书城教材教辅能源科学知识(青少年科普知识阅读手册)
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第23章

沼气是甲烷、二氧化碳和氮气等的混合气体,具有较高的热值,可用做烧饭、点灯,也可以驱动内燃机和发电机。1立方米沼气约相当于1.2千克煤或0.7千克汽油,可供3吨卡车行驶2.8千米,相当于60~100瓦灯光的沼气灯照明6小时。沼气燃烧后的产物是二氧化碳和水,不污染空气,不危害农作物和人体健康。沼气是由生物能源转换而来。植物在生长过程中,吸收太阳能贮藏在体内。植物死亡后,在微生物的作用下,有机质发酵分解,产生蕴藏着大量能量的沼气。当沼气燃烧时,这种能量就转变为光和热而被利用。人工制取沼气的方法叫做厌氧消化,这是在隔绝空气的条件下,利用甲烷细菌使有机物发酵而分解。

产生沼气的原料为有机物,如人畜粪便、杂草、秸秆、树叶、垃圾等。含有机物在2%以上的工农业生产废渣和废水,如酿造废渣、食品加工废渣以及污水处理厂的剩余污泥和沉淀污泥等,也都可以做原料。

沼气发酵微生物

沼气发酵微生物是指在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中,是一种可燃性气体,其主要成分为甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。根据最适生长温度,可将沼气微生物划分为中温群(30~40℃)和高温群(55~60℃)。虽然有人认为在4℃时仍然产生沼气,但至今尚未分离到嗜低温的菌种。沼气微生物的种类庞杂,在纯培养条件下,最适生长的酸碱度有很大差异,但在沼气池中pH7左右最适于产生沼气。沼气微生物使自然界中缺氧环境的有机质降解,进入碳、氮等物质循环圈。所产生的甲烷最终又被氧化为二氧化碳。产生于深海沉积物中的甲烷则可能转化为甲烷水合物,进而转化为天然气。中国广大农村正在利用沼气微生物的作用,以秸秆、粪便等制取沼气,作为一种再生性补充能源,同时也有利于农村生态平衡,保持、提高土壤肥力并改善环境卫生。

贮备电池

贮备电池是在贮备期间,活性物质不与电解质直接接触,使用时注入电解液或电解质熔化,从而使电池处于待放电状态而具有活性,包括海水激活Mg-AgCl电池、电解液激活Zn-Ag2O贮备电池、热激活Ca/LiCl-KCl/WO3、Ca/LiCl-KCl/CaCrO4电池。这类电池用于特定的场合,满足随时激活随时使用的要求。

蒸汽轮机

“燃气-蒸汽”轮机联合循环,是把燃汽轮机和蒸气轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的装置,有时也简称为联合循环。为了提高热机的效率,应该尽可能地提高热机中的加热温度和降低排热温度。但蒸汽轮机和燃气轮机的热力循环都不能很好满足上述要求。如把它们结合起来,以燃气轮机的排热来加热蒸汽,就可以同时取得燃气轮机加热温度较高和蒸汽轮机排热温度较低的双重优点。

联合循环的理论基础早已建立。热力学奠基人之一卡诺就提出过联合循环的概念。但是直到20世纪中叶,才开始有实用的联合循环动力装置。发展联合循环的关键是要研制出高温、高性能、大功率的燃气轮机。为了适应石油短缺的形势,在燃气轮机中有效烧煤也是一项关键技术。目前,世界各先进工业国家均已有定型联合循环机组产品。其中功率最大的已超过60万千瓦,最高热效率已高达47%以上。它作为热电并供机组使用,燃料利用率可高达80%左右,单机组最长运行时间已超过10万小时。热机的热效率要提高1%都是非常困难的,而联合循环却只要把燃气轮机和蒸汽轮机结合起来就可以大幅度节约能源。

自然资源

自然环境中与人类社会发展有关的,能被利用来产生使用价值并影响劳动生产率的自然诸要素,通常称为自然资源,可分为有形自然资源(如土地、水体、动植物、矿产等)和无形的自然资源(如光资源、热资源等)。自然资源具有可用性、整体性、变化性、空间分布不均匀性和区域性等特点,是人类生存和发展的物质基础和社会物质财富的源泉,是可持续发展的重要依据之一。自然资源分为:生物资源、农业资源、森林资源、国土资源、矿产资源、海洋资源、气候气象、水资源等。

自然资源泛指存在于自然界,能为人类利用的自然条件(自然环境要素)。联合国环境规划署定义为:在一定的时间、地点条件下,能够产生经济价值,以提高人类当前和未来福利的自然环境因素和条件。通常包括矿物资源、土地资源、水资源、气候资源与生物资源等。它同人类社会有着密切联系;既是人类赖以生存的重要基础,又是社会生产的原、燃料来源和生产布局的必要条件与场所。自然资源仅为相对概念,随社会生产力水平的提高与科学技术进步,部分自然条件可转换为自然资源。如随海水淡化技术的进步,在干旱地区,部分海水和咸湖水有可能成为淡水的来源。

自动调节工厂

空气调节器可以使居住的室内保持一定的温度和湿度。现代技术可以控制一个房间或者一个车间,虽然控制自然环境还做不到,但是利用余热建造一个工厂是可以做到的。农业生产历来依赖于自然条件的变化,产量受到很大限制。美国、日本以及欧洲一些国家,已开始大量应用各种先进技术来发展农业,不仅从种植到收获利用电子计算机管理,同时还实行了自动化调节气候,使作物在最佳的气候条件下生长。在这种自动调节的工厂中,每平方米可年产白菜1000千克,西红柿260千克。这种自动调节工厂都是利用余热作为自动调节动力的。

纸电池

这种电池避免了传统电池会产生的金属、锂及碱性化合物泄漏问题,对环境无害,可作为一般的家庭废物加以处理。开发公司表示,这种电池价格也十分便宜,当能够实现批量生产时,售价仅为1美分。Enfucell公司首席技术官、华人科学家张霞昌博士是这种纸质电池的主要研发者。由美国伦斯勒理工学院的几位科学家研制出来的一种薄如纸片,可剪裁、能折叠的轻型“纸电池”最近引起了人们的关注。研究者认为,由于这种纸电池具有诸多的性能,因此将会成为一种新型的能源存储设备。

纸板电池

纸板电池是一种改进的锌锰电池。它以涂有高分子材料的纸张,即浆层纸,代替糊式电池中的浆糊层作为电池正、负极间的隔离层。由于浆层纸很薄,只有0.1~0.2毫米厚,正极粉的填充量可增加20%以上,使电池电荷量提高30%以上。同时,浆层纸的内阻小,电池的大电流放电和连续放电性能较好。因此这种电池又称为高性能锌锰电池。

质子膜燃料电池

质子膜燃料电池是一种新型燃料电池,其电解质是一种固体有机膜,在增湿情况下,膜可传导质子。它一般用铂做催化剂,工作环境温度一般为60~80℃,属低温燃料电池。质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极、密封圈、和带有导气通道的流场板组成。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部分,中间是一层很薄的膜——质子交换膜,这种膜不传导电子,是氢离子的优良导体,它既作为电解质提供氢离子的通道,又作为隔膜隔离两极反应气体。膜的两边是气体电极,由碳纸和催化剂组成,阳极为氢电极,阴极为氧电极。流场板通常由石墨制成。质子交换膜燃料电池以氢为燃料。多个电池单体根据需要串联或并联,组成不同功率的电池组(电堆)。

照明光源