当前,国际上兴起了一股“绿色浪潮”,冠以“绿色”的众多新名词如雨后春笋,层出不穷。其中,在科学技术领域,出现了“绿色技术”这一新名词。
“绿色技术”是一种形象的说法,实质上是指能够促进人类长远生存和发展,有利于人与自然共存共荣的科学技术。它不仅包括硬件,如污染控制设备、生态监测仪器以及清洁生产技术,还包括软件,如具体操作方式和运营方法,以及那些旨在保护环境的工作与活动。
根据绿色技术对环境的不同作用,可将绿色技术分为三个层次:末端治理技术、清洁工艺、绿色产品。
末端治理技术是指通过对废弃物的分离、处置和焚化等手段,减少废弃物污染的技术,如烟气脱硫技术。清洁工艺是指在生产过程中采用先进的工艺与减少污染物的技术,它主要包括原材料替代、工艺技术改造、强化内部管理和现场循环利用等类型。绿色产品是指产品的消费过程不会给环境带来危害,它主要包括以下几个层次的含义:产品的消费过程和消费后的残余物及有害物质最少化(包括合理的产品体积、合理的包装与使用功能等);可拆卸型设计;产品回收后再循环利用。
绿色技术有四个基本特征。首先,绿色技术不是只指某一单项技术,而是一整套技术。不仅包括生态农业、清洁生产,也包括生态破坏防治技术、污染防治技术以及环境监测技术等,这些技术之间又互有联系。其次,绿色技术具有高度的战略性,它与可持续发展战略密不可分,绿色技术的创新与发展是实现可持续发展的根本途径。再次,随着时间的推移和科技的进步,绿色技术本身也在不断变化和发展。尤其是作为绿色技术根据的环境价值观念会不断发生变化,技术也就会随之变化。最后,绿色技术和高新技术关系密切。高新技术可以在绿色技术中找到许多用武之地,两者互相结合,才能更好地推进人类社会的发展。
人类文明历经沧桑:最早的农业文明破坏了森林、草原等植被,使大片的黄土地裸露,所以人们把它称为“黄色文明”;后来的工业文明造成了严重的环境污染,使天空变得黑烟弥漫,水体变得乌黑发臭,所以人们把它称为“黑色文明”;而现在,人们正努力建设“绿色文明”,呼唤人与自然的和谐相处、环境与经济的协调发展。只有重视绿色技术,不断地研究推广绿色技术,才能使地球恢复青春。
绿色食品
我们所食用的粮食来自绿色的世界,它维持着人类的生存,随着人口的不断增长,过去被人们少用的植物,将通过科学的方法,加工成新的绿色植物食品。
新的绿色植物食品被分成两大类,一在是纯绿色植物食品,即用一种或几种野菜加工而成的。如蒲公英速泡菜、咸味蕨菜、芙蓉黄花饼等。一类是人工绿色植物食品,即通过生物工程学技术制造的各种转基因植物,这些植物通过细胞融合的方法可以在工厂里生产,如现在用马铃薯细胞直接生产的马铃薯、无土栽培的各种蔬菜等。还有许多新的绿色食品在开发中。
人类把纯天然的绿色植物经过科学的加工制造出许多高档的产品,在充分保留植物自身的营养外,又给它增加了新的价值。新型的植物食品,从种植、收获到加工成品出厂都完全是在工厂中进行的,这里有充足的自然光和人造光,有自动浇灌机、锄草机,有制作成品的各种设备,根据用户的需要加工成品、半成品、速食品,一种新的农业生产完全是靠高技术的支持,种植所需的各种条件都能明确地满足,气象资料可从中长期预见中得知,销售信息可从信息高速公路上获得,运输安排有汽车、飞机,只要用户一个电话,所需的绿色植物食品就可立即从货架上调出,运往世界各地。
绿色食品的标准
①绿色食品标准的内容。绿色食品标准分为两个技术等级,即AA级绿色食品标准和A级绿色食品标准。
AA级绿色食品标准要求,生产地的环境质量符合《绿色食品产地环境质量标准》,生产过程中不使用化学合成的农药、肥料、食品添加剂、饲料添加剂、兽药及有害于环境和人体健康的生产资料,而是通过使用有机肥、种植绿肥、作物轮作、生物或物理方法等技术,培肥土壤、控制病虫草害、保护或提高产品品质,从而保证产品质量符合绿色食品产品标准要求。
A级绿色食品标准要求,生产地的环境质量符合《绿色食品产地环境质量标准》,生产过程中严格按绿色食品生产资料使用准则和生产操作规程要求,限量使用限定的化学合成生产资料,并积极采用生物学技术和物理方法,保证产品质量符合绿色食品产品标准要求。
②绿色食品标准的作用。绿色食品标准是进行绿色食品质量认证和质量体系认证的依据。质量认证指由可以充分信任的第三方证实某一经鉴定的产品或服务符合特定标准或技术规范的活动。
质量体系认证指由可以充分信任的第三方证实某一经鉴定产品的生产企业,其生产技术和管理水平符合特定的标准的活动。由于绿色食品认证实行产前、产中、产后全过程质量控制,同时包含了质量认证和质量体系认证。因此,无论是绿色食品质量认证还是质量体系认证都必须有适宜的标准依据,否则就不具备开展认证活动的基本条件。
绿色食品标准是进行绿色食品生产活动的技术、行为规范、绿色食品标准不仅是对绿色食品产品质量、产地环境质量、生产资料毒负效应的指标规定,更重要的是对绿色食品生产者、管理者行为的规范,是评价、监督和纠正绿色食品生产者、管理者技术行为的尺度,具有规范绿色食品生产活动的功能。
绿色食品标准是推广先进生产技术,提高绿色食品生产水平的指导性技术文件。绿色食品标准不仅要求产品质量达到绿色食品产品标准,而且为产品达标提供了先进的生产方式和生产技术指标。
绿色食品标准是维护绿色食品生产者和消费者利益的技术和法律依据。绿色食品标准作为质量认证依据,对接受认证的生产企业来说,属强制执行标准,企业生产的绿色食品产品和采用的生产技术都必须符合绿色食品标准要求。
