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天津市民族中学开展学校科普日活动，旨在大力弘扬教育家精神，实施“双驱引领”下的科学教育。通过广泛传播科学知识、弘扬科学精神，激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣，营造讲科学、爱科学、学科学、用科学的氛围。
学校将在科普日面向全校师生推广科普知识。学生和家长通过关注学校微信公众号，可以了解学校在每期科普日推送的科普内容或活动。在后续的科普日活动中，学校还将组织学生开展现场活动，助力学生科学思维的发展和科学探究能力的提升。
本期科普日由学校化学学科孙颖老师讲述化石能源和新能源。
化石能源
人类对化石能源的使用已有数百年的历史，这些能源主要包括煤、石油和天然气。化石能源是全球能源消费的主要来源，尤其在工业化国家中占据主导地位。然而，这些能源的使用也伴随着环境污染和气候变化的问题。随着全球对可持续能源的需求增加，人们开始寻求更加清洁和可再生的能源替代品。
煤炭加工场
输油管道
煤炭和石油的燃烧过程是一种化学反应，可以用化学方程式表述。煤炭主要成分是碳，加氧燃烧后就变成了二氧化碳；石油的主要成分是碳氢化合物，燃烧后主要生成二氧化碳和水。
不管是煤炭还是石油，这些化学反应后的总质量是平衡的，但是温室气体的最大元凶二氧化碳会越来越多，由此地球的温室气体和环境气候会发生恶化，将严重影响生态和人类的可持续发展，这就是全世界正在节能减排，尽量减少化石能源消耗的根本原因。
当然，上述煤炭和石油燃烧化学方程式只是理想型的一种表述。煤炭和石油本身是一种复杂化学物，除了主要成分，还有一些复杂的其他成分，因此燃烧过程也没有那么单纯。但不管怎么复杂，只不过增加一些杂质或者说其他化学成分而已，比如煤燃烧后会还会产生二氧化硫、灰分等，而石油本身成分就更复杂了。石油是一种粘稠深褐色物体，通过提炼，将里面的杂质和各种不同成分分离出来，才能够运用到社会生产生活中。石油提炼得到的产品依次大致为：沥青-石蜡-重油-柴油-煤油-汽油-石油气-塑料等。
新能源——氢燃料
新能源技术的进步，如太阳能、风能和地热能等，正在逐步取代传统的化石能源，以减少温室气体的排放和环境污染。这些新能源不仅有助于实现碳达峰和碳中和的目标，还促进了生态保护和修复。以氢燃料为例，其燃烧过程不产生二氧化碳，是一种极具潜力的清洁能源。那么，氢燃料是如何实现这一环保目标的？为什么直到现在才开始广泛使用？这些问题都值得我们深入探讨。
光伏
风力发电
加氢站
氢，作为化学元素，其符号为H。它是最轻的元素，也是宇宙中最丰富的元素，大约占宇宙质量的75%。在地球上，氢主要以化合物的形式存在，与煤、石油、天然气等传统化石能源不同，它不能直接从自然界获取。尽管如此，氢能因其高热值（120.0MJ/kg）和高能量密度，以及多样化的存储形式，使其成为理想的能源载体，可以与太阳能、风能等可再生能源相结合。
氢作为燃料的最大优势在于其燃烧产物仅为水，不产生二氧化碳，因此可以实现真正的零碳排放。这一点在环保方面具有重大意义，使氢能成为21世纪最具发展潜力的绿色二次能源。据国际氢能委员会预测，到2050年，氢能将满足全球18%的能源终端需求，并创造超过2.5万亿美元的市场价值，这充分显示了氢能的重要性。
然而，氢能的开发和利用面临着诸多挑战。氢能的生产、储存和使用是一个复杂的系统，包括制取、储运和终端使用三个环节。每个环节都需要技术突破和创新，以克服现有的技术壁垒。虽然氢能是一种绿色能源，但其制取过程并非完全无碳排放。根据制取方式的不同，氢能可以分为灰氢、蓝氢和绿氢三种。
