隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，能源的問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。目前，全世界的能源仍以煤、石油和天然氣等化石燃料為主。這些化石燃料儲(chǔ)量有限，同時(shí)它們又是極其寶貴的化工原料，可以從中提煉和加工出各種化學(xué)纖維、塑料、橡膠和化肥等化工產(chǎn)品。將這樣重要的化工原料作為能源來(lái)使用實(shí)在可惜。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和人類(lèi)生活水平的提高，世界能源的消耗量愈來(lái)愈大。據(jù)估計(jì)，全世界石油、天然氣和煤的儲(chǔ)量最多只能供給人類(lèi)使用一、二百年。因此，擺在人類(lèi)面前的一項(xiàng)緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)就是探索新能源。目前研究開(kāi)發(fā)的新能源主要有以下幾種：
1．地?zé)崮芘c潮汐能
可利用的地?zé)豳Y源是地下熱水、地?zé)嵴魵夂蜔釒r層。地下熱水層一般在地下兩千多米深處，溫度80℃左右。將地下熱水降低壓力使之變成蒸氣(在47.34 kPa時(shí)水80℃沸騰)，可推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
潮汐能利用的是海水漲落造成的水位差。此種能量可以作為動(dòng)力來(lái)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。地球上潮汐漲落中蘊(yùn)藏的能量是巨大的，但建造大規(guī)模的潮汐電站技術(shù)上有很多困難，成本也較高。
2．太陽(yáng)能
太陽(yáng)每年輻射到地球表面的能量約為5×1022J，相當(dāng)于目前世界能量消耗的1.3萬(wàn)倍，可以說(shuō)太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的無(wú)污染的理想能源。因此，太陽(yáng)能的收集利用是當(dāng)代科學(xué)家十分感興趣的問(wèn)題。
目前太陽(yáng)能利用主要有三種形式。一種是直接利用太陽(yáng)輻射熱，建成太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)房(用于采暖)和塑料大棚等，或利用太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電。太陽(yáng)能電站是利用集熱器吸收太陽(yáng)輻射的熱量，其蓄熱材料(液態(tài)金屬)溫度可高達(dá)1000℃左右。所吸收的熱量通過(guò)熱交換器將水變成水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這種轉(zhuǎn)換方式稱(chēng)之為光-熱轉(zhuǎn)換。第二種是光-電轉(zhuǎn)換，即利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能。太陽(yáng)能電池種類(lèi)較多，主要有單晶硅電池、砷化鎵電池、磷化銦電池和多晶硅電池等。目前太陽(yáng)能電池效率還比較低，成本也比較高。它主要用于人造衛(wèi)星等宇宙飛行器作為各種儀器設(shè)備的動(dòng)力。第三種是光-化學(xué)轉(zhuǎn)換，即將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。綠色植物的光合作用就是光-化學(xué)轉(zhuǎn)換，但它還不能完全受人控制。因此，研究各種完全可控的光-化學(xué)轉(zhuǎn)換方法也是當(dāng)今世界重大的研究課題之一。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能輻射到某一光化學(xué)反應(yīng)體系后，能形成動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定的光產(chǎn)物，使光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存起來(lái)。另外，在催化劑存在時(shí)，由太陽(yáng)光直接分解水而制得氫和氧的方法也是太陽(yáng)能利用較有發(fā)展前途的一條途徑。發(fā)展氫能具有獨(dú)特的優(yōu)越性。首先，氫的原料是水，資源豐富。另外氫燃燒后的熱值較高，1g氫燃燒后可放出143 kJ的熱量，而1g煤燃燒只有31～32kJ，1g汽油燃燒也只有48kJ。還有氫燃燒生成水，它來(lái)源于水又還原于水，是順應(yīng)自然的一種循環(huán)，不會(huì)打亂自然界的平衡。又因燃燒產(chǎn)物無(wú)煙塵以及其它污染物，所以氫能又是無(wú)污染的清潔能源。