当消费者对某企业生产的绿色食品提出异议或依法起诉时,绿色食品标准就成为裁决的合法技术依据。同时,国家工商行政管理部门,也将依据绿色食品标准打击假冒绿色食品产品的行为,保护绿色食品生产者和消费者利益。
绿色食品标准是提高我国食品质量,增强我国食品在国际市场竞争力,促进产品出口创汇的技术目标,依据绿色食品标准是以我国国家标准为基础,参照国际标准和国外先进标准制定的,既符合我国国情,又具有国际先进水平。
对我国大多数食品生产企业来说,要达到绿色食品标准有一定难度,但只要进行技术改造,改善经营管理水平,提高企业素质,许多企业是完全能够达到的,其生产的食品质量也是能够符合国际市场要求的。而目前国际市场对绿色食品的需求远远大于生产,这就为达到绿色食品标准的产品提供了广阔的市场。
绿色食品标准构成的体系
绿色食品标准以全程质量控制为核心,由以下六个部分构成。
①绿色食品产地环境质量标准。即《绿色食品产地环境质量标准》,制定这项标准的目的,一是强调绿色食品必须产自良好的生态环境地域,以保证绿色食品最终产品的无污染、安全性;二是促进对绿色食品产地环境的保护和改善。
绿色食品产地环境质量标准规定了产地的空气质量标准、农田灌溉水质标准、渔业水质标准、畜禽养殖用水标准和土壤环境质量标准的各项指标以及浓度限值、监测和评价方法,提出了绿色食品产地土壤肥力分级和土壤质量综合评价方法。
对于一个给定的污染物在全国范围内其标准是统一的,必要时可增设项目,适用于绿色食品(AA级和A级)生产的农田、菜地、果园、牧场、养殖场和加工厂。
②绿色食品生产技术标准。绿色食品生产过程的控制是绿色食品质量控制的关键环节。
绿色食品生产技术标准是绿色食品标准体系的核心,它包括绿色食品生产资料使用准则和绿色食品生产技术操作规程两部分。
绿色食品生产资料使用准则是对生产绿色食品过程中物质投入的一个原则性规定,它包括生产绿色食品的农药、肥料、食品添加剂、饲料添加剂、兽药和水产养殖药的使用准则,对允许、限制和禁止使用的生产资料及其使用方法、使用剂量、使用次数和休药期等作出了明确规定。
绿色食品生产技术操作规程是以上述准则为依据,按作为种类、畜牧种类和不同农业区域的生产特性分别制定的,用于指导绿色食品生产活动,规范绿色食品生产技术的技术规定,包括农产品种植、畜禽饲养、水产养殖和食品加工等技术操作规程。
③绿色食品产品标准。该标准是衡量绿色食品最终产品质量的指标尺度。
它虽然跟普通食品的国家标准一样,规定了食品的外观品质、营养品质和卫生品质等内容,但其卫生品质要求高于国家现行标准,主要表现在对农药残留和重金属的检测项目种类多、指标严。而且,使用的主要原料必须是来自绿色食品产地的、按绿色食品生产技术操作规程生产出来的产品。
绿色食品产品标准反映了绿色食品生产、管理和质量控制的先进水平,突出了绿色食品产品无污染、安全的卫生品质。
④绿色食品包装标签标准。该标准规定了进行绿色食品产品包装时应遵循的原则,包装材料选用的范围、种类,包装上的标识内容等。
该标准要求产品包装从原料、产品制造、使用、回收和废弃的整个过程都应有利于食品安全和环境保护,包括包装材料的安全、牢固性,节省资源、能源,减少或避免废弃物产生,易回收循环利用,可降解等具体要求和内容。
绿色食品产品标签,除要求符合国家《食品标签通用标准》外,还要求符合《中国绿色食品商标标志设计使用规范手册》规定,该《手册》对绿色食品的标准图形、标准字形、图形和字体的规范组合、标准色、广告用语以及在产品包装标签上的规范应用均作了具体规定。
⑤绿色食品贮藏、运输标准。该项标准对绿色食品贮运的条件、方法、时间作出规定,以保证绿色食品在贮运过程中不遭受污染、不改变品质,并有利于环保和节能。
⑥绿色食品其他相关标准。包括绿色食品生产资料认定标准、绿色食品生产基地认定标准等,这些标准都是促进绿色食品质量控制管理的辅助标准。
以上六项标准对绿色食品产前、产中和产后全过程质量控制技术和指标作了全面的规定,构成了一个科学、完整的标准体系。
绿色汽车
环境问题一直是人们关注的一个焦点。当我们面对臭氧层破坏、全球气候变暖、酸雨等世界性难题的时候,不得不对汽车——这一现代社会文明的重要标志做出重新认识。因为汽车在推动我们人类社会大步向前发展,给我们的生产、生活带来便捷舒适的同时,也对自然生态环境的恶化负有不可推卸的责任。当越来越多的人因为拥有了自己的汽车而欢呼雀跃的时候,更多人的健康和生存环境却在不断变坏,不能不引起人们的重视。
有关资料显示,一辆1.5升气缸的汽车,每行驶1千米,就要排出80~100克一氧化碳,10~20克氮氧化合物。按目前全世界汽车保有量6亿计算的话,每年向大气排放2亿吨有害气体,占大气污染总量的60%以上。完全可以说是大气污染的罪魁祸首。我国因为汽车造成的空气污染问题尤其突出。据国际权威机构的20世纪90年代的研究报告显示,在世界150座大城市中,空气污染程度排在前十名的城市我国占了五个,分别是北京、上海、广州、西安和沈阳。而机动车尾气污染是最主要的污染源,因为大约70%的空气污染物是汽车造成的。为了保护生态环境,提高人们的生活质量,世界各国政府相继出台了严格的汽车尾气排放标准,汽车制造商纷纷致力于汽车的环保功能。
此外,面对世界再生资源的日益枯竭,着眼于人类的可持续发展,在追求汽车环保功能的同时,节能也成为人们考虑的重要方面,汽车制造商也看准了这一卖点,在此方面大做文章。2001年前,德国大众汽车公司推出了世界上第一辆“3升车”(即百千米耗油仅3升),当时它创造了纪录,引起了世人的震动。而如今这一纪录早已成了明日黄花。先是丰田汽车公司新推出ES3型的混合燃料车以百千米耗油2.7升的数字让世界又一次震惊;接下来日本大发汽车公司开发的“UFE”轻型混合动力车,创造了每升可行驶55千米的超低油耗。
