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有統(tǒng)計(jì)顯示,我國所蘊(yùn)藏的生物質(zhì)能資源達(dá)到近年能源年消耗總量(13億噸標(biāo)準(zhǔn)煤)的一半,而太陽能資源更是能源年消耗總量的2000倍。在傳統(tǒng)能源日趨匱乏的今天,新能源對(duì)于保障能源安全的作用不可忽視。 <BR><BR> 眾所周知,能源是人類賴以生存、發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。保障能源安全,已成為世界各國政府的重要目標(biāo)。能源的發(fā)展不但要保證量的需要,而且必須滿足可持續(xù)發(fā)展對(duì)質(zhì)的要求。利用太陽能分解水和生物質(zhì)制氫,可以將能量密度低、分散性強(qiáng)、不穩(wěn)定、不連續(xù)、隨時(shí)間、季節(jié)以及氣候變化的可再生能源轉(zhuǎn)化為能量密度高、可儲(chǔ)存、可運(yùn)輸、無污染的氫能,是最具發(fā)展前途的可再生能源利用途徑之一,也是當(dāng)前能源科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)研究國際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一,對(duì)解決能源緊缺、減小環(huán)境污染壓力具有重大意義。 <BR><BR> 據(jù)統(tǒng)計(jì),我國太陽能和生物質(zhì)能的資源量分別約為近年能源年消耗總量的2000倍和0.5倍,開發(fā)潛力巨大。但截至目前,我國仍缺乏高效低成本大規(guī)模利用可再生能源的有效手段,大多數(shù)可再生能源利用技術(shù)仍處于初始發(fā)展階段,工藝水平落后、生產(chǎn)規(guī)模小、成本高,尚不能與常規(guī)能源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。 <BR><BR> 相對(duì)于化石能源而言,多數(shù)可再生能源能量密度低、分散性強(qiáng)、不穩(wěn)定、不連續(xù),隨時(shí)間、季節(jié)以及氣候等變化,造成現(xiàn)有可再生能源利用技術(shù)的成本高、效率低,大規(guī)模推廣應(yīng)用困難。為使太陽能能夠連續(xù)、穩(wěn)定地輸出并最終可以獨(dú)立地同常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng),必須很好地解決蓄能問題。 <BR><BR> 氫具有能量密度高、無污染、可儲(chǔ)存、可運(yùn)輸?shù)纫幌盗袃?yōu)點(diǎn)。隨著燃料電池技術(shù)的迅猛發(fā)展,氫作為首選燃料顯得越來越重要。地球上自然存在的單質(zhì)氫很少,氫多以化合態(tài)存在,最常見的形式是水和有機(jī)物(如石油、天然氣、煤炭及生物質(zhì)等)。制氫就是從各種氫的化合物中提取單質(zhì)氫的過程,這一過程需要耗費(fèi)能源,這些能源既可是化石能源,也可是核能和各種可再生能源。目前相當(dāng)一部分工業(yè)用氫來源于天然氣、石油和煤等化石能源,雖然化石能源制氫的生產(chǎn)技術(shù)與工藝成熟,但由于資源有限、不可再生,且在生產(chǎn)過程中排放大量CO2,因而只能作為過渡性的制氫技術(shù)。 <BR><BR> 目前將氫作為能源載體或燃料使用仍過于昂貴。與化石能源制氫相比,目前可再生能源制氫技術(shù)還不成熟,經(jīng)濟(jì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。國際上許多大型氫能研究計(jì)劃都把利用可再生能源生產(chǎn)廉價(jià)氫作為重要目標(biāo)。如國際能源署(IEA)1977年啟動(dòng)“氫能生產(chǎn)及利用協(xié)定”,將氫能的研究推向國際化,其戰(zhàn)略目標(biāo)是在21世紀(jì)開創(chuàng)“氫能經(jīng)濟(jì)新時(shí)代”,日本政府的“新日光計(jì)劃”、世界能源網(wǎng)計(jì)劃“WE-Net”等將高效光解水制氫技術(shù)、儲(chǔ)氫和氫燃料電池發(fā)電技術(shù)等作為主要研究課題,計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的氫能生產(chǎn)和利用。 <BR><BR> 直接利用太陽能分解水制氫是最具吸引力的可再生能源制氫途徑,也是全世界科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。長期以來,困擾太陽能光解水制氫研究的主要問題,在于人們所發(fā)現(xiàn)和研制的光催化劑大多僅在紫外光區(qū)(波長小于400NM)穩(wěn)定有效,而紫外光僅占太陽光總能譜的不足5‰,能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低,而且?guī)缀醵即嬖诠飧g現(xiàn)象,需使用犧牲劑進(jìn)行抑制,能量轉(zhuǎn)化效率低。同時(shí)缺乏能夠使光生電荷與空穴有效分離,并阻止產(chǎn)出的氫氣和氧氣重新結(jié)合等逆反應(yīng)發(fā)生的合適的光催化體系。因此尋找和制備高效穩(wěn)定低成本的可見光催化劑以及構(gòu)建有效的光解水制氫體系成為太陽能光解水制氫技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。 <BR><BR> 利用太陽能規(guī)模制氫從能源、材料、化學(xué)、生物等學(xué)科領(lǐng)域綜合滲透與交叉的角度出發(fā),將重點(diǎn)進(jìn)行太陽能光解水、太陽能熱解水和生物質(zhì)制氫兩類可再生能源制氫的基礎(chǔ)理論研究,致力于建立大規(guī)模高效低成本制氫的理論與技術(shù)體系,形成一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)成果,帶動(dòng)和促進(jìn)能源、材料、化工、生物等學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為我國能源可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)理論和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。