1

綠色科技與發展實習專題

1

2

一. 專題主題

二. 專題背景與問題動機

三. 問題意識與目的

四. 綠色能源探討:水力發電、潮汐能、波浪、 太陽能和氫氣

五. 結語

2

專題主題:綠色能源-點水成金

組員:

化學三 羅志正 95133047

化學三 吳元傑 95133023

化學三 蘇君益 95133027

指導教授：王志傑 教授

4

二.專題背景與問題動機:

近年來，全球汙染的問題、全球暖化的問題、能源危機…等等的問題越來越嚴重，使得我們必須在環保問題上更用心，現在又因世界最主要的能源:石油，被報出可能快要用完的事件，再加上石油造成的汙染問題，讓我們開始動手去尋找沒有汙染又有實際效益的替代能源，而這時候，我們將目標放在了一個最容易得到的東西-氫，因為氫氣可以用來當作燃燒的能源，而且被燃燒過後，其產生的東西是我們日常生活中的水，根本沒有任何汙染的問題，所以我們也對氫氣產生了很大的興趣，想去探討它的特性，它到底該如何利用一些方法製造出來，如何保存它，最後將它拿去應用，這些都將是我們之後要慢慢去研究的主題。

4

5

三.問題意識與目的:

在石油日漸不足且石油工業對世界造成各種污染傷害時，各國都在尋找不同的新替代能源而發現了-氫這種無污染能源，但是儲存不易且具危險性，各國還是不斷的找尋方法來有效利用此能源，我們將了解氫氣的製造與儲存，如何成為主流燃料的探討，世界各國如何有效使用這種無污染燃料,且平民化的使用。

5

6

四.綠色能源探討: 水力發電

水力是天然循環的豐富資源，如果能善加運用，對人類造福無窮。且水對農業、工業生產及人民生活都有密切的關係。

水力發電基本原理：利用水位的落差,配合水輪發電機產生電力,也就是利用水的位能轉為水輪的機械能, 再以機械能推動發電機,而得到電力。以水位落差的天然條件,有效的利用流力工程及機械物理等,精密搭配以達到最高的發電量, 可供給廉價又無污染的電力。

6

7

水力發電的方式：水壩式

7

8

水力發電的方式：抽蓄式

8

9

缺點 ：1.發電量比核能、火力小。2.造水壩工程浩大，費用又高。3.水壩偏遠，輸電路途遙遠，所花人力材料較多，費用也較高。4.受地域限制，適合地點有限5.破壞環境，改變自然水文。

優點 :1.不會造成空氣汙染。2.可以把用過的水抽過來再用。3.可以節省非再生資源(例如化石燃料)。

9

水力發電的優缺點

1010

台灣目前水力發電現況

台灣地區雨量充沛，河川坡地陡峻，水力資源豐富，水力發電曾為台灣光復初期發電系統之主力。依據95年統計資料，台灣地區水力發電廠裝置容量4,511,650 仟瓦，佔全系統裝置容量之12%。但受限於天然河川流量之限制，發電量僅佔全系統之4.1%。而目前共11座水力發電廠。

1111

綠色能源探討: 潮汐能源

潮汐能的形成:潮汐能是月亮和太陽對地球的引力以及地球自轉所致。。

12

潮汐發電示意圖

• 漲潮時海水湧入水壩內。

• 退潮時可以放出海水。

• 利用水的衝力來帶動發電機。

12

13

潮汐發電的優缺點

優點減少溫室效應

用之不竭

成本低

缺點改變當地水文及生態

裝置昂貴

受地域限制，適合地點有限

發電量不穩定

13

14

綠色能源探討: 波浪發電

利用波浪來發電的Pelamis

14

15

波浪發電原理

利用波的傳導，將液體壓過發電渦輪，再將電力傳回陸地。

15

16

波浪發電的優缺點

優點

一具Pelamis可滿足500個家庭所需。

環保、無污染。

發電成本低廉。

安裝、維修方便。

缺點

波浪之不穩定性。

發電設備需固定於海床上，承受海水之腐蝕。

浪潮侵襲破壞。

效率不夠顯著。

施工及維修成本過高等問題。

16

17

綠色能源探討:氫氣(Hydrogen)