为了尽可能地降低燃料消耗,世界主要汽车制造厂家将大量高新技术应用于最新车型,例如电子控制燃料喷射技术、高压燃料喷射装置、无级变速装置等,大大提高了燃料的利用效率。
总之,环保和节能汽车成为当前和未来汽车消费者和制造商的共同追求。实际上,汽车环保和节能技术在许多方面是相通的,比如一种新型燃料的采用就很可能实现环保和节能的双重效果。
汽车环保的努力方向
首先,降低噪声污染。汽车在行驶过程中会发出大量的噪声,包括发动机工作噪声和汽车行驶时震动和传动产生的噪声,目前评价和检测的方式主要为车外噪声和车内噪声两种。对于一般的轻型车而言,要求小于85分贝,以免噪声污染。
其次,减少排气污染。主要指从汽车发动机排气管排出的废气。根据汽车发动机的种类不同,其污染物的成分也不同。汽车排气污染是汽车的主要污染源,也是汽车环保的一个最主要方面。
再次,控制蒸发污染。这主要是针对汽油车的汽油蒸发。汽油是一种挥发性极强的物质,在挥发物中含有大量对人体有害的成分,所以在对汽车的环保控制中,增加了对燃油蒸发物的控制项目。
最后,避免曲轴箱污染。这是指在发动机的曲轴箱内,从发动机活塞环切口泄漏出来的未完全燃烧的可燃性气体,它含有一氧化碳等对人体有害的成分,因此决不允许发动机曲轴箱内有废气排入大气中。
“绿色汽车”成员多
目前世界主要汽车生产厂家相继开发出了电动车、混合动力车、天然气车、甲醇燃料车等多种低污染甚至零污染新车型。美国通用汽车公司的“Hydrogen3”以压缩液氢为燃料,在不需要辅助电源的情况下就可以发动行驶;丰田公司开发的“FCHV4”型汽车,把燃料电池安装在混合动力车上,利用燃料电池提供动力;戴姆勒-克莱斯勒公司的“Necar5”使用甲醇作燃料电池的燃料,在日本的试车距离已经超过了1300千米;德国宝马公司的“745hl”使用汽油和氢气作燃料,同时还安装了燃料电池,最高功率可达135千瓦,最高时速为215千米。美国一家公司开发出控制发动机排放物的新技术,在减少废气排放物的同时,继续保持了发动机原有的工作性能和可靠性,具有环保、高效的效果。发动机用户只要花费少量的开支,略微改装一下零部件,就可以使新技术很好地与发动机内部的电子部件核燃料系统相互协调运作。改装后的发动机安装更为简便,噪音可以减少50%。
在科学家的努力下,“绿色”汽车可以说是家族大,成员多,下面就让我们深入它们的家族内部看个仔细。
无烟燃料
给城市带来巨大污染的燃油总有耗尽的一日。如何获得一种富有使用前景和清洁的新能源,是人们一直在尝试的方法。目前已初步被人们用于21世纪汽车能源的主要方面有甲醇、氢气、乙醇、电能等无烟燃料。
路面上行驶的大型电车和小型电气自动车将来代替石油而应用于汽车上的燃料很有可能是甲醇、压缩天然气等。压缩天然气在室温下是气体,不适用于不出产天然气的国家。而甲醇不受地区限制。如果把柴油汽车的燃料箱及油泵镀上一层锌,并在燃烧方法上稍加改良,那么现在的柴油汽车就可直接作甲醇汽车使用,加速性能也不错。用甲醇或是用汽油均可行驶的FFV车已由日本日产汽车公司开发成功。该车在燃料箱上装备可检测甲醇浓度的传感器,并配有能自动调节与汽油、甲醇混合比相适应的点火时间及燃料喷射量的装置。日产汽车公司认为这种甲醇-汽油并用车有很好的市场前景,但却排出有害的乙醛,目前尚无法解决。
天然气汽车一次充气在普通公路上可行驶200千米,同甲醇汽车的性能差不多。而排出的二氧化碳量是汽油汽车的70%~80%,氮氧化物的排出量是柴油汽车的一半。到1993年10月,共有176辆登记注册。但设置充气站会使整个成本升高,有待进一步研究。
从对环境的影响程度来说,氢是一种理想的燃料。但因为氢气是在石油、煤、天然气等基础上制成的二次能源,而且在室温下也是气体,所以使用起来既不方便,也不经济。除非将来能够通过水的电解等方法制造出大量物美价廉的氢,否则氢气汽车就无法实现大批量应用。
能够从许多植物中提取的乙醇,是未来汽车可以选择的另一种燃料,巴西已经从80年代初期开始应用了。具有广阔的使用前景。
以氢为燃料的汽车
1991年7月,第一辆以氢为燃料的动力车在美国堪萨斯州试车。结果表明,新车可将氢能的60%~80%转变成驱动能,普通发动机汽车的汽油能的转化率仅为25%~30%。燃料电池是车体的关键部件,是由美国堪萨斯州科学院的罗杰·比林斯博士经过5年研究发明的。电池呈圆柱形,重量为45千克,寿命为25万千米。起着从普通水中提取氢和将氢转变为电能的双重作用。日本东北电力株式会社研制的以氢燃料电池为动力的小型汽车其结构中央是氟化塑料薄膜,薄膜处在两个电极之间,电极又夹在两个气室之间,电池的工作方式与普通电池相同。从水中提取氢的过程,是将电充入电池中,从而将水分解为氢和氧。氢贮存在与气室相连的贮气罐中,罐内充满了颗粒状的铁和钛氧化物,这样氢气不会点燃或爆炸。燃料电池可连续8个小时从普通水中提取氢。每次可处理两加仑水,提取的氢可供新车行驶500千米。目前,难以但因制取氢气的成本较高,这种新型车实现商品化。英国煤气公司开发了一种便宜的提取氢气的方法。它的燃料氢气将在车体内由甲基环乙烷发生反应获得,所获氢气为传统的发动机提供动力。氢气在车行走过程中产生并被应用,无需贮存。英国贸工部已宣布支持一个为期5年,投资1100万英镑的项目以开发这种车。
混合动力汽车
