未來能源與生活

萬物生存離不開能源。植物將太陽能轉化為化學能維持生命；動物通過食用其他動植物獲取化學能延續(xù)生命；而人類除了生存，還有更多的生活需求，不論是工業(yè)生產，還是交通出行，亦或是休閑娛樂，一切都離不開“能源”。

經(jīng)濟社會的運行，一天都離不開能源，我們的生活也一天都離不開能源。可以說能源為人類創(chuàng)造了多姿多彩的生活。未來能源還會有怎樣的變化？又會對我們的生活產生怎樣的影響？就讓我們一起搭乘這趟“能源”驅動的列車，一起探索未來的無限可能吧！

能源進化史

雖然我們的一切活動都離不開能源，但你知道能源是什么嗎？能源就是指能夠提供某種形式能量的物質，或是物質的運動。

最初的人類發(fā)現(xiàn)并學會了利用火?；穑褪且环N能源，也是人類最先掌握的一種能量形式。人類由此告別了黑暗的生活和生冷的食物，提高了生存概率，加快了文明發(fā)展的進程，開始了對于能源的探索。在火之后，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木炭、煤、石油、天然氣等，這些能源的廣泛使用，先后推動了第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命，使人類社會從農耕文明邁向工業(yè)文明。

當今世界，化石能源的大量使用，也帶來了一系列環(huán)境、生態(tài)和全球氣候變化問題，各國紛紛行動起來，依靠科技大力發(fā)展太陽能、風能、核能、生物質能、地熱能、海洋能等新能源，為解決目前面臨的能源危機和環(huán)境惡化問題貢獻自己的一份力。

相互作用，相互制約

發(fā)展經(jīng)濟需要能源與環(huán)境的支持，但消耗大量的能源必然會對自然環(huán)境產生影響，二者是相互作用、相互制約的關系，而如何讓能源與環(huán)境協(xié)同發(fā)展成為當今世界的重要議題之一。

邁入中國科學技術館“挑戰(zhàn)與未來”展區(qū)“同構能源格局”展廳，先映入眼簾的就是一件展示能源與環(huán)境二者關系的圓球狀的展品——能源與環(huán)境。

展品檔案

展品名稱：能源與環(huán)境

展品介紹：展品通過可視化大數(shù)據(jù)、飛屏互動、智能語音講解等形式，展示了能源與環(huán)境未能協(xié)同發(fā)展而造成的各種問題，如：不合理的能源開采與濫用造成的環(huán)境污染、生態(tài)破壞，從而引發(fā)全球氣候變暖，進而帶來全球降水量重新分配、冰川和凍土消融、海平面上升等環(huán)境問題；過度開采造成的能源短缺問題。介紹了國際能源結構現(xiàn)狀、資源分布、新能源發(fā)展和利用情況，各國利用科技手段監(jiān)測碳排放量、生產生活大數(shù)據(jù)信息等內容。這件展品讓參觀者能夠深刻認識到走低碳發(fā)展之路的必要性。

在面對不斷出現(xiàn)的異常氣候問題，世界各國制定了不同的能源戰(zhàn)略，頒布了更加積極的低碳政策，尋找低成本清潔能源替代方案，努力推動經(jīng)濟綠色低碳轉型。在科技進步和環(huán)境需求的共同驅動下，世界能源結構正在向更清潔、更低碳的方向轉型。

中國不斷在創(chuàng)新

在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的中國，能源的生產和利用方式也已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，目前基本形成了煤、油、氣、電、核、新能源和可再生能源多輪驅動的能源生產體系。

繼續(xù)深入“同構能源格局”展廳，五花八門的展品向參觀者展現(xiàn)了中國將清潔低碳作為未來發(fā)展方向，研發(fā)的各項清潔低碳的能源生產方式和節(jié)能高效的能源消費方式等領域的科技創(chuàng)新成果。

煤的高效清潔利用

煤是深埋在地下的遠古植物的遺骸，在地殼隔絕空氣的的條件下經(jīng)過壓力和溫度的作用，產生的碳化化石礦物。

從古至今，煤都是重要的能源。而中國是世界上最早認識和使用煤的國家，既是世界第一產煤大國，也是煤炭消費的大國。對于煤的高效清潔利用，中國的科學家早就做了深入的實驗研究。

在展廳中就有一件展示了清潔用煤的展品——潔凈煤技術。

這件展品選取了三個不同階段的用煤方法，用多媒體交互方式展現(xiàn)給參觀者：

1.煤燃燒前，參觀者通過推桿選擇分離煤和矸石的介質密度，經(jīng)由多媒體演示煤和矸石在介質中的漂浮高度，了解重介質選煤法的基本原理；

2.煤燃燒中，參觀者通過觸摸屏進行脫硫游戲，首先選擇加入燃燒爐中脫硫劑的量，待脫硫劑燃燒分解之后，出現(xiàn)可以和硫氧化物合成固態(tài)的氧化物，參觀者在規(guī)定時間內通過不斷拖動氧化物與隨機產生的氧化物結合成灰排出，完成脫硫；

