隨著科學技術和社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，能源的問題顯得越來越重要。目前，全世界的能源仍以煤、石油和天然氣等化石燃料為主。這些化石燃料儲量有限，同時它們又是極其寶貴的化工原料，可以從中提煉和加工出各種化學纖維、塑料、橡膠和化肥等化工產(chǎn)品。將這樣重要的化工原料作為能源來使用實在可惜。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人類生活水平的提高，世界能源的消耗量愈來愈大。據(jù)估計，全世界石油、天然氣和煤的儲量最多只能供給人類使用一、二百年。因此，擺在人類面前的一項緊迫的戰(zhàn)略任務就是探索新能源。目前研究開發(fā)的新能源主要有以下幾種：
1．地熱能與潮汐能
可利用的地熱資源是地下熱水、地熱蒸氣和熱巖層。地下熱水層一般在地下兩千多米深處，溫度80℃左右。將地下熱水降低壓力使之變成蒸氣(在47.34 kPa時水80℃沸騰)，可推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。
潮汐能利用的是海水漲落造成的水位差。此種能量可以作為動力來推動水輪機發(fā)電。地球上潮汐漲落中蘊藏的能量是巨大的，但建造大規(guī)模的潮汐電站技術上有很多困難，成本也較高。
2．太陽能
太陽每年輻射到地球表面的能量約為5×1022J，相當于目前世界能量消耗的1.3萬倍，可以說太陽能是取之不盡用之不竭的無污染的理想能源。因此，太陽能的收集利用是當代科學家十分感興趣的問題。
目前太陽能利用主要有三種形式。一種是直接利用太陽輻射熱，建成太陽灶、太陽能熱水器，太陽房(用于采暖)和塑料大棚等，或利用太陽能來發(fā)電。太陽能電站是利用集熱器吸收太陽輻射的熱量，其蓄熱材料(液態(tài)金屬)溫度可高達1000℃左右。所吸收的熱量通過熱交換器將水變成水蒸氣推動汽輪機發(fā)電。這種轉(zhuǎn)換方式稱之為光-熱轉(zhuǎn)換。第二種是光-電轉(zhuǎn)換，即利用太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池種類較多，主要有單晶硅電池、砷化鎵電池、磷化銦電池和多晶硅電池等。目前太陽能電池效率還比較低，成本也比較高。它主要用于人造衛(wèi)星等宇宙飛行器作為各種儀器設備的動力。第三種是光-化學轉(zhuǎn)換，即將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換成化學能。綠色植物的光合作用就是光-化學轉(zhuǎn)換，但它還不能完全受人控制。因此，研究各種完全可控的光-化學轉(zhuǎn)換方法也是當今世界重大的研究課題之一。近年來發(fā)現(xiàn)，太陽能輻射到某一光化學反應體系后，能形成動力學上穩(wěn)定的光產(chǎn)物，使光能轉(zhuǎn)化為化學能而儲存起來。另外，在催化劑存在時，由太陽光直接分解水而制得氫和氧的方法也是太陽能利用較有發(fā)展前途的一條途徑。發(fā)展氫能具有獨特的優(yōu)越性。首先，氫的原料是水，資源豐富。另外氫燃燒后的熱值較高，1g氫燃燒后可放出143 kJ的熱量，而1g煤燃燒只有31～32kJ，1g汽油燃燒也只有48kJ。還有氫燃燒生成水，它來源于水又還原于水，是順應自然的一種循環(huán)，不會打亂自然界的平衡。又因燃燒產(chǎn)物無煙塵以及其它污染物，所以氫能又是無污染的清潔能源。
雖然，地球接受太陽的總能量很大，但是由于其能量密度很低，取得單位能量的一次投資大，能量轉(zhuǎn)換效率有待提高。
3．核能
原子核裂變和聚變時都放出巨大的能量。原子核能是一種比較理想的能源。
(1)核裂變能