为了减少汽车对空气的污染,人们采用了各种方法。比如每周确定特别的日子禁止汽车上街,或是根据汽车牌号是奇数还是偶数来隔日行驶。事实上,从1970以来,汽车尾气的排放已经降低了95%。结合电动汽车和汽油发动机优点的混合动力汽车,可以使汽车尾气的日本产的TUI-X型汽车,使用汽油和甲醇的混合燃料。它可提高冷却效果和降低燃料费排放降低更多。与同级别的普通汽车相比,它的能耗减少了90%以上,大大提高了燃料效率,专家对混合动力汽车的前景非常看好。
丰田汽车公司最新推出的Prius混合动力汽车,其混合动力系统由一台汽油发动机和一台电动机并联组成,并与一组蓄电池组相连。该车不需要外部充电,电能完全靠自身供应,只需向油箱加注汽油即可。这种车由发动机和电动机共同驱动。当全速行驶时,电动机全力辅助发动机的驱动工作。除了一边行车一边发电外,减速时动力回收再生制动器可将机械能转变为电能储存在蓄电池中。最为神奇的是,不管是启动、行车还是加速,系统可以自动判断并控制如何最有效地利用汽油和电能。比如启动时,靠电动机驱动,因为汽油机启动时排放量大;遇上红灯时,发动机会自动停止,避免以往的空转现象和无效排放。与同类的单纯汽油车相比,Prius的油耗仅为3.6升,降低了一半,二氧化碳的排放量也相应地减少了一半,其他有害气体排放降低了90%,目前该车已经投放市场。
日本本田公司也于最近推出了J-VX复合概念车,该车在新型1.0升直喷3缸高效发动机上装有一个超薄电动机作为辅助动力源。这种复合式集成电动助力动力系统,为跑车提供了充足的动力,也使其油耗和废气排放都降到了极低。
绿色电冰箱
电冰箱是一种普及型家用电器。随着容量的加大和功能的增加,电冰箱的耗电量越来越大。据统计,美国电冰箱的用电量约占家用电器用电总量的16%,在欧洲约占25%。电冰箱的氟利昂发泡剂和制冷剂是破坏臭氧层的有害气体。
为了节省用电,也为了减轻大气污染,研制绿色冰箱正成为世界各国关注的问题。绿色冰箱主要着眼于解决以下问题:采用各种低氟无氟工艺取代现有氟利昂工艺;研制新型制冷系统;改进冰箱的内部结构,提高制冷效果。
绿色电冰箱的隔热材料
隔热材料是指冰箱外箱(钢板)和内箱(ABS树脂)之间箱体夹层的一种保温材料。最常见的是采用隔热性能好的发泡剂制作的泡沫材料。
氟利昂11易于发泡,热传导率小,隔热效果好,作为冰箱隔热材料的发泡剂一直被广泛应用。每台冰箱平均需1千克发泡剂氟利昂11.
1974年,科学家们提出了氟利昂中的氯破坏臭氧层的理论,并于1985年首次在南极上空观测到臭氧层空洞。大气中的臭氧层受到破坏以后,过量的紫外线到达地面,使人类和动植物受到严重威胁。降低人的免疫力,使传染病的发病率增加,损伤眼睛,引起白内障,使皮肤癌发病率提高,还会毁灭作为海底食物链基础的浮游动植物。大量使用氟利昂物质,破坏大气臭氧层是对全球环境最严重的威胁之一。
基于这种原因,全世界发起了对氟利昂的禁用。相继形成了《保护臭氧层公约》(维也纳,1985年),《蒙特利尔议定书》(1987年),《蒙特利尔修定议定书》(伦敦,1990年:哥本哈根,1992年;维也纳,1995年)。发达国家已从1996年1月1日起停止使用了氟利昂11,发展中国家也在2000年左右停止了使用这种物质。
目前对于氟利昂11的替代主要有两种方案,即HCFC-141b方案和环戊烷方案。HCFC-141b同氟利昂11相比,HCFC-141b的臭氧破坏潜能值小,全球升温潜能值也小。但是,HCFC-141b中仍含有氯原子,不能够成为氟利昂11的最终替代物。将于2020年在全球停止使用。
此外,同氟利昂11相比,HCFC-141b的气体热传导率大10%。对树脂的溶解性也大,对冰箱内胆ABS板材有腐蚀,需采用双层拱挤板或改性ABS板,这样会增加费用。另外,在泡沫的物理性能方面,HCFC-141b泡沫的强度低,需要改进原有工艺。
为此,在欧洲,德国首先采用了环戊烷方案,随后意大利、荷兰、英国和北欧的瑞典、丹麦、挪威等国部分采用了环戊烷方案。采用与环戊烷类似的正、异戊烷作为发泡剂的方案也已经开始实施。正、异戊烷的发泡强度和流动性都比较好,资源丰富、成本低。
环戊烷和正、异戊烷虽然不属于氟利昂,对臭氧层没有破坏,但导热系数比HCFC-141b高,隔热性能略差。美国在这个问题上认为:环戊烷等物质是一种效率比HCFC低得多的隔热物质,使用这种物质将使冰箱能耗增加10%~20%,对全球变暖产生促进作用。而欧洲作为环戊烷类物质的支持者则认为:这种冰箱抗老化性能较好,就整个生命周期而言,隔热效果与HCFC大致相同,能耗仅多2%~4%。
欧洲经过几年实践,对于环戊烷替代氟利昂11,在冰箱的能耗、成本、生产使用安全、维修、生产自动化水平等方面积累了丰富的经验。如德国博士——西门子公司的制冷器具厂年产冰箱200万台,原CFC-11年消耗6500吨,后改用环戊烷生产中采取了严格的通风、隔离、防爆、防静电、报警等措施,已经顺利生产了500万台环戊烷发泡的电冰箱。
对于其他隔热方式的研究正在继续。欧洲的一些冰箱厂开始采用真空隔热技术,真空隔热的原理同保温瓶一样,在塑料或钢板之间抽成真空,通过加入填料可以提高真空板的隔热性能。填料有玻璃纤维、硅藻土、硅石等。采用箱中套箱的方法能够更进一步地提高隔热效果。
绿色电冰箱的制冷剂
制冷剂在冰箱的制冷回路中循环,通过抽空、充注、蒸发、压缩等工艺,完成吸热和放热,实现冰箱制冷。