氫氣本身並不視為能源，氫只能視為能量的載體，所謂氫能源代表的便是以氫氣為載體的能量表現。

氫氣(H2)可以從水得來,地球的水是隨手可得的，水占地球表面71％。除空氣中含有氫氣外， 它主要以化合物的形態儲存於水中。

根據推算，海水中的氫全部提取出來，它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還要大9000倍。

17

18

氫氣(Hydrogen)的優點

氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142,351kJ/kg，是汽油發熱值的3倍。

氫的燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃範圍，而且燃點高，燃燒速度快。

利用形式多:通過燃燒產生熱能，又可以作為能源材料用於燃料電池。

可以依不同型態來貯運。

18

19

燃料電池 (Fuel cell )

At the anode:

H2 + 2OH- = 2H2O + 2e

-

At the cathode:

1/2O2 + H2O + 2e- = 2OH-

Overall reaction:

H2 + 1/2O2 = H2O

20

製造方法

化石原料產製氫氣

(1)蒸氣重組法(steam reforming)

(2)水煤氣法(coal gasification)

非化石原料製氫法

(1)水電解法(water splitting by electrolysis)(2)水光電解法(photoelectrochemical water splitting)

21

(1)蒸氣重組法(steam reforming)

利用蒸氣與低碳素的石化原料(常用的是甲烷)反應

CH4+H2O→3H2+CO

水-氣轉化反應：CO+H2O→H2+CO2

總反應：CH4+2H2O+熱→4H2+CO2

22

太陽能與氫氣能源的搭配

光電化學電池分解水製氫：利用太陽光照射到半導體氧化鈦表面時，在氧化鈦上產生的電流會使水分解，產生氫氣，效率已達12％。

2323

24

儲存

150個大氣壓，40公升的鋼瓶，才能容0.5 千克的氫。

將氫氣冷卻液化儲存，液化氫體積密度可達長壓氣態氫時的845倍，約0.0708公斤/公升，而液態氫則須要維持-253℃以下。

25

氫氣的儲存方式

(1)用海綿狀的吸氫的金屬將氫儲存起來，使用時吸氫金屬將氫放出。這種方法既減輕重量，便於攜帶，又可儲存較多的氫。

26

氫氣的儲存方式

(2)利用某些金屬氫化物（例如palladium）可以隨溫度變化的特點來儲存和放出壓力就由1.9 個大氣壓急劇升高到870 個大氣壓。

27

氫氣的優缺點：

優點

在氫氣轉換成電能的過程中，工作溫度低、噪音低，唯一排放的是純淨水，真正實現二氧化碳零排放，徹底解決「能源」與「環保」兩大難題，對於人類社會永續發展有重要意義。

缺點

用煤、石油和天然氣等燃燒所產生的熱或所轉換成的電來分解水製氫，那顯然是划不來的。

氫氣在空氣中的最低爆炸濃度為 4% ，室內日光燈的啟動也可引爆滯留在天花板附近外洩的氫氣。

儲存氫氣不易。27

28

將儲存在氫氣中的能量不通過燃燒直接轉化成電能，電能轉換效率高達 80%以上。

28

29

這台是BMW最初氫氣燃料車的原型。

29

30

2004年的可達時速300公里的，氫氣燃料車。

30

31

ＢＭＷ公司於去年六月推出四部氫燃料車，其最大馬力為150馬力、時速為210公里。

比起汽油的210馬力、240時速亦不遜色太多。燃料桶內加滿氫燃料後可以跑400公里，約只有汽油車的一半。

上圖:是能以汽油/氫燃料雙模式運轉的V12引擎與巨大的儲氫槽，是BMW累積近30年研發的最新成果。

31

32

結語

當我們踏入21世紀的今天，能源和環境對人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環境的呼聲越來越高。世界各國政府和大財團公司都不惜重金投入開發新能源，而氫能作為一種清潔、高效、無污染的可再生能源，被視為本世紀最具發展潛力的能源，無疑是我們的最佳選擇。由於氫氣燃燒後的產物是水而已，不會像汽油會柴油燃燒後所產生的排氣會排出導致地球暖化的碳氧化合物，所以不論在環保或能源的應用下，氫已經變成未來的重要能源，希望能替代掉石油，成為發電與燃料的主力能源。

報告結束