目前人類開發的各種能源,大多是利用來產生「電力」以供使用,若缺少電力的話,我們的生活將有怎樣的轉變呢?
能源定義:可提供光、熱與動力的物質,例如水、太陽、風、煤、石油、天然氣、地熱與海洋。
能源應用:
◼利用起源:遠古人類因閃電引發森林火災,學會用火。
◼舊石器時代:燃燒木材供熱用於烹煮、照明、取暖⋯等。
◼上古與中古時代:主要能源為木材燃燒,部分開始使用風力與水力。
西元前70年,羅馬人利用水車驅動麵粉廠與鋸木廠。
九世紀波斯人使用風車將風力能轉換為動力。
風車
1. 古代應用:中國與古波斯利用風車汲水、灌溉、磨穀。
2. 技術改良:荷蘭、希臘等歐洲國家改良風車,成為中世紀主要動力來源。
3. 轉向發電:19 世紀末,丹麥氣象學家保羅‧拉‧庫爾製造第一部風力發電機。
4. 現代效率:現今風力發電機可轉換約 30%~40% 的風能為電力。
中古時代末期,人類開始大量使用化石燃料,如煤、石油、天然氣。1859 年 美國賓州鑽出第一口油井,開始大量生產石油。石油不僅是
現代動力機械的主要能源,也衍生出多種化學產品,應用於食、衣、住、行、育、樂等生活面向。
石油
1. 石油來源:石油主要由海洋中動植物殘骸形成,與煤主要來自陸地植物不同。
2. 化學成分:石油屬於高碳氫化合物,平均由兩個氫原子與一個碳原子組成。
3. 分布特性:不同儲油層中的石油成分可能差異甚大, 甚至同一儲層內亦不盡相同。
4. 形成條件:植物殘骸需埋藏於一公里以上、少於四公里深處,經過上百萬年並受高溫高壓作用,石油才能生成並遷移至多孔岩層形成油田。
化石燃料
1. 人類運用智慧將自然資源轉化為能源,推動文明進步,用火燃燒是最便捷的能源轉換方式。
2. 燃燒是透過化學反應將能量釋放為光和熱,屬於能量轉換的一種。
3. 常見的燃料來源為化石能源,分為氣態(如天然氣)、液態(如汽油)與固態(如煤炭)。
4. 天然氣潔淨且易控制,廣泛應用於工業與家庭;液態燃料則因易操作與儲存,常用於引擎與發電。
石油化學工業
原油是製造石油產品的主要原料。其加工過程稱為「煉油」,主要原理是透過分餾將原油中不同沸點的碳氫化合物(hydrocarbons)分離,再經由化學處理提升產品價值。石油產品可分為兩大類:
1. 石油產品(Petroleum Products):包括作為燃料與工業原料的氣體(如天然氣)、車用燃料(如汽油、柴油)、機械潤滑油、公路用柏油(如瀝青),以及工業用溶劑(如去漬油)等。
2. 石油化學產品(Petrochemical Products):常見於日常用品中,例如衣服、運動鞋等,其原料多為簡單碳氫化合物(如乙烯、丙烯、苯),主要來源為石油煉製或天然氣重組。
石化工業
1. 定義:以石油、天然氣或煤為原料,透過化學反應生產各種化學物品,原料與製程可多樣化。
2. 產品應用廣泛:產物可直接使用或作為中間原料,常見如塑膠、合成橡膠、人造纖維、肥料、清潔劑等日用品。
3. 技術持續創新:藉由催化與反應技術進步,開發出聚酯、聚碳酸酯、聚醯胺等高性能工程塑膠。
原油的分餾
能源的種類
◼我們獲得的能源多來自天然開採,其中少數可直接使用,大多數需經多重處理後才能成為日常可用的能源。
◼根據使用方式,可分為初級能源與次級能源。
◼根據轉換處理需求,初級能源又可區分為再生能源與非再生能源。
初級能源
◼自然能源是指未經加工、直接存在於自然界中的能源,如石油、煤、天然氣、太陽能、風力、水力、地熱與潮汐等。
◼應用範例如:太陽能可用於植物生長、曬衣或發電;風力則可作為帆船的動力來源。
次級能源
◼次級能源是指需經過轉換與加工後才能使用的能源,例如電力、石化產品與液化石油氣。
◼以電力為例,通常透過火力、燃煤或核能加熱鍋爐產生蒸氣,再驅動汽輪機發電。
再生能源
指由大自然中取之不盡的能源,例如:水力能、風力能、太陽能、地熱能、生質能、海洋能等。
非再生能源
化石燃料與核燃料需經開採與加工後才能轉化為能源,屬於消耗性資源,蘊藏有限。自工業革命以來被大量使用,如石油與天然氣,開採後無法再生,因而更需珍惜使用。
化石燃料
化石燃料指的是古代動、植物死亡後,其遺骸經過地層的沉積掩埋,在高溫、高壓及地底細菌的長期作用下,逐漸分解而形成的物質,因為是由古代生物的遺骸分解而來,故稱為「化石」燃料。
氫能
一種利用氫氣透過燃料電池轉換為電力的能源形式。因氫氣不含碳,具零碳排特性,在低碳能源發展中扮演關鍵角色。然而,氫氣因活性高,天然狀態下不存在,常以水或甲烷等化合物形式存在。
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