氟利昂12作为一种安全高效的制冷剂用于电冰箱已有60多年历史,是经过多年筛选的最优制冷剂。每台冰箱平均需要制冷剂约0.2千克。由于氟利昂12属于臭氧消耗物质和温室效应气体,同氟利昂11一样受到禁用。目前的主要替代物是CFC-134a,欧洲从1992年开始采用CFC-134a。但是,除了不破坏臭氧层、不可燃、原料生产已具规模的优点外,CFC-134a也有许多问题。采用CFC-134a后冰箱能耗会增加,由于它对矿物油的不溶性,需要改用酯类油作润滑剂,又由于它的吸水性容易在系统中造成冰堵现象,所以生产过程要求严格控制水分和零部件矿物油含量,造成生产麻烦,费用增加。
此外,还需要专用的压缩机,采用与CFC-134a不溶的辅助材料,使维修成本上升,同氟利昂12相比,冰箱制冷性能下降5%~10%,而且CFC-134a也是一种温室效应气体,全球升温潜能值为二氧化碳的1200倍。
欧洲一些企业认识到CFC-134a方案带来的麻烦,在绿色和平组织的支持下,纷纷转向R600替代方案。R600即异丁烷,作为制冷剂有许多优点:臭氧破坏潜能值和全球升温潜能值均为零;无毒无污染;制冷效率较高,每台冰箱仅需罐注两个打火机的量即可;运行压力低,噪声小,能耗降低5%~10%;与水不发生化学反应;不腐蚀金属;与氟利昂12的润滑油完全兼容。异丁烷的主要缺点是它的易燃易爆性,燃点低,爆炸极限为空气中体积含量百分比1.8%~8.4%。
德国首先成功地将异丁烷作为制冷剂用于直冷式电冰箱中,其他欧洲国家也已广泛采用。欧洲已经生产和销售了数百万台用R600作制冷剂的电冰箱。
总之,到目前为止,还没有一种替代方案可以被认为是最终的替代方案。无论在欧洲,还是在美国、日本,都在进一步研究和开发。各种替代方案同原来相比,在冰箱的生产和使用方面都还存在这样或那样的问题。
绿色电冰箱的压缩机
采用兰金循环的直线式压缩机
电冰箱一般采用蒸汽一压缩循环,即所谓的兰金循环。系统由一个蒸发器和一个压缩机构成。流体制冷剂在蒸发器内从高压状态向低压状态移动,逐渐变成气体状态,压缩机提高制冷剂的压力和温度,用一个冷凝器释放出热量并使制冷剂回到液体状态。在这个过程中,压缩机通过一根曲轴和连接杆连到电动机驱动装置。
美国正在开发一种兰金循环的直线式压缩机,即采用直线式运动电动机,连接到压缩机的活塞上,不需要采用曲轴和连接杆。这种方法的优点是:运动部件少,不需要油作润滑剂,容易调整制冷能力,简单地改变驱动电压就可以调节活塞的运动幅度,从而改变从制冷剂中释放出来的热量。华盛顿环保局进行的估算表明:这种压缩机在美国电冰箱厂广泛使用之后,每年可使电厂的二氧化碳排放减少9.1×109千克。
单压缩机/双蒸发器的洛伦兹循环
对于兼有冷藏室和冰冻室的冰箱,一般采用双压缩机系统:一个压缩机用于冷藏室,另一个压缩机用于冷冻室。单压缩机/双蒸发器的洛伦兹循环也具有双压缩机的相应优点,它采用具有不同蒸发温度的混合制冷剂。
这种系统省电的原因是因为冷藏室在较高的温度下制冷,处于较为有效的工作条件下,只有冷冻室才工作在效率较差的低温条件。美国马里兰大学正在开发一种先进的洛伦兹循环冰箱,将使电耗减少20%左右。
采用斯特林循环的制冷装置
在这种制冷装置中,制冷剂始终保持在气体状态。压缩时变热,膨胀时变冷,气体永远不液化。这种装置采用的电机与直线式压缩机中使用的电机相同,再配以真空隔热,能耗显著降低。据一家欧洲公司称:在具有超级隔热壁的电冰箱中安装的斯特林制冷机,功耗小于8瓦,全年耗电不到70千瓦时。
变频控制
日本三菱电机公司的MR-JF48D,MR-J45R两款冰箱采用变频式电动机控制压缩机。通常转速为3000转/分,夜间或白天无人开门时,转速降为2700转/分。
当放入食品需急冻或制冷时,转速升高为3600转/分。采用变频控制以后,MR-JF48D冰箱的耗电量由以前的75千瓦时/月降到52千瓦时/月;MR-J45R冰箱耗电量更是由71千瓦时/月降为36千瓦时/月。
新型冰箱
光能冰箱
法国最近研制成功一种不用电的“光能绿色冰箱”。冰箱内设有太阳能电池,直接利用太阳能制冷。
其工作原理是:在低温时,活性炭吸附甲醇,当甲醇蒸发时,吸收冰箱中的热,使冰箱中的水温降低,当降到0℃时,水就结成冰。白天,阳光接收器吸收太阳能,使活性炭温度升高,释放出甲醇,甲醇变为液体流回储存器。夜晚,外界温度降低,活性炭周围压力减小,将循环冷却系统的甲醇抽回,再次被活性炭吸附。
声能冰箱
采用立体扬声器产生声波,用声波压缩和膨胀装在塑料板内冷却管中的氦和氩混合气体。作为热交换器的塑料板从压缩的气体吸收热量并将热量沿着内部的管道传到冰箱外。在膨胀阶段气体冷却并从冰箱内吸收较多热量。
与此类似,还有一种变害为利的噪声制冷冰箱,其外形呈圆筒状,圆筒外面是玻璃纤维板,筒内充满无公害的惰性气体。筒的一端被封闭,另一端则是振动膜片盒。膜片盒与音圈、导线和磁铁相连。当多种噪声的声波作用于弹性膜片盒时,迫使筒内气体膨胀,产生的热量由玻璃纤维板迅速散失,达到降温制冷目的。
氢氧化物“冰箱”
俄罗斯劳动保护研究院研制成功一种可带在身上的“冰箱”,适于在高温环境下工作的人员使用。这种“冰箱”只有手掌大,用氢氧化钠溶液配制成制冷剂,制冷剂包在塑料药膜内。“冰箱”每充冷一次,可持续使用4小时。
铁电冰箱
以色列拉脱维亚大学研制出一种不需要压缩机,没有任何机械部件和不耗电的冰箱。这种冰箱是由铁电体构成的薄片系统,铁电体是铅和稀土元素的化合物,能直接在电场作用下升温和降温。
磁热冰箱
美国的科研人员根据磁热效应的制冷原理,研制出“磁热绿色冰箱”。这种冰箱虽然也用电作为电源,但不装压缩机,不用氟利昂。体积小、耐用,效率比现有冰箱提高1倍。其工作过程是:用镓等磁性材料制成的小珠填满一个空心圆环,绕轴旋转,转到冰箱外侧的半个环,受到磁场的作用,放出热量;而转至冰箱内侧的半个环,由于失去磁场的作用,从冰箱内吸取热量。磁性材料制成的小珠填满的圆环不断循环,使冰箱保持冷冻的状态。
