材料与社会可持续发展.ppt
《材料与社会可持续发展.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料与社会可持续发展.ppt(55页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,北京青少年科技俱乐部科技名家讲座,材料与社会可持续发展,2,前言 一、材料在人类社会发展中的作用 二、材料在开发过程中所遇到的问题及对策 三、为了可持续发展,当前材料科学技术应重视 的几个环节 结语,报告内容:,3,前言:,当前最关注的三大问题:资源、能源与环境都与材料有密切关系。 材料是人类社会进步和人民生活水平提高不可或缺的物质基础。生产材料是消耗资源与能源的大户,也是造成环境污染的主要源头,但是材料又是开发能源和治理环境污染的重要保障。 土木工程在社会发展中十分重要,2004年GDP13万亿元,51.3%为全社会固定资产投资拉动的,其中6065是土木工程。,4,一、材料在人类社会发展
2、中的作用,1、以材料划分人类发展的历程,材料与文明,5,2、以钢铁为主要标志的工业革命(英国),1733年发明了飞梭促进了纺织工业大发展; 1735年焦碳炼铁; 1750年坩埚炼钢; 1760年鼓风机(加速炼铁、炼钢); 1765年蒸汽机; 1785年蒸汽机船; 1796年蒸汽机车; 1856年转炉炼钢; 1864年平炉炼钢; 18681914年各种合金钢出现;,6,中国3.5亿吨,自1870年以来世界粗钢的产量发展报告,7,3、材料在人类社会现代化过程中发挥了关键作用,人类社会现代化的主要标志: 工农业生产实现电气化和自动化,劳动生产率大幅度提高; 人类活动的全球化和立体化; 现代农业则是依
3、靠科学技术的进步,逐步从以经验为基础 的农业改造为以科学为基础的农业。,8,为实现交通的立体化,就需要高性能的飞机,一般来说:飞机性能的提高,2/3靠材料。,材料对飞机性能的提高所处地位,42%,29,9,航空发动机对材料的依赖程度更高,达到80以上,除高比强度和高比刚度,还要求耐高温、抗疲劳、抗氧化和腐蚀能力。,喷气发动机起源于上世纪40年代初,当时的工作温度在700左右,而今民用机接近1500,而军用机在2000左右。这就要求发展耐高温材料(高温合金)。 高温合金的发展,先是锻造铁基或镍基合金,1958年采用铸造,以提高合金元素含量,而后又定向凝固(1965)、单晶(1970),以消除晶界
4、在高温下强度变低的影响;为了减少偏析,有些大件(如涡轮盘)采用粉末冶金,这些材料再加冷却技术,基本满足了要求。,10,从民航机的发展历程,说明每座哩油耗逐年下降的情况,这一方面是设计与机型的扩大所致,另一方面是材料不断改进的结果,PWA客机每减重1kg,多赢利$104。,历代民机座哩的油耗,2.5倍,11,科学技术对农业的增产也是决定性的。 利用锇作为催化剂,哈伯(Haber)于1909年合成了氨作为肥料,1940年发明的除草剂,及采取灌溉、农膜育苗及机械化作业等措施,可使粮食大幅度增产。,中国历年粮食单产增加情况,目前,再加育种技术,亩产吨级以上,但是化肥用量过大, 我国占世界7的耕地用了1
5、/3化肥,造成资源浪费和环境污染。,12,4、材料将人类社会带入了信息时代,1958,1998,芯片发展历程,13,此外,光传播、光存储的发展速度更快,也都是材料不断进步的结果。 目前,硅半导体占95,随着频率和性能的提高,化合物半导体GaAs、InP、GaN等成为第二代半导体材料,第三代将是SiC、金刚石等。,14,二、材料在开发过程中所遇到的问题及对策,资源能源,材料废物,科学,工程技术,应用,废品,污染物,循环经济(4R),Reduce Reuse Recycle Remanufacture,环境,15,全球重要金属矿储量及可采年限,资源,金属材料有资源枯竭问题,16,可以看出,目前已探