裂變是較重的原子核在足夠能量的中子轟擊下分裂成較輕原子核的過程。當235U原子核發(fā)生裂變時，分裂成兩個不相等的碎片和若干個中子。裂變過程相當復雜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂變產(chǎn)物有35種元素，放射性核素有200種以上。下面是235U裂變中的一種方式：
能夠進行裂變反應的還有239Pu。
我們知道，1kg煤燃燒時放出的熱量約為3×107J，1kg汽油燃燒時放出的熱量約為4.8×107J，而1kg235U裂變時放出的能量達8.32×1013J，約相當于2800t煤或1700t汽油。
自前蘇聯(lián)1954年建成第一座核電站(反應堆功率5000kW)以來，目前世界上已建成四百多座核裂變電站(每年可減少CO2排放量約為1.5×109t)。核電發(fā)展之所以這么迅速，除了因為化石燃料資源有限以外，還
排放出大量硫、氮的氧化物污染環(huán)境；核電廠排出的廢氣中所含的放射性比燒煤的火電廠少得多，核電廠運行的安全性也比較好。
我國對發(fā)展核電非常重視，在浙江秦山地區(qū)自行設計、建造的第一座30萬kW壓水堆核電站，廣東大亞灣地區(qū)引進的兩套90萬kW的核電機組均已投入運行。秦山二期工程、大亞灣二期工程及其它地區(qū)核電站均在籌建之中。
由于重原子核裂變時產(chǎn)生放射性廢物處理比較困難，主要燃料鈾的儲量也不豐富，開采和提煉又十分困難。因此，原子核裂變能還不是人類最理想的能源。
(2)原子核的聚變能
核聚變是氫的同位素氘和氚在異常高的溫度下結合生成較重的原子核的過程。核聚變需在幾千萬度高溫下進行，且放出巨大的能量(1.698×109kJ·mol-1)，所以核聚變反應也稱熱核反應。核聚變能源具有其它能源無可比擬的突出優(yōu)點。首先，它的原料儲量極其豐富。海水中含有重水，1kg海水含氘0.03g，地球上有海水約1021kg，共含氘3×1016kg。按世界能源消耗2×1020kJ／a計算，約需燃燒106kg氘就夠了。可見地球上的氘可夠人類利用3×1010a(年)，即幾百億年，這是多么巨大的數(shù)字！地球的年齡也不過幾十億年，人類歷史不過幾百萬年�？梢姾司圩兡茉匆坏⿲崿F(xiàn)，浩瀚的汪洋大海將成為取之不盡、用之不竭的人類能源的原料倉庫。
另外，“燃燒”每單位質(zhì)量的核聚變?nèi)剂厢尫懦龅哪芰糠浅４�，這是核聚變能源的又一突出優(yōu)點。“燃燒”1kg氘相當于1000t汽油，也就是說“燃燒”1kg海水和燃燒210 kg汽油所得的能量相當。
其次，核聚變能源對環(huán)境的污染輕，聚變產(chǎn)物沒有放射性，聚變電站運行安全。因此，核聚變能是當今人類最理想的、也是一種最新的能源。
從能量的觀點看，核聚變反應主要有如下兩種：
要使兩個輕核發(fā)生聚變反應，必須使它們彼此靠得足夠近，這樣核力才能把它們結合成新的原子核。但原子核帶正電，當靠得愈來愈近時，它們之間的靜電斥力愈來愈大。要使兩個原子核克服巨大斥力而結合，必須具有足夠大的速度，即需具有足夠高的溫度。對于兩個氘核的聚變反應，溫度必須高達1億度(108℃)，對于氘核與氚核間的聚變反應，溫度必須在五千萬度以上。氫彈爆炸(為核聚變反應)就是由其本身所含的小型原子彈爆炸提供高溫而引發(fā)的。
在核聚變的高溫條件下，物質(zhì)已全部電離形成高溫等離子體。在聚變過程中，需對高溫等離子體進行充分的約束，使其達到一定密度并維持“足夠長”的時間，以便充分地發(fā)生聚變反應，放出足夠多的能量，使得聚變反應釋放的能量遠大于產(chǎn)生和加熱等離子體本身所需的能量及其在這個過程中損失的能量。這樣，便可利用聚變反應放出的能量來維持其自身所需的極高的溫度，而無需再從外界輸入能量。