帕耳帖冰箱
比利时的研究人员研制出一种应用超导材料的帕耳帖效应制冷的冰箱。冰箱外壳由两层金属板组成,中间夹一层以镧和钇为主的陶瓷材料,通电后产生帕耳帖效应:冰箱的外层金属面升温,而作为冰箱内壁的金属面冷却,从而达到制冷目的。
蓄氢合金冰箱
日本三洋电机公司开发出一种蓄氢合金制冷冰箱。这种冰箱的制冷系统利用蓄氢合金吸收和放出氢气时的放热吸热机理设计而成。
电子冰箱
这种冰箱内装有两种不同的半导体,利用电子冷却方式达到制冷和冷冻的目的,可把冰柜内的温度控制在5℃。冰箱的噪音只有18分贝,比普通冰箱小得多。
沼气冰箱
日本研制出一种用沼气作能源的冰箱。这种冰箱的压缩机用沼气作能源,运行实现自动控制。适合在没有电源的边远农村或牧区使用。
抽屉式冰箱
德国最近研制成功一种双压缩机抽屉式冰箱,其功能等于两台冰箱。这种冰箱和常见的单压缩机冰箱完全不同,它的冷冻室可超冷快速冷冻到-40℃。使食物的色、香、味保持不变。
此外,冷冻柜采用抽屉式,有3~6个相互隔离的抽屉,冷气不容易外泄。抽屉内的温度在外面有显示,需要哪个就开哪个,不会影响别的抽屉。
生态时装
伴随着人类饮食的“回归自然”热,人类的穿着用料也开始“回归自然”。用棉、麻、毛、丝绸等天然织物制造的时装日益流行,特别是在一些发达国家和地区,“生态时装”和“绿色衣服”已成为时装发展的新趋势。
用天然材料生产,且在生产加工过程中不产生污染的衣服可称之为“生态时装”。“生态时装”不仅可以提醒人们时刻关注周围的生态环境,而且有助于松弛神经、防止瘙痒,使穿着者皮肤健美,心情舒畅。巴黎的时装已逐步退回到20世纪40年代,流行用天然织物制成的上衣和束腰长裤,人们特别喜爱方格花布、斜纹粗布、卡基布和其他各种棉布。
香港的时装界近年来推出了一系列的“环保时装”,特别是以有色棉布为原料织出的花布成了环保时装的绝佳面料。因为它不需印染加工,大大减少了污染。衣服上的金属配件如拉链、别针等都采用不锈合金制成,不需电镀,以避免产生大量的有害残余物。纽扣则采用“玻璃纽扣”和“椰壳纽扣”,丝绸服装自前些年风靡世界之后,经久不衰。越来越多的人认识到,丝绸服装不仅穿着美观舒适,还有益于健康。
阿根廷的科研人员研究用植物鞣革法生产皮鞋,加上采用天然色素和粘胶剂,便可生产没有污染的绿色皮鞋,在目前的鞣革和制革技术中,除了使用铬以外,还有其他污染环境的成分,如甲醛、乙酰胺、含苯胺色素、粘合剂、尼龙线和含镍金属饰物等。
新的生产过程完全采用天然材料,以植物鞣革法生产鞋底和鞋面皮革,全部用棉线缝制,粘接和上色全部采用水制粘胶剂和天然色素等。植物鞣革法使用的物质是从坚木和含羞草中提取出来的,这些物质是可以再生的,对它们合理砍伐,不会毁坏森林。
除了种种环保健康面料外,近几年世界上还兴起了各种垃圾时装热,1994年,在日本大阪举行时装节的开幕式上,一种以塑料瓶材料制成的聚酯纤维服装登台亮相。这套由日本资深设计师古川设计的名为“热爱地球”的时装,得到了广泛好评,数10家跨国时装公司愿与古川联合开发并制作销售,以迎合消费者的环保体验需求。
在中国上海的一家化工设备公司,在1999年开始将废弃的可乐、雪碧塑料瓶收集起来,经特殊加工后生产出毛花呢、毛巾绒线和无纺布等产品。1999年6月5日,在上海外滩举行的世界环境日活动中,众多模特儿还身穿旧报纸等废品制作加工的服装登台亮相。
在关爱自然、关爱自己的世风下,流行、时髦也开始与环保同步。多个时装发布会上的服装在面料和色彩上都突出环保概念,使环保服装与生活紧密接触。时装店里的衣架上最多的颜色变成了米、棕、褐与黑、白、灰等天然色;设计师将很大一部分精力转到了粗布衣和宽松衫等休闲风格上;主流面料变成了尽管成型性不是很好却贴身的棉、麻、丝。时下的欧洲服装业认为:“摩登加环保等于销售额”。这意味着环保概念服装也许将成为今后相当一个时期内的服装消费热点。
生态纤维
大型纤维厂家相继着手开发“生态纤维”并在植物再生利用方面获得了成功。这种研究成果将进入商业化阶段。
竹子是一种天然材料,它具有防菌和产生负离子的功能,而且2至3年即可形成一个成长周期,因此即便是进行砍伐也不会对生态环境造成巨大影响。为此,日本东丽公司着手对这种天然材料进行了开发。该公司开发出的名为“爽竹”的产品,是由20%以上的竹纤维和聚酯等合成纤维结合而成的复合品,据说已经有几家公司预定将其用作服装原料。预计3年后这种产品的销售额将达到大约35亿日元。
在海地,每年在采摘香蕉后都会产生大量的香蕉杆和茎,这些东西成为产业废弃物。日清纺织公司得知这一情况后,从两年前开始对如何有效利用这些废弃物进行研究。与棉和化纤相比,香蕉纤维不仅光泽好,而且具有很高的吸水性。该公司开发出了30%香蕉纤维与70%棉相结合的混纺线。
与以石油为原料的化学合成原料不同,植物生态纤维是一种天然材料,对人体的刺激小,即便是在成为垃圾时也不会对环境造成负面影响,因此越来越受到人们的注目。
目前已经进入实用化阶段的有以玉米为原料制成的纤维,这种纤维已作为衣料而销售。
防辐射织物
科学家创造出世界上第一种防辐射织物:这种织物的防辐射性能就像铅做的衣服一样好,但重量只有铅的若干分之一。
这种新型织物称作“戴姆龙”,它无毒无铅,混合在两层机织布料之间。
《新科学家》杂志说:“戴姆龙的用途非常广泛,从轻便的全身防护服(它使穿着者得以在高辐射地区灵活地移动)到飞机和宇宙飞船使用的保护帐篷和防辐射内衬等不一而足。”