6、明的金属矿床,多者可用不足200年,少者仅2030年,可能解决的途径有以下几个方面:,1、加强对地球资源深度勘探和采掘,地球构造剖面图,17,世界资源大国,多数矿山开发深度已达到1000米以上,有的达4000米,我国只有几百米。特别随着科学技术的进步,探明储量可大幅度增加,但不可再生的资源,总有枯竭的一天。,18,2、向海洋要金属,经过亿万年的地球表面的风化和雨水冲刷,海水溶解各种金属,有的浓度很高,如Mg(1536g/m3),Li(0.192g/m3)等。,A:海水中溶解金属含量,19,海底锰瘤总量31012吨,其成分: Mn:7.9-50.1% Fe:2.4-26.6% Co:0.01-2
7、.3% Ni:0.16-2.0% Cu:0.03-1.6% Pb:0.02-0.36%,B:锰瘤,20,20世纪初,有机合成材料的出现也是人类社会现代化重要标志之一。1975年按体积计算,世界合成树脂产量与粗钢体积比达1.18:1,美、德分别达2.85:1和1.94:1。 对合成有机材料来说,目前以石油为主要原料,正在研究以天然气或煤为原料的流程,但是从全世界范围来看,它们可供开采的年限有限(石油40年,天然气62年,煤225年) 。当然,近年来对甲烷水化物颇受重视,其储量可超过现有化石燃料资源的总和,但距实用化还很远,而且CH4和燃烧产物CO2都加剧温室效应。 一个可行的有机物来源是通过光合
8、作用,在地球上产生绿色植物和海藻类,每年可贮存61017kcal,合成有机物约2200亿吨,相当于人类当前每年全部能耗的10倍;生物质能是固定CO2的产物,每产一吨生物质能,可减少相当于化石能源2吨温室气体的排放。,有机材料,21,有些无机非金属资源也是有限的,如水泥所需原料在中国仅供30-40年之用,因此开发新型建材也是当务之急。至于工程陶瓷如Si3N4、SiC等,资源丰富,但需提高韧性,降低成本,扩大应用。近年来岩石的用途不断扩大,如玄武岩、蒙脱土等,为材料的开发开辟了途径。,无机非金属材料,22,能源形势: UNDP估计的能源两种可能的变化,现代能源主要出自化石能源(80%),一直到本世
9、纪中叶,化石能源仍占主导地位,因此提高燃烧效率,减少污染仍为最主要课题。从长远看UNDP估计到本世纪末有两个可能结构变化。,能源,23,氢能,氢有三个问题需要解决:,氢源:电解水,热化工转化 细菌分解水等 储氢与氢的运输,不同储氢材料能量密度与汽油的对比,24,燃料电池:效率高,无污染,用于汽车,但质子交换膜与催化剂太贵,目前为$125/kw,内燃机为$30/kw。今后可能会便宜,因无转动部件,构造简单。但可用于电网的大型装置,还有不少问题。,25,太阳能,辐射于地面的太阳能1万倍于目前人类所需能源,取之不尽,用之不竭。但密度低(1kw/m2),受地域和气候影响大。 太阳能可分为光伏能和太阳炉
10、,光电转换效率不高!,几种成熟和正开发的光伏转换材料,最近美国加州大学开发出多波段半导体光电转换材料,其转换率高达37%,26,光伏转换电能价高,约10倍于火电。 另外一种是用聚焦技术的太阳加热炉,用以加热水或气体来发电,其电价每度513美分,接近火力发电。 还有民用太阳热能的直接利用,对中国广大农村来说更为实用。,27,包括太阳能在内,水电、风能和生物质能等可以并称为可再生能源。,可再生能源,世界和中国可再生能源资源状况,28,世界光伏电能、风能、生物质能(酒精)的发展趋势,世界电能分布,光伏电能,风能,生物质能,29,中国生物质能有更大的发展前景:,1、中国秸秆7亿吨/每年 2、高产作物,
11、如玉米、薯类、速生林等 3、乡镇大力发展沼气 4、沙漠地区的改造:蒙脱土生根剂(保水植木),若尔盖(长征水草地)采用治沙技术的效果,30,中国可能采取固沙措施的地区,31,核能,核能仍是重要能源,也是未来能源希望之所在。,压水堆、轻水堆及快中子堆:,1、无CO2排放 2、安全性正在提高 3、资源丰富 全世界产生裂变能的原料U和Th的资源储量分别为330万吨和400600万吨,可提供600ZJ(1ZJ=1021J)能量,是目前世界能源年需求量的1500倍。我国铀储量不够丰富,但钍的储量仅次于印度,看来核裂变能仍不失为今后的重要能源。 4、海水中有40万亿吨氘(一升海水中氘的聚变能相当于300升汽
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料 社会 可持续发展
链接地址:https://www.31doc.com/p-3044784.html