雖然，地球接受太陽(yáng)的總能量很大，但是由于其能量密度很低，取得單位能量的一次投資大，能量轉(zhuǎn)換效率有待提高。
3．核能
原子核裂變和聚變時(shí)都放出巨大的能量。原子核能是一種比較理想的能源。
(1)核裂變能
裂變是較重的原子核在足夠能量的中子轟擊下分裂成較輕原子核的過(guò)程。當(dāng)235U原子核發(fā)生裂變時(shí)，分裂成兩個(gè)不相等的碎片和若干個(gè)中子。裂變過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂變產(chǎn)物有35種元素，放射性核素有200種以上。下面是235U裂變中的一種方式：
能夠進(jìn)行裂變反應(yīng)的還有239Pu。
我們知道，1kg煤燃燒時(shí)放出的熱量約為3×107J，1kg汽油燃燒時(shí)放出的熱量約為4.8×107J，而1kg235U裂變時(shí)放出的能量達(dá)8.32×1013J，約相當(dāng)于2800t煤或1700t汽油。
自前蘇聯(lián)1954年建成第一座核電站(反應(yīng)堆功率5000kW)以來(lái)，目前世界上已建成四百多座核裂變電站(每年可減少CO2排放量約為1.5×109t)。核電發(fā)展之所以這么迅速，除了因?yàn)榛剂腺Y源有限以外，還
排放出大量硫、氮的氧化物污染環(huán)境；核電廠排出的廢氣中所含的放射性比燒煤的火電廠少得多，核電廠運(yùn)行的安全性也比較好。
我國(guó)對(duì)發(fā)展核電非常重視，在浙江秦山地區(qū)自行設(shè)計(jì)、建造的第一座30萬(wàn)kW壓水堆核電站，廣東大亞灣地區(qū)引進(jìn)的兩套90萬(wàn)kW的核電機(jī)組均已投入運(yùn)行。秦山二期工程、大亞灣二期工程及其它地區(qū)核電站均在籌建之中。
由于重原子核裂變時(shí)產(chǎn)生放射性廢物處理比較困難，主要燃料鈾的儲(chǔ)量也不豐富，開(kāi)采和提煉又十分困難。因此，原子核裂變能還不是人類(lèi)最理想的能源。
(2)原子核的聚變能
核聚變是氫的同位素氘和氚在異常高的溫度下結(jié)合生成較重的原子核的過(guò)程。核聚變需在幾千萬(wàn)度高溫下進(jìn)行，且放出巨大的能量(1.698×109kJ·mol-1)，所以核聚變反應(yīng)也稱(chēng)熱核反應(yīng)。核聚變能源具有其它能源無(wú)可比擬的突出優(yōu)點(diǎn)。首先，它的原料儲(chǔ)量極其豐富。海水中含有重水，1kg海水含氘0.03g，地球上有海水約1021kg，共含氘3×1016kg。按世界能源消耗2×1020kJ／a計(jì)算，約需燃燒106kg氘就夠了�？梢�(jiàn)地球上的氘可夠人類(lèi)利用3×1010a(年)，即幾百億年，這是多么巨大的數(shù)字！地球的年齡也不過(guò)幾十億年，人類(lèi)歷史不過(guò)幾百萬(wàn)年。可見(jiàn)核聚變能源一旦實(shí)現(xiàn)，浩瀚的汪洋大海將成為取之不盡、用之不竭的人類(lèi)能源的原料倉(cāng)庫(kù)。
另外，“燃燒”每單位質(zhì)量的核聚變?nèi)剂厢尫懦龅哪芰糠浅４�，這是核聚變能源的又一突出優(yōu)點(diǎn)。“燃燒”1kg氘相當(dāng)于1000t汽油，也就是說(shuō)“燃燒”1kg海水和燃燒210 kg汽油所得的能量相當(dāng)。
其次，核聚變能源對(duì)環(huán)境的污染輕，聚變產(chǎn)物沒(méi)有放射性，聚變電站運(yùn)行安全。因此，核聚變能是當(dāng)今人類(lèi)最理想的、也是一種最新的能源。
從能量的觀點(diǎn)看，核聚變反應(yīng)主要有如下兩種：
要使兩個(gè)輕核發(fā)生聚變反應(yīng)，必須使它們彼此靠得足夠近，這樣核力才能把它們結(jié)合成新的原子核。但原子核帶正電，當(dāng)靠得愈來(lái)愈近時(shí)，它們之間的靜電斥力愈來(lái)愈大。要使兩個(gè)原子核克服巨大斥力而結(jié)合，必須具有足夠大的速度，即需具有足夠高的溫度。對(duì)于兩個(gè)氘核的聚變反應(yīng)，溫度必須高達(dá)1億度(108℃)，對(duì)于氘核與氚核間的聚變反應(yīng)，溫度必須在五千萬(wàn)度以上。氫彈爆炸(為核聚變反應(yīng))就是由其本身所含的小型原子彈爆炸提供高溫而引發(fā)的。
在核聚變的高溫條件下，物質(zhì)已全部電離形成高溫等離子體。在聚變過(guò)程中，需對(duì)高溫等離子體進(jìn)行充分的約束，使其達(dá)到一定密度并維持“足夠長(zhǎng)”的時(shí)間，以便充分地發(fā)生聚變反應(yīng)，放出足夠多的能量，使得聚變反應(yīng)釋放的能量遠(yuǎn)大于產(chǎn)生和加熱等離子體本身所需的能量及其在這個(gè)過(guò)程中損失的能量。這樣，便可利用聚變反應(yīng)放出的能量來(lái)維持其自身所需的極高的溫度，而無(wú)需再?gòu)耐饨巛斎肽芰俊?/font>