六 太阳能的利用问题
为了解决地球上未来能源的短缺问题,研究如何经济而有效地将太阳能转变为电能或化学能是一项长期的任务。过去十几年在这方面取得了相当的进展,但要真正付诸实践,还需要若干年的努力。解决能源短缺的理想方案,就是将进入大气中的燃烧产物如水、二氧化碳等重新变成燃料。而在转变中欠缺的能量则由太阳能来提供。利用基础化学知识, 可以写出许多这类光化学反应,见表 3。
表 3 包含 N2 、O2 、CO2 与 H2 O 的燃料生成反应
反 应 |
标准自由能变化 |
能密度 |
---|---|---|
原 料 燃 料 混 合 物 1 H O(1) →H (g) + O 2 ( g) 2 2 2 1 CO (g) → CO(g) + O (g) 2 2 2 3 N (g) + 3H O(1)→2NH (g) + O (g) 2 2 3 2 2 1 H O(l) + O (g)→H O (1) 2 2 2 2 2 3 CO (g) + 2H O(1) →CH OH(l) + O (g) 2 2 3 2 2 CO2 ( g )+2H2O ( l )→ CH4 ( g )+2O2 ( g ) |
kJ/mol |
kJ/g (被还原的物质 |
237 |
118.0 |
|
257 |
9.2 |
|
339 |
19.7 |
|
120 |
3.5 |
|
701 |
21.8 |
|
818 |
50.6 |
其中能密度高的反应最有吸引力。总之,利用太阳能实现上述光化学反应的设想有很大的吸引力。首先,原料在大自然中分布极广,而且大都是现有燃料的燃烧产物,从而可实现燃料的循环使用。其次,这些反应的产物具有可贮存和便于运输的特点,亦即可实现对光能的存贮。但是目前看来,一时还很难使之变为现实。同时由于人们还热衷于核聚变的研究,也减弱了对这些工作的支持。也许到了大气中 CO2 达到忍无可忍或核聚变技术遇到难以克服的困难时,才会真正加强对上述光化学过程的研究。
类似上述的反应,还可以写出许多个来。但用燃烧产物为原料的则
不会太多。除此之外,利用可逆反应存贮能量及组成光化学电池等方面的工作,也已受到注意。