3.煤燃燒后，參觀者通過選擇不同潔凈煙氣的技術搭配，完成煙氣的凈化，經(jīng)由多媒體展示處理后的煙氣排放到空氣中可能引發(fā)的后果，如酸雨、光化學煙霧等污染天氣，從而幫助參觀者了解煤對環(huán)境的影響，以及清潔用煤的重要性。

展品檔案

展品名稱：潔凈煤技術

展品介紹：在用煤的三個階段中，分別采用了3種不同的技術：重介質選煤法，流化床燃燒脫硫技術，活性炭聯(lián)合脫硫、脫硝技術。

1.重介質選煤法是用密度介于煤與矸石之間的液體作為介質進行分選的方法。其基本原理是阿基米德原理，如果顆粒的密度大于懸浮液密度，則顆粒下沉；小于懸浮液密度時，顆粒上浮；等于懸浮液密度時，顆粒處于懸浮狀態(tài)。所以，密度低于介質的凈煤漂浮，而密度高于介質的矸石或中煤則下沉，然后就可以分別收集歸入不同的產品。

2.流化床燃燒脫硫技術是把煤和吸附劑加入燃燒室的床層中，從爐底鼓風使床層懸浮進行流化燃燒，形成了湍流混合條件，延長了停留時間，從而提高了燃燒效率。其反應過程是煤中硫燃燒生成二氧化硫，同時石灰石煅燒分解為多孔狀氧化鈣，二氧化硫到達吸附劑表面并反應，從而達到脫硫效果。

3.活性炭聯(lián)合脫硫、脫硝技術主要由吸附、解吸與硫回收三部分組成。由于活性炭可以直接吸收煙氣中的二氧化硫，而脫除煙氣中的氮氧化合物則需要噴氨，氨對二氧化硫同樣也有脫除作用。因此，二氧化硫脫除反應需在噴氨脫除氮氧化合物之前。所以，吸附器內分為上下兩級炭床，活性炭在重力作用下，從第二級的頂部下降至第一級的底部，煙氣自下而上流過吸附器的一級和二級炭床。

小巧耐用的發(fā)電裝置

電能的廣泛應用極大地推動了社會生產力的發(fā)展，改變了人類的社會生活方式。但人類最初對于電的認知主要是雷電和靜電，然而這些電在當時科技的限制下都不具備可利用性，人類真正用上電是從十九世紀意大利科學家伏打制作出了能夠穩(wěn)定輸出電能的電池開始的。

在科技飛速發(fā)展的當下，電池家族也不斷壯大，有將物質的化學能通過化學反應轉化為電能的化學電池；有在一定條件下實現(xiàn)能量直接轉換的物理電池；更有將生物質能直接轉化為電能的生物電池等。

在展廳的角落就有一件名為“電池家族”的展品，它由新能源汽車剖面模型、顯示屏、6種電池模型（磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、三元材料電池、固態(tài)電池、石墨烯電池、氫燃料電池）、充電樁、燈帶等組成。參觀者可以通過操作，對比不同儲能電池的特性和優(yōu)缺點，從而了解固態(tài)電池是未來新動力儲能電池的發(fā)展方向。

展品檔案

展品名稱：電池家族

展品介紹：固態(tài)電池使用固體電解質替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜。固態(tài)電池耐高溫，耐擠壓、針刺，同時無腐蝕性，不易揮發(fā)，極大降低了電池熱失控風險，電池自燃或者爆炸的概率顯著減小，這些都使得固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池擁有更豐富的應用場景，尤其在新能源汽車行業(yè)，固態(tài)電池成為主流。

硬“核”發(fā)展之路

很多人往往談“核”色變，這是因為歷史上關于“核”的殘酷教訓仍歷歷在目，甚至在今年，與“核”相關的負面事件仍頻頻出現(xiàn)，歐洲最大核電站扎波羅熱核電站在俄烏沖突中遇襲，日本東京電力公司核污染水排?！豢煞裾J的是核能作為一種清潔、經(jīng)濟、可靠的能源，能夠在生產大量電力的同時不影響全球氣候，達成碳中和目標。

近年來，中國對核電安全的標準不斷提高，同時致力于更安全的核電技術研發(fā)。具有完全自主知識產權的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果“華龍一號”就是中國核電走向世界的“國家名片”。它在總結前人經(jīng)驗的基礎上，以“177堆芯布置”和“能動與非能動相結合”為主要技術特征，充分保證了電廠安全性、經(jīng)濟性和先進性。

展廳中的展品“華龍一號”則真實模擬了其工作的步驟。參觀者通過觀看鑲嵌在反應堆內的回路、堆腔注水、交換器、壓力容器的LED屏幕，操作4個展臺上的按鈕或者推桿，分別啟動相應的工作步驟，可以親自體驗“華龍一號”是如何工作的。

展品檔案

展品名稱：永續(xù)動力一核聚變

展品介紹：核聚變，又稱核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應。核是指由質量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓）讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質量更大的原子核（如氦），中子雖然質量比較大，但是由于中子不帶電，也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來的就是巨大的能量釋放?？茖W家正在努力研究可控核聚變，核聚變可能成為未來的能量來源。