萬物生存離不開能源。植物將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能維持生命；動物通過食用其他動植物獲取化學(xué)能延續(xù)生命；而人類除了生存，還有更多的生活需求，不論是工業(yè)生產(chǎn)，還是交通出行，亦或是休閑娛樂，一切都離不開“能源”。

經(jīng)濟社會的運行，一天都離不開能源，我們的生活也一天都離不開能源。可以說能源為人類創(chuàng)造了多姿多彩的生活。未來能源還會有怎樣的變化？又會對我們的生活產(chǎn)生怎樣的影響？就讓我們一起搭乘這趟“能源”驅(qū)動的列車，一起探索未來的無限可能吧！

能源進化史

雖然我們的一切活動都離不開能源，但你知道能源是什么嗎？能源就是指能夠提供某種形式能量的物質(zhì)，或是物質(zhì)的運動。

最初的人類發(fā)現(xiàn)并學(xué)會了利用火。火，就是一種能源，也是人類最先掌握的一種能量形式。人類由此告別了黑暗的生活和生冷的食物，提高了生存概率，加快了文明發(fā)展的進程，開始了對于能源的探索。在火之后，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木炭、煤、石油、天然氣等，這些能源的廣泛使用，先后推動了第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命，使人類社會從農(nóng)耕文明邁向工業(yè)文明。

當今世界，化石能源的大量使用，也帶來了一系列環(huán)境、生態(tài)和全球氣候變化問題，各國紛紛行動起來，依靠科技大力發(fā)展太陽能、風能、核能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等新能源，為解決目前面臨的能源危機和環(huán)境惡化問題貢獻自己的一份力。

相互作用，相互制約

發(fā)展經(jīng)濟需要能源與環(huán)境的支持，但消耗大量的能源必然會對自然環(huán)境產(chǎn)生影響，二者是相互作用、相互制約的關(guān)系，而如何讓能源與環(huán)境協(xié)同發(fā)展成為當今世界的重要議題之一。

邁入中國科學(xué)技術(shù)館“挑戰(zhàn)與未來”展區(qū)“同構(gòu)能源格局”展廳，先映入眼簾的就是一件展示能源與環(huán)境二者關(guān)系的圓球狀的展品——能源與環(huán)境。

展品檔案

展品名稱：能源與環(huán)境

展品介紹：展品通過可視化大數(shù)據(jù)、飛屏互動、智能語音講解等形式，展示了能源與環(huán)境未能協(xié)同發(fā)展而造成的各種問題，如：不合理的能源開采與濫用造成的環(huán)境污染、生態(tài)破壞，從而引發(fā)全球氣候變暖，進而帶來全球降水量重新分配、冰川和凍土消融、海平面上升等環(huán)境問題；過度開采造成的能源短缺問題。介紹了國際能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、資源分布、新能源發(fā)展和利用情況，各國利用科技手段監(jiān)測碳排放量、生產(chǎn)生活大數(shù)據(jù)信息等內(nèi)容。這件展品讓參觀者能夠深刻認識到走低碳發(fā)展之路的必要性。

在面對不斷出現(xiàn)的異常氣候問題，世界各國制定了不同的能源戰(zhàn)略，頒布了更加積極的低碳政策，尋找低成本清潔能源替代方案，努力推動經(jīng)濟綠色低碳轉(zhuǎn)型。在科技進步和環(huán)境需求的共同驅(qū)動下，世界能源結(jié)構(gòu)正在向更清潔、更低碳的方向轉(zhuǎn)型。

中國不斷在創(chuàng)新

在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的中國，能源的生產(chǎn)和利用方式也已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，目前基本形成了煤、油、氣、電、核、新能源和可再生能源多輪驅(qū)動的能源生產(chǎn)體系。

繼續(xù)深入“同構(gòu)能源格局”展廳，五花八門的展品向參觀者展現(xiàn)了中國將清潔低碳作為未來發(fā)展方向，研發(fā)的各項清潔低碳的能源生產(chǎn)方式和節(jié)能高效的能源消費方式等領(lǐng)域的科技創(chuàng)新成果。

煤的高效清潔利用

煤是深埋在地下的遠古植物的遺骸，在地殼隔絕空氣的的條件下經(jīng)過壓力和溫度的作用，產(chǎn)生的碳化化石礦物。

從古至今，煤都是重要的能源。而中國是世界上最早認識和使用煤的國家，既是世界第一產(chǎn)煤大國，也是煤炭消費的大國。對于煤的高效清潔利用，中國的科學(xué)家早就做了深入的實驗研究。

在展廳中就有一件展示了清潔用煤的展品——潔凈煤技術(shù)。

這件展品選取了三個不同階段的用煤方法，用多媒體交互方式展現(xiàn)給參觀者：

1.煤燃燒前，參觀者通過推桿選擇分離煤和矸石的介質(zhì)密度，經(jīng)由多媒體演示煤和矸石在介質(zhì)中的漂浮高度，了解重介質(zhì)選煤法的基本原理；

2.煤燃燒中，參觀者通過觸摸屏進行脫硫游戲，首先選擇加入燃燒爐中脫硫劑的量，待脫硫劑燃燒分解之后，出現(xiàn)可以和硫氧化物合成固態(tài)的氧化物，參觀者在規(guī)定時間內(nèi)通過不斷拖動氧化物與隨機產(chǎn)生的氧化物結(jié)合成灰排出，完成脫硫；