传统的防护服只能抵抗α射线,而这种由设在佛罗里达的辐射防护技术公司研制的新型织物还能阻挡β射线和γ射线。
这种织物最初的设计目的是,保护在手术室工作的医护人员免受X射线的辐射;但发明者认为,它也能用于核工业。
但是,英国核燃料有限公司的雅尼娜·克拉贝说,要真正检验这种织物的性能怎样,还要看它能提供什么程度的保护以及它在接受辐射时有哪些反应。
动物蛋白质纤维内衣
牛奶所含蛋白质与人体最为谐调,用这种纤维制成的内衣不仅充满奶的润滑,而且轻盈、柔软、透气,能和肌肤亲若一体。
许多女孩子都会对“用牛奶洗澡”这句话津津乐道。用牛奶洗澡对普通人未免太过奢侈,不过,用牛奶制成内衣裤,让女孩子们的肌肤天天和牛奶相亲,已不再是非分之想。
牛奶内衣裤使用新鲜牛奶,经过压缩,脱去水分,分解掉脂肪,将剩下的牛奶蛋白通过特殊工艺制成牛奶纤维,再纺织制成各式贴身衣物。
由于“牛奶内衣裤”是用百分之百牛奶纤维制成,含有丰富的蛋白质,因此穿着时轻盈柔软,透气性强,非常舒适,又便于洗涤,一晾即干,比一般内衣更耐用,而且破损丢弃后数天即可为虫蚁蛀蚀消化,生产和使用过程都符合环保要求。
这种牛奶服装自1994年出现的时候,在日本和东南亚市场广为流行,近期又经香港进入广州、上海等市场,成为俊男靓女们又一新的消费时尚。
水肤纤维
在高科技的推动下,人们的追求已超过单纯的舒服,而环保加健康,穿衣就是保养,成为服装面料追求的新境界,水肤纤维就是这种进步的成果。
水肤纤维的特点是,在穿着5小时后,直接和水肤纤维接触的皮肤就会变得细白柔嫩、光滑有弹性。因此,水肤纤维在日本,被认为是经济的可穿的化妆品。
水肤纤维这种肌肤保湿纤维,实际上是利用内衣接触人体的机会,在经过特殊处理的高弹棉布料中,添加了护肤品——长效角鲨烷(常见的深海鱼油里富含这种物质)。角鲨烷是使肌肤柔嫩的关键,用它制成具有保湿、供养、活化细胞作用的水肤纤维,不但具有不可思议的柔细触感,而且穿着水肤纤维3~5小时后,皮肤就会因角鲨烷的亲和、渗透性,使肌肤倒渗出的汗水和油脂得到及时吸收并减少分泌量,使皮肤变得滑嫩而且更具有弹性。
绿色包装材料
从包装材料的特点出发,它要求材料在性能上要具有保护性、加工性、商品性、适用性、卫生性以及经济性等要求,但从环境角度考虑,它要求材料必须具有良好的环境协调性,即提倡绿色包装。
绿色包装发端于1987年联合国环境与发展委员会的《我们共同的来来》文件,它又被称为环境之友包装、生态包装。它是指对生态环境和人体健康无害、能源循环和材料再生利用,可促进持续发展的包装。简言之,绿色包装是社会效益与经济效益的统一。
如果是绿色包装,它应该具备以下几方面功能:易收回,可循环利用,资源可再生;易降解,不产生环境污染;生产时节约材料与能源;燃烧时不产生污染大气的化合物。
这里应该强调的是,绿色包装的概念是一个可变的概念,它的标准随科学技术的发展与生产力发展水平的发展而变化。如普通塑料需要200~400年方可降解。而纸质模塑仅有7天或是两周即可降解,后者可称得上是绿色包装。但随着技术的发展可能会出现一些更节约能源、材料,降解期更短的一些材料,纸质模塑可能就不再是绿色包装材料了。
此外,绿色包装材料还取决于本身特点和其所在外部条件。例如欧盟禁止使用纸、金属复合材料作为包装材料,因为它难于分离、回收和利用,将其排除在绿色包装材料之外;而日本最新研制了一种技术,可以把铝箔或聚乙烯从纸上剥离下来,这样就叫已达到易于回收再生利用的目的,它便可以算作为绿色包装材料生产。
目前,国际上要求包装符合4R原则,即减少材料使用量(Reduce);增加容器再填充量(Refill);回收循环使用(Recycle);资源再生(Recover)和材料的可以降解性(Degradable)。建立绿色包装体系已成为世界贸易组织的要求,它日益成为通过贸易壁垒的重要途径。
纸制品替代塑料餐具包装
专家预言,21世纪的绿色产品生产和营销将成为世界营销的主流。塑料制品在给人类带来便利的同时,却也产生了大量的“白色污染”,这已经成为当今世界的重大社会问题。
幸运的是,人类已开始向“先污染后治理”的环境老路发起挑战,发展绿色环保产品,消灭白色污染已成为全人类的共识。目前从国际上看,凡是塑料制品包装物均难以进入国际市场,欧美许多国家已明令禁止使用塑料包装和泡沫塑料餐具。
从国内状况看,各级政府,如杭州、福州、武汉、广州、成都、厦门、汕头、长春等城市及铁道部和交通部亦纷纷颁布法令,禁用不可降解的泡沫塑料快餐具。
当前,一场全球塑料包装制品的变革正在逐步兴起,“以纸代塑”的绿色包装已成为世界包装业的发展潮流。正是在这种大趋势下,一种新型的绿色餐具,即纸浆模塑餐具诞生了。
纸浆模塑快餐具是我国首创的新技术、新产品,是目前流行于国内市场的泡沫塑料快餐具的换代产品。纸浆模塑快餐具是以纯植物纤维浆料为主要原料,采用先进技术和科学工艺模塑成型。该项工艺改变了传统纸盒以造纸折叠成型,而运用甘蔗纸浆模塑成型的方法,攻克了植物纤维强度差的弱点。在防水防油方面也改变了西方国家所采用的喷涂方法,而是将防水助剂放在化浆工艺阶段,让助剂吸附在植物纤维上再进行热压成型,减少喷涂工艺,增加产品强度。
与西方国家的纸质餐具工艺比较,国外采用木浆做原料,用纸板冷压成型餐具只适合于盛装西餐凉干食物,不具备盛热食、汤食的防水、防油、耐热等性能,不太适合中国人的饮食特点。而纸浆模塑工艺生产出来的快餐具,能适应中国人的饮食习性,并具有无毒无味、防水阻油、抗压抗拉、方便适用等优点,经有关卫生质检部门检测,各项指标均达到国家食品包装卫生标准。
