n1977年旅行者号太空探测器首次采用SiGe合金作为温差发电材料，此后的美国的空间计划中，SiGe几乎完全取代易挥发的PbTe材料。614.3 热电材料热电材料Bi、Sb、Pb、Ge等元素含量少、价格贵、易氧化、剧毒、！新型热电材料624.3 热电材料热电材料氧化物热电材料氧化物热电材料：NaCo2O4n与合金相比，氧化物热电材料最人的优点就是可以在氧化气氛里高温下长期工作，其大多无污染、无毒性、储量丰富，且制备简单nZT值接近1，掺杂可提高热电优值ZT 634.3 热电材料热电材料五、热电材料的应用五、热电材料的应用n热电发电 n半导体制冷 n测量温度 644.3 热电材料热电材料热电发电热电发电n特殊场合使用的电源。例如：放射性同位素温差发电器（Radioisotope Thermoelectric Generators，简称RTG）。n在工业余热、废热和低品位热温差发电方面的潜在应用。655.4 热电材料热电材料半导体制冷半导体制冷 n民用：小型车用冰箱、便携式冷藏箱、温差电空调系统、冷暖两用水壶n工业应用：电子冷冻车削、电子冷冻铣削、电子冷冻磨削、电子冷冻铸造、液膜冰液 n医用：PCR仪、呼吸机气泵、冷冻手术刀、组织切片用冷台 66