化工导论期末报告

我看化工与当今能源局势

陈卓凡材722017012075

随着人类社会的发展，人类所需要的能源越来越多，但传统的能源却面临着枯竭的危险，在这种背景之下，开发各种高效的、可持续的能源品种和能源利用手段变得愈发重要。传统的能源产业严重依赖于化石能源，而化石能源已经可预见性地可能在未来的几十年内枯竭，因此人类不得不寻找化石能源以外的可以大规模利用的能源。传统化工可以说与化石能源密不可分，石化工业在其中起到支柱性作用。伴随着能源结构转型的迫切需要，化学工业也必须迎来根本上的转变。新能源的开发利用需要化工研究的技术支持，而新能源的发展也将促动化工科学的发展。

新能源品种的开发和利用离不开化工的支持。化工上的各种研究成果不断给我们提供新的能源解决方案，让我们有望能够用一些可持续的资源部分替代传统化石能源，从而逐步摆脱对化石能源的依赖。化工研究者们已经成功地开发出了能够利用生物质生产化工原料的生物炼制技术。生物炼制现在已经能够形成一套可以与石油化工相媲美的工业体系和产品链，能够大规模地由易得的农业作物甚至农林废物制取燃料和基本的化工原料。生物柴油、乙醇汽油，现在得到了一定规模的实用化，我们甚至能够看到这些新型燃料逐步替代传统燃料的趋势。在许多能源的开发领域，例如风能、太阳能、水能、核能等，随着技术的不断升级和需求不断扩大，对效率、规模和安全性的要求越来越高，对一些关键材料性能和产量的要求也越来越高，这些关键的材料制造，也都离不开高新的化工技术做支撑。

不仅发展新能源十分重要，对传统的能源产业进行改进也有着重大意义，而且在当前化工产业绝大部分仍然以化石能源为基础的局势之下，这可能能够带来更显著的效益。我们需要更高效地使用现有的化石能源，让其能够创造更多的价值并能够持续更久远的时间；我们也需要改变现有化工产业高能耗高排放的面貌，让我们的化工产业更加环境友好。在我国，煤矿资源丰富，许多燃煤资源都被用于发电，而燃煤发电也一直以来都在发电总量中占有最大的比例。燃煤发电有其成本低、技术成熟、易于实现的优势，却也有着高污染、低效率的弊端。如何改变这一现状，也成为了各学科研究的一个热点。化工学科为高效利用煤资源提供了一些解决方案。煤化工也有一套成体系的产业链，其中不乏一些仍处在发展之中、尚不成熟甚至还处于研究阶段的生产技术。如今煤气化、煤制油技术，还有用煤大量生产各种化工基础原料的技术已经一步步实现并迅速发展。可以想见，这些技术如果能够发展成熟，将能够极大地提高煤资源的利用效率，丰富其利用途径，也丰富各类产品的来源；而在煤资源丰富而石油资源缺乏的我国，这些技术更是有希望一定程度上缓解我国现在面临的能源压力。通过系统地对各种化石能源的联合利用，我们能够将化石能源的利用效率尽可能最大化，并且对废弃的物质和热量进行综合利用从而在减少污染排放的同时创造更多价值。

化工生产本身在整个工业体系之中占据非常重要的地位，消耗的资源也占了相当大的比例。而现有的化工生产模式普遍粗放，消耗能源可观而效益有限。如果能够对整个化工产业进行改造而降低生产能耗、提高生产效益，对于紧张的能源局势将会造成巨大的改变。在这方面许多改变正在发生。我们知道生物体有着复杂的化学组成，而生物体中的各种化学物质大都是在细胞内在非常温和的条件下合成出来的。如果将类似的原理运用到化工生产之中，将能够在温和的条件之下高效地合成我们所需要的化学产品，将极大地降低能耗、提升效率和安全可控性，而且更有可能实现产品和生产过程的环境友好。循着这样的思路，生物化工的研究者们不断提出和改进方案，从生物化工的角度开发出一系列新产品和新生产技术。现在已经有各种可用于化工生产的酶制剂催化剂面世，并且随着技术发展这类产品的生产成本逐渐下降，品种也日趋多样，大规模应用的可能性越来越大。应用这类催化剂，可以实现在相当温和的条件下，消耗较少的能源而获得较高的生产效率，甚至还能获得比传统方式生产

更理想的结构、纯度和活性。微化工技术的发展也能够造成相当惊人的效果。物质在微米以下的尺度上呈现出的不同于宏观的性质，为我们提供了许多新的可能性。对化工生产设施微型化，将彻底改变化工生产的面貌。微型化的化工生产过程不仅不会降低生产能力，反而能够在能耗大大降低的情况下实现相当高的生产效率。

化工技术在能源的存储方面也有十分重要的应用。化工研究者们开发出了新的电池技术，将碳纳米管运用在每人都会用到的手机电池之中，大幅提高了电池性能。研究者们还提出了更新颖的想法，将噬菌体用于电池电极，将有望更大幅度地提高电池效率。在新能源汽车领域，燃料电池和改进锂电池有着光明的前景，而这之中都有化工研究者们的智慧和付出。

在当今的世界能源格局下，化工无论在哪一个方面都还有相当长的路要走。要想用生物炼制逐步取代石油化工，要考虑世界范围内的生态平衡和粮食安全；要实现现有化石能源的利用效率最大化，技术普及难度巨大；生物化工和微化工目前尚处于起步，成本和生产应用范围仍然有较大局限性；电池存储效率仍有十分巨大的发展空间，燃料电池也仍然有许多技术上的问题亟待解决……可以预想的是，在未来不久的时间内，能源技术与化工科学将会相互促进地快速发展，可能许多问题将会得到解决，也可能会出现许多新的问题和新的技术话题。摆脱能源危机对于全世界来讲是一场与时间的比赛，而对于化工研究者们来说，他们的研究将有可能成为夺得先机的关键。