灰氢是通过化石燃料燃烧产生的，这一过程会产生二氧化碳。尽管灰氢的生产成本较低，技术相对简单，但目前市面上绝大多数氢气是灰氢，约占全球氢气产量的95%。
蓝氢则是通过天然气制氢，并结合碳捕捉、利用与封存（CCUS）技术，以实现低碳排放。这种方法在减少温室气体排放方面取得了一定的成效。
绿氢是通过可再生能源，如太阳能、风能、核能等，制造的氢气，例如通过电解水制氢。这一过程完全不产生碳排放，是制氢的终极目标。但由于技术限制和成本问题，绿氢的大规模应用还需要时间。
氢气的易燃易爆特性，以及其与钢材发生“氢脆”现象的可能性，使得氢能的储运面临挑战。氢能的运输方式根据储氢状态和运输量的不同而有所调整，主要包括气氢、液氢和固氢输送三种方式。随着对氢制取和储存的深入了解，氢能的利用也逐渐成为科学家研究的重点。氢燃料电池是目前氢能较为常见的终端应用之一。自20世纪60年代以来，氢燃料电池已被应用于航空航天领域。
随着技术的进步和成本的降低，氢燃料电池的应用范围不断扩大，现已涵盖发电、汽车、船舶和无人机等多个领域。
新能源汽车
我国新能源产业的发展
在绿色发展理念的引领下，中国新能源产业经过多年的自主创新、供应链整合和生产成本控制，已经成长为一个技术先进的新兴产业。这一产业不仅形成了规模优势、成本优势，还建立了一个相对完整的供应链体系。中国的新能源产品凭借其强大的市场竞争力，已经成为市场的新热点和外贸的新宠儿，为经济增长注入了新的动力。
在全球范围内，随着对低碳生产和生活方式的追求，高技术、高附加值、节能环保的绿色产业正在蓬勃发展。中国的新能源产业不仅满足了国内市场的需求，还对全球市场产生了积极的影响。目前，世界各国的能源结构仍然以化石能源为主，由于化石能源的地理分布和储量的差异，许多国家长期依赖进口。发展中国家由于工业化水平、研发投入和技术水平的限制，以及自然禀赋的差异，在能源产品的生产、消费和能源结构优化方面相对落后。中国的新能源产业拥有技术和能力，可以帮助这些国家优化其产业和能源结构，避免传统工业化发展过程中对环境的破坏，减少生产和生活成本，实现绿色发展和可持续发展的跨越。
对于发达国家而言，随着工业化进程的深入，能源结构的升级优化和生态环境保护变得越来越重要。一些国家在战略引导和政策支持下，已经在新能源领域积累了先进的技术和技术储备。然而，这些国家在原材料、供应链、生产成本、研发投入和利润率等方面并没有明显优势。发达国家在新能源领域的巨大市场需求无法完全自给自足，这为中国的新能源产业在全球市场上提供了广阔的应用空间和巨大的市场潜力。中国的新能源产业不仅能够满足国内的需求，还能在全球范围内提供解决方案，推动全球能源结构的转型和环境保护的进程。
参考资料：学习强国
科普知识问答
化石能源主要包括哪些？
01
02
化石能源的使用过程中会新增大量温室气体，造成温室效应的气体是什么？
新能源是相对于传统化石能源而言，已经开发但尚未大规模使用的能源。包括 、 、 、 等（写出四种即可）。
03
04
为什么说氢燃料是清洁能源？
为了实现碳达峰的目标，以下哪种措施在化学层面上是有效的？
A.加大煤炭的开采和使用量，以满足不断增长的能源需求。
B.推广使用电动汽车，减少燃油车的数量，以降低交通领域的碳排放。
C.增加塑料产品的生产和使用，以满足市场对塑料制品的需求。
D.提高化肥的生产效率，以增加农作物的产量。
05
加强科学教育 提升科学素养
撰稿人：孙颖
核稿人：沈建伟 关雪岩 傅钧
排版制作：魏佳
领导审核：刘芃 刘和葵
