能源问题是当今社会发展所面临的重要问题，节能减碳已成为当前工业生产企业的重要任务。以物质为载体的能量转化与转移过程，很多都以化学化工知识为基础。

　　当今能源化工技术的特点是多学科交叉、多种新技术应用所形成的全方位的研究体系。本书主要涉及现代能源中的化学与化工问题，从化学与化工学科的视角对现代能源的开发与利用做较全面的介绍和剖析，探讨化学与化工在现代能源中交叉渗透的情况，并针对能源中的化学化工问题作有系统的阐释。

本书特色

　　可作为化学工程与制程方法、应用化学、轻化工程等本科专业的教材，也可作为相关企业、技术部门工程技术人员的参考书籍。

校订者简介

马振基

　　现任：国立清华大学化工系讲座教授

　　学历：
　　国立成功大学化工学士（1969）
　　美国北卡罗莱纳州立大学化工硕士（1975）
　　美国北卡罗莱纳州立大学化工博士（1978）

　　经历：
　　美国孟山都公司（Monsanto Co.）
　　资深工程师（1977~1979）
　　美国洛式公司（Lord Corp.）
　　资深研究员（1979~1980）
　　美国飞利浦石油公司（Phillips Petroleum Co.）
　　高级材料工程师（1980~1984）
　　国科会及国立清华大学化工所客座专家（1984~1986）
　　经济部科技顾问室及技术处顾问（1990~1998）
　　国科会工程中心专利研究员（1991~2006）
　　国科会科技权益委员会委员（1995~2006）
　　国立清华大学研发处副研发长（2000~2002）
　　教育部科技顾问室顾问及领域召集人（2001~2006）
　　财团法人自强工业科学基金会执行长（2003~2006）
　　国立清华大学讲座教授(2009~迄今)

前　言i

第一章 绪　论 001
1.1 能量与能源 003
1.1.1 能量及其形式 003
1.1.2 能源及其种类 005
1.2 能源与化工 007
1.3 能源化工现状与前景 010

第二章 能量的相互转化原理 013
2.1 热力学基础 014
2.1.1 能量守恆原理 014
2.1.2 能量转化的限度 019
2.1.3 能量转化的推动力 023
2.2 化学能 029
2.2.1 化学能的本质 029
2.2.2 化学能的释放 034
2.2.3 化学能转化的限度 038
2.3 热能向化学能的转化 042
2.3.1 化学热管 043
2.3.2 化学热泵 045
2.4 光能向化学能的转化 047
2.4.1 概述 047
2.4.2 光合作用 051
2.4.3 生物质能 052
2.5 能的变换 056
2.6 有效能 061
2.6.1 有效能的概念及有效能的损耗 061
2.6.2 物理有效能与化学有效能 069
2.6.3 工业制程的有效能分析 078

第三章 太阳能 083
3.1 概述 084
3.2 太阳能热利用 084
3.2.1 基本原理 085
3.2.2 太阳能热利用系统 089
3.3 太阳能光电转换技术 093
3.3.1 晶体硅太阳能电池 095
3.3.2 非晶硅太阳能电池 108
3.3.3 化合物半导体太阳能电池 121
3.3.4 奈米晶化学太阳能电池 123
3.4 太阳能化学能转化技术 129
3.4.1 光合作用 129
3.4.2 光化学作用、光催化水解制氢 133
3.4.3 太阳能、高温热化学反应 135

第四章 生物质能源 139
4.1 概述 140
4.1.1 生物质 140
4.1.2 生物质能 140
4.1.3 生物质的组成与结构 141
4.1.4 生物质转化利用技术 145
4.2 生物质气化 149
4.2.1 生物质气化及其特点 149
4.2.2 生物质气化原理 152
4.2.3 生物质气化制程方法 154
4.2.4 生物质气化发电技术 159
4.3 生物质热解技术 162
4.3.1 生物质热解及其特点 162
4.3.2 生物质热解原理 163
4.3.3 生物质热解制程方法 167
4.3.4 生物质热解产物及应用 173
4.4 生物质直接液化 176
4.4.1 生物质直接液化及其特点 176
4.4.2 生物质直接液化制程方法 176
4.4.3 生物质直接液化产物及应用 184
4.5 生物燃料乙醇 186
4.5.1 生物燃料乙醇及其特点 186
4.5.2 淀粉质原料制备生物燃料乙醇 187
4.5.3 乙醇发酵制程方法 189
4.5.4 纤维质原料制备生物燃料乙醇 191
4.5.5 生物燃料乙醇的应用 196
4.6 生物柴油 197
4.6.1 生物柴油及其特点 197
4.6.2 化学法转酯化制备生物柴油 199
4.6.3 生物催化法生产生物柴油 207
4.6.4 超临界法制备生物柴油 210
4.6.5 生物柴油的应用 212
4.7 沼气技术 215
4.7.1 沼气的成分和性质 215
4.7.2 沼气发酵微生物学原理 216
4.7.3 大中型沼气工程 220
4.7.4 沼气发酵的综合利用 229

