科目:初中物理 來源:素質教育新學案·物理·九年級·全一冊 題型:064
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雨、雪、垃圾能發(fā)電科學家們發(fā)現,大自然中蘊藏著巨大的能量,可以通過多種手段,從21世紀初期開始,有一定規(guī)模地向雨雪垃圾索電,是完全可以實現的.
利用積雪發(fā)電:大家知道,積雪的溫度是0℃以下,因此雪中蘊藏著巨大的冷能.科學家提出利用積雪發(fā)電的大膽設想.它的工作原理是,將蒸發(fā)器放在地面上,將凝縮器放在高山上,再用兩根管子將它們連接在一起,然后抽出管內空氣,用地下熱水使低沸點的氟里昂(即現代電冰箱所用的制冷物質)汽化,并以雪冷卻凝縮器,由于氟里昂的沸點很低,加上管內被抽空,所以它就沸騰起來,變成氣體快速向管子的上端跑去,沖擊汽輪機旋轉,從而帶動發(fā)電機發(fā)電.試驗證明,1 t雪可把2~4 t氟里昂送上蓄液器.可見雪的發(fā)電本領是十分驚人的.
雪的資源極其豐富,地球上34%的國家屬多雪地區(qū).我國東北和新疆北部是全國下雪天數最多的地區(qū),每年平均在40天以上,積雪日數在90天以上.積雪發(fā)電的問世,將使茫茫雪原變成人類的又一理想的未來發(fā)電能源.
利用下雨發(fā)電:目前,科學家們研究雨能的利用已獲得成功,它是利用一種葉片交錯排列,并能自動關閉的輪子,輪子的葉片可以接受來自任何方向的雨滴,并能自動開關,使輪子一側受力大,另一側受力小,從而在雨滴沖擊和慣性的作用下高速旋轉,驅動電機發(fā)電.雨能電站可以彌補地面太陽能電站的不足,使人類巧妙而完美地應用太陽能、風能、雨能.
我國南方雨能資源豐富,特別是華東、華南、中南和西南各省的雨水充足,一年四季冰雪期很少,雨季的降雨量一般都比較多,陰雨天利用雨能發(fā)電,陽天利用太陽能發(fā)電,這樣無論晴天或陰雨天,人們都可以享受到大自然的恩賜,享受到電能帶來的光和熱.
微生物電池:在探索微生物能源工作中,一些國家正在從事著微生物電池的研究.什么是微生物電池呢?它是一種用微生物的代謝產物,做電極活性物質,從而獲取電能.從研究的進展看,作為微生物電池的活性物質,只限于甲酸、氫、氨等.我們用一種叫產氣單抱菌的細菌,處理100摩爾椰子汁,使其生成甲酸,然后把以此做電解液的3個電池串連在一起,生成的電能可使半導體收音機連續(xù)播放50多個小時.當然,這只是試驗,但它表現出的事實是令人神往的.
21世紀是人類飛向宇宙的時代,在宇宙飛船這樣的封閉系統中,排泄物的處理確實是個必須解決的問題.美國宇宙航行局設計了一種一舉兩得的解決方案:用一種芽孢桿菌處理尿,使尿酸分解而生成尿素,在尿素酶的作用下分解尿素產生氨.氨用做電極活性物質,在鉑電極上產生電極反應,組成了邀翔太空的理想微生物電池.在宇航條件下,每人每天如果排出22克尿,就能夠獲得47瓦時的電力.
氫燃料電池,成為微生物能源的又一種電能形式.利用一種產生氫氣能力強的細菌,在容積為10升的發(fā)酵裝置中,每小時所產生的近20升氫氣,足以維持3.1~3.5伏燃料電池的工作.科學日新月異的21世紀,有機廢水的處理也與微生物電池發(fā)生了密切關系.在利用微生物處理有機廢水時,在使廢水無害化的同時,可以把微生物的代謝產物做微生物電池的活性物質,從而獲得電能,從這個角度上,微生物做為同時解決公害和能源問題的一種手段,已引起人們的廣泛注意.盡管微生物電池的研制尚處在萌芽狀態(tài),使用也還只限于一定范圍,但是到21世紀的某一天,微生物電池就能夠帶動著馬達飛轉,為人類創(chuàng)造更多的物質財富.
向污泥要能源:城市下水道污泥中富含有機物質,其中蘊藏著可觀的能量.不少國家已開始利用厭氧細菌將下水道污泥“消化”,然后收集其中產生的沼氣作為熱源,并將下水道污泥制成固體燃料.
關于下水道污泥作為固體燃料的開發(fā)與實用化研究方面,歐洲國家居領先地位.日本東京都能源局利用下水道污泥作為燃料發(fā)電的試驗也已獲成功.日本能源科學家還將下水道污泥利用多級蒸發(fā)法制成固狀物,所得燃料的發(fā)熱量為16 000~18 000 kJ/kg,與煤差不多.
德國的一家化學公司將工廠下水道排放的廢水(其中含10%的普通生活污水)進行處理,所得活性污泥作為燃料,他們在下水道污水中加入有機凝集劑,再用電力脫水機脫去部分水分,加入一定比例的粉煤,最后利用壓濾機榨干水分,用這種方法制成的燃料發(fā)熱量大約是9 200~1 000 kJ/kg,并且將其干燥、粉碎后并不影響其燃燒性能.
從下水道污泥中挖掘潛在能源,不僅開辟了能源新途徑,還可以根本上解決城市下水道污泥污染問題.對改善城市地下水水質有著至關重要的作用.環(huán)境科學家有必要重新估計下水道污泥的作用和利用價值,進一步研究下水道污水處理以及下水道水系的設計.
目前,世界上許多國家正在研究,能否建立一個從污水處理到能源、環(huán)保方面的綜合管理體系,以便一勞永逸地解決下水道污水的去向問題.
摘自《能源趣覽》
閱讀完以上文章后回答:
(1)文中介紹了哪幾種新的能源利用方式?分別是什么?
(2)利用積雪和下雨發(fā)電的工作原理分別是什么?
(3)結合你在日常生活中對能源的利用,談談你對節(jié)約能源的看法.
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