如何解决能源危机的问题？

      解决能源危机的办法，一是提高燃烧效率以减少资源消耗，实现清洁煤燃烧以减少污染；二是开发新能源，积极利用再生能源；三是开发新材料、新工艺，最大限度地实现节能。这三个方面都与材料有着极为密切的关系。对我国来说，首先要考虑的是提高能源生产效率，减少污染，其中当务之急是洁净煤燃烧。为了提高燃烧效率，要发展超临界蒸汽发电机组和整体煤气化联合循环技术，这些技术对材料的要求都十分苛刻。

　　从国际发展趋势来看，为了提高热效和增加机动性，需要发展大功率（>100MW）工业燃气轮机组，这对材料提出了更高的要求。虽然已有航空发动机的基础，但工业燃气轮机的工作条件更为苛刻。以涡轮叶片为例，因采用劣质燃料，加上地面工况条件差，需要耐热腐蚀、抗冲刷的高温合金和涂层，特别是在高温下（>1300℃）连续工作时间很长时（以万小时计），难度大为增加。燃气轮机叶片在尺寸上是航空叶片的10倍到几十倍，使用单晶叶片制作工艺会产生很大的难度，因此，工业燃气轮机的发展有可能推动工程陶瓷的应用。在国内外已试验多年却未取得成功的磁流体发电（MHD），采用高热（3000K）煤气或煤粉，掺杂少量碱金属（1％），高速通过强磁场而产生电流，设备构造简单，效率高（可达60％），污染少，但是由于通道材料不过关，至今未能达到实用化。如果材料有所突破，这个项目将再度成为热点。

　　全球再生能源可转换成为二次能源的储能为185.55亿吨标准煤，约为目前全球化石燃料消耗量的两倍。对中国来说，首要的是开发水力资源和生物质能，其次是发展地热能、风能和太阳能。太阳能和风能的利用存在较大的新材料问题。研制高效、长寿、廉价的太阳能光伏转换材料已成为目前能源新材料领域的重要课题，近年来正在研制便于大规模制造的燃料纳米半导体材料及有机光伏转换薄膜。太阳能在地面上约2/3转变为风能，风力发电很有发展前景。我国沿海与西北地区的风力资源丰富，大有作为，但风车材料是关键。一个2.5MW的风车，转子叶片直径要80m，包括传动箱的总重达30吨。风车高近百米，用材几百吨。风车叶片要有足够的强度和抗疲劳性能（转数要求109），目前主要采用玻璃钢或碳纤维增强塑料，正向增强木材发展。

　　氢能和核能是新能源，但都存在安全使用问题。氢在存储、运输及应用过程中存容易发生爆炸，加上氢对材料产生氢脆、氢腐蚀，从而产生氢渗漏等，所以近年来对储氢材料的研究很多。典型的储氢材料都是金属间化合物。这些金属间化合物比重大，有中毒失效问题，限制了其应用并且成本很高。正在研究的纳米碳管储氢能力高，受到广泛关注。包括我国在内的一些国家利用上述储氢合金作成氢能汽车，但由于有些技术问题有待解决，价格又无竞争能力，离产业化尚远。核能是廉价的清洁能源，由于核电站的安全与废料处理问题，目前发展缓慢。核电装置的改进仍在不断地进行，其中有不少材料问题。

　　已发现的高温超导材料都是氧化物，属于陶瓷材料，加工成型困难，特别是铋系带材很难作到全长性能均匀、稳定，要求在制造过程中严格控制超导体的取向与织构。除了超导材料以外，还有很多配套技术需要解决，同时还要继续研究开发高温超导体。

　　磁性材料是仪器仪表的主要动力，是变压器、动力机械的重要组成部分。硅钢是最重要的软磁材料，全世界年产650万吨。铁基非晶态材料具有低铁损、高导磁率及低矫顽力等优点，适用于高频（50kHz）场合，用于电焊机可使体积缩至1/10。但是由于采用液态直接轧制，成本较高，还不能实现大规模生产。永磁材料发展很快，从20世纪的高碳钢到Ni2Fe14B的规模生产，40年间磁能积提高了100倍。

　　蓄电池的用途愈来愈广，太阳能发电、电网调峰、电动汽车，特别是微机械及信息电子工业的发展（移动电话、手提电脑等），对电池的需求量大、要求高。锂离子电池从比质量和比容量看，都有较大优越性。锂离子电池发展前景，一是发展电动汽车用大容量锂离子电池，二是开发更高性能的电极材料以提高比容量和降低成本，三是加速聚合物锂离子的实用化进程。这种电池具有薄型化（<1mm）、高柔性等特点，可适用各种形状，很有发展前景。

　　燃料电池的原理是将化学能转变为电能，效率高（50％－80％），污染小，噪声低。目前，燃料电池主要用于航天，用于交通与电站则缺乏竞争能力，价格太高，重量/单位动力比也太高。为了达到上述目的，关键之一是解决所涉及的材料问题，特别是可靠性和长期稳定性方面要做深入细致的工作，并经受实地考验。

　　通过讨论各种形式的能源所存在的材料问题，师昌绪先生认为，化石能源的高效与清洁生产需要材料的不断改进；核能要得到不断发展，材料是关键之一；再生能源（特别是太阳能）的利用虽然诱人，材料是瓶颈；能源生产与节能先进技术无不建立在新材料不断发展的基础之上，如超导材料、磁性材料、蓄电池及燃料电池等。因此，随着材料科学技术特别是纳米技术受到高度重视，21世纪能源新材料将会得到迅速发展。