第五章 风　能 235
5.1 风能资源 236
5.1.1 风能资源分佈的一般规律 236
5.1.2 风能资源的特性 238
5.1.3 中国风能资源 240
5.2 风能利用原理 242
5.2.1 风力机简介 242
5.2.2 风力机工作原理 242
5.3 风力发电 245
5.3.1 关键设备及工作原理 246
5.3.2 离网风力发电 253
5.3.3 併网风力发电 254
5.4 风力发电设备中的材料 255
5.4.1 风力发电的叶片材料 255
5.4.2 风电设备的铸件材料 258
5.4.3 风力发电机塔架的防腐材料 259
5.4.4 风力发电机塔架的质量要求 260

第六章 氢　能 263
6.1 氢的应用 264
6.2 氢的制取 265
6.2.1 天然气制氢 266
6.2.2 煤制氢 275
6.2.3 水电解制氢 276
6.2.4 生物质制氢 283
6.2.5 太阳能制氢 289
6.2.6 核能制氢 295
6.2.7 等离子体化学法制氢 297
6.3 氢的储存 305
6.3.1 高压气态储氢 305
6.3.2 冷液化储氢 305
6.3.3 金属氢化物储氢 306
6.3.4 碳质材料储氢 315
6.3.5 金属有机结构化合物储氢 320
6.3.6 有机液体储氢 324

第七章 燃料电池 331
7.1 概述 332
7.2 燃料电池的一般原理 335
7.3 质子交换膜燃料电池 336
7.3.1 PEMFC的工作原理与结构 337
7.3.2 PEMFC的质子交换膜 339
7.3.3 PEMFC的催化剂 341
7.4 直接甲醇燃料电池 347
7.4.1 DMFC工作原理和基本结构 348
7.4.2 DMFC的分类 350
7.4.3 DMFC的研究进展及存在问题 352
7.4.4 DMFC阳极催化剂的研究进展 359
7.4.5 DMFC阴极催化剂的研究进展 361
7.4.6 催化剂的主要制备方法 365
7.4.7 DMFC膜电极集合体（MEA）的研究进展 366
7.4.8 阴极水管理研究 379
7.5 微生物燃料电池 380
7.5.1 微生物燃料电池的定义与分类 381
7.5.2 MFC的特点 386
7.5.3 MFC的研究历史 387
7.5.4 MFC的现有改进技术 390
7.5.5 MFC的发展趋势 391
7.5.6 MFC的应用前景 392

第八章 其他新型能源 407
8.1 其他新型能源的概念与分类 408
8.2 地热能 409
8.2.1 概述 409
8.2.2 地球的内部构造 410
8.2.3 地热能的来源 411
8.2.4 地热资源 413
8.2.5 地热能的利用 424
8.2.6 地热能利用的限制因素 437
8.2.7 中国地热能发展现状和发展趋势 439
8.3 天然气水合物（可燃冰） 441
8.3.1 可燃冰资源及其特点 443
8.3.2 国际上天然气水合物的勘探和开发动态 445
8.3.3 中国的相关活动和资源量估计 449
8.3.4 可燃冰的开採技术现状 450
8.3.5 天然气水合物的研究现状与利用趋势 451
8.4 核能 453
8.4.1 概述 453
8.4.2 原子核子物理基础 454
8.4.3 商用核电技术 459
8.4.4 核能的新纪元 464
8.4.5 未来的新型核能 470
8.5 海洋能 476
8.5.1 潮汐能及其开发利用 477
8.5.2 波浪能及其开发利用 479
8.5.3 海流能及其开发利用 480
8.5.4 海洋温差能及其开发利用 481
8.5.5 海洋盐度差能及其开发利用 483