3.煤燃燒后，參觀者通過選擇不同潔凈煙氣的技術(shù)搭配，完成煙氣的凈化，經(jīng)由多媒體展示處理后的煙氣排放到空氣中可能引發(fā)的后果，如酸雨、光化學(xué)煙霧等污染天氣，從而幫助參觀者了解煤對環(huán)境的影響，以及清潔用煤的重要性。

展品檔案

展品名稱：潔凈煤技術(shù)

展品介紹：在用煤的三個階段中，分別采用了3種不同的技術(shù)：重介質(zhì)選煤法，流化床燃燒脫硫技術(shù)，活性炭聯(lián)合脫硫、脫硝技術(shù)。

1.重介質(zhì)選煤法是用密度介于煤與矸石之間的液體作為介質(zhì)進行分選的方法。其基本原理是阿基米德原理，如果顆粒的密度大于懸浮液密度，則顆粒下沉；小于懸浮液密度時，顆粒上??；等于懸浮液密度時，顆粒處于懸浮狀態(tài)。所以，密度低于介質(zhì)的凈煤漂浮，而密度高于介質(zhì)的矸石或中煤則下沉，然后就可以分別收集歸入不同的產(chǎn)品。

2.流化床燃燒脫硫技術(shù)是把煤和吸附劑加入燃燒室的床層中，從爐底鼓風使床層懸浮進行流化燃燒，形成了湍流混合條件，延長了停留時間，從而提高了燃燒效率。其反應(yīng)過程是煤中硫燃燒生成二氧化硫，同時石灰石煅燒分解為多孔狀氧化鈣，二氧化硫到達吸附劑表面并反應(yīng)，從而達到脫硫效果。

3.活性炭聯(lián)合脫硫、脫硝技術(shù)主要由吸附、解吸與硫回收三部分組成。由于活性炭可以直接吸收煙氣中的二氧化硫，而脫除煙氣中的氮氧化合物則需要噴氨，氨對二氧化硫同樣也有脫除作用。因此，二氧化硫脫除反應(yīng)需在噴氨脫除氮氧化合物之前。所以，吸附器內(nèi)分為上下兩級炭床，活性炭在重力作用下，從第二級的頂部下降至第一級的底部，煙氣自下而上流過吸附器的一級和二級炭床。

小巧耐用的發(fā)電裝置

電能的廣泛應(yīng)用極大地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，改變了人類的社會生活方式。但人類最初對于電的認知主要是雷電和靜電，然而這些電在當時科技的限制下都不具備可利用性，人類真正用上電是從十九世紀意大利科學(xué)家伏打制作出了能夠穩(wěn)定輸出電能的電池開始的。

在科技飛速發(fā)展的當下，電池家族也不斷壯大，有將物質(zhì)的化學(xué)能通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池；有在一定條件下實現(xiàn)能量直接轉(zhuǎn)換的物理電池；更有將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的生物電池等。

在展廳的角落就有一件名為“電池家族”的展品，它由新能源汽車剖面模型、顯示屏、6種電池模型（磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、三元材料電池、固態(tài)電池、石墨烯電池、氫燃料電池）、充電樁、燈帶等組成。參觀者可以通過操作，對比不同儲能電池的特性和優(yōu)缺點，從而了解固態(tài)電池是未來新動力儲能電池的發(fā)展方向。

展品檔案

展品名稱：電池家族

展品介紹：固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜。固態(tài)電池耐高溫，耐擠壓、針刺，同時無腐蝕性，不易揮發(fā)，極大降低了電池熱失控風險，電池自燃或者爆炸的概率顯著減小，這些都使得固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池擁有更豐富的應(yīng)用場景，尤其在新能源汽車行業(yè)，固態(tài)電池成為主流。

硬“核”發(fā)展之路

很多人往往談“核”色變，這是因為歷史上關(guān)于“核”的殘酷教訓(xùn)仍歷歷在目，甚至在今年，與“核”相關(guān)的負面事件仍頻頻出現(xiàn)，歐洲最大核電站扎波羅熱核電站在俄烏沖突中遇襲，日本東京電力公司核污染水排?！豢煞裾J的是核能作為一種清潔、經(jīng)濟、可靠的能源，能夠在生產(chǎn)大量電力的同時不影響全球氣候，達成碳中和目標。

近年來，中國對核電安全的標準不斷提高，同時致力于更安全的核電技術(shù)研發(fā)。具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果“華龍一號”就是中國核電走向世界的“國家名片”。它在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以“177堆芯布置”和“能動與非能動相結(jié)合”為主要技術(shù)特征，充分保證了電廠安全性、經(jīng)濟性和先進性。

展廳中的展品“華龍一號”則真實模擬了其工作的步驟。參觀者通過觀看鑲嵌在反應(yīng)堆內(nèi)的回路、堆腔注水、交換器、壓力容器的LED屏幕，操作4個展臺上的按鈕或者推桿，分別啟動相應(yīng)的工作步驟，可以親自體驗“華龍一號”是如何工作的。

展品檔案

展品名稱：永續(xù)動力一核聚變

展品介紹：核聚變，又稱核融合、融合反應(yīng)、聚變反應(yīng)或熱核反應(yīng)。核是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓）讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更大的原子核（如氦），中子雖然質(zhì)量比較大，但是由于中子不帶電，也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來的就是巨大的能量釋放?？茖W(xué)家正在努力研究可控核聚變，核聚變可能成為未來的能量來源。