其生产工艺配方成熟,设备运行稳定,每条生产线日产量均在5万~10万只左右。整个生产过程无污染。为了不损害森林资源,该产品原料不用木浆而主要采用草浆,原料主要有芦苇、稻草、麦秆、甘蔗渣等。我国北方和南方可因地制宜采用芦苇和甘蔗纤维浆料为原料。这样,产品来源于自然,回归于自然,废弃物可回收再利用。即使不回收,这种植物纤维在短期内也可自行降解,养田沃土,有利生态平衡。从根本上解决“白色污染”这一社会公害。
目前,国内有许多企业,正投资兴建纸浆模塑餐具生产基地,积极响应政府号召,以科技为先导,以环保为己任,开发环保产品,治理白色污染,经济和社会效益显著。
当今,在治理白色污染的环保产品中,出现了一种可降解塑料,即光降解塑料和生物降解塑料。但降解塑料与非降解塑料之间的区别,无非是物体几何形状的变化,不能从根本上解决塑料分子的白色污染问题。
在推广降解塑料制品和纸质餐具的过程中,不少专家以二者进行多方面的比较,观其利弊。
从生产的全过程来看,二者的原料生产过程,即塑料和纸浆的生产都存在着较大污染;二者制品的生产过程,纸浆的模压过程没有污染,而塑料制品的生产采用氟利昂发泡则对大气形成污染。
二者制品的消费过程,污染程度则更有天壤之别。塑料制品要经过数百年才能消纳,危害生态环境;纸质餐具只要数月就为环境消纳。
分析二者制品的环境效益:前者有治标的效果,后者则有治标又治本的效用。
塑料制品作为包装物,它具有防水、防油、强度好、材质轻等诸多优点,不失为耐用包装的好材料。但作为一次性包装物如快餐盘,其不易降解的缺点却难以为人们所接受。而一次性纸质快餐具的易降解、易回收、易处理的特性,与泡沫塑料餐具比较,其环保性能具有不可比拟的优点。
无论是塑料餐具制品和纸质餐具,废弃物都存在着回收、利用、处理的问题。以目前阶段的科技水平,人们对泡沫塑料餐具及包装物的回收利用还缺乏行之有效的办法。当前,各城管部门普遍采用的还是传统的焚烧和填埋办法,这种处理的后果或污染空气或污染土壤。
目前人们对于纸质餐具及纸质包装物的回收利用拥有先进的手段,并具有良好的效果。国内废旧纸张和纸盒的重新造纸、生产已为企业带来了新的效益增长点,并呈现出良性循环。
环境降解材料
材料在自然环境作用下,经过自然吸收、消化、分解,从而不产生固体废弃物的一类材料称之为环境降解材料,如某些天然的木材、植物、某些人工合成的塑料,它们都是降解材料,但目前的研究主要集中在对塑料的降解上。
塑料材料具有许多优异的特性,因此它被广泛应用于国民经济的各个领域。在短短的几十年里,塑料工业得以迅速发展,尤其是一次性使用塑料制品,如食品包装袋、塑料袋、农用薄膜等的广泛使用,使大量的塑料废弃物留在公共场所和海洋中,或残留在耕地的土层中,严重污染人类的生存环境,成为世界性公害。估计世界年废弃塑料量达2000多万吨。
我国的情况也是如此,据1996年不完全统计,我国的塑料制品产量已达800万吨,以包装为例,年塑料包装材料约占塑料总量的25%,达200万吨,其中一次性包装材料如以1/3计,将有约70万吨的塑料废弃物作为垃圾废弃,在铁路沿线、野外甚至城市垃圾中随地可见废弃的快餐盒、包装袋、塑料瓶、农用薄膜等,不仅影响环境美观,而且危及土壤、禽畜及野生动物,污染水源。
由于废弃塑料在自然界难以分解(普通塑料在200~400年的时间里才能完全分解掉),因而造成了大量的永久性垃圾,(约占固体垃圾的7%~10%)。
据日本对海域的调查,海上漂浮物中60%是废弃的发泡聚苯乙烯和乙烯基塑料。这些塑料垃圾影响市容危害环境,形成巨大的“白色污染”源,造成地下水及土壤污染,妨碍动植物生长,危及人类健康和生存。塑料垃圾造成的环境污染已成为全球性的问题。意大利、丹麦、瑞典及美国的一些州已立法,禁止使用那些“短期使用”的非降解塑料,对使用者加以附加税。我国的一些城市也已做出规定,禁止使用非降解的一次性快餐盘。
处理废弃塑料的方法很多,但归纳起来主要有以下几种:焚烧,在野外或利用专用设备焚烧处理掉;掩埋,探挖深埋;回收利用,作为热能、化学原料和原材料进行回收利用。
以上3种方法都有缺点。焚烧时产生的气体不仅污染大气,而且容易腐蚀设备;掩埋需占用大量土地,对我们这样人多地少的国家尤其不适用,而且易造成土壤和地下水的污染;回收成本太高。因此从环境保护和经济价值方面来考虑,研究和发展降解塑料是塑料发展的必然趋势。
生物降解树脂
生物降解塑料研究会的秘书长大岛一史信心十足地说:“在2002年,生物降解树脂的国内需求约1万吨,是2001年的1.5倍。”该研究会是由石化厂家等约110家公司组建的。
生物降解树脂在土壤中可以被微生物分解成水和二氧化碳,比起聚乙烯等传统的合成树脂,对环境的影响非常小,这也是生物降解树脂的特征。由于消费者的环境意识不断提高,因此以包装材料和食品容器为中心,生物降解树脂的使用正在急剧增加。2001年底,美国嘉吉公司新建了一座年产14万吨生物降解塑料的大型工厂,在日本,嘉吉公司的合作伙伴三井化学公司大力增加销售量。嘉吉的产品以利用玉米等植物发酵后制作的乳酸为原料,该公司正在大力宣传“生物降解塑料让大地的恩惠重返大地”。
现在面临的主要问题是价格。目前,生物降解塑料的价格为每公斤600-800日元,相当于聚乙烯等的6-7倍。不过,大岛指出:“如果大量生产,价格将能够降至聚乙烯的2-3倍,用途也会急剧增加。”
可完全降解塑料袋问世
英国Co-op连锁店向顾客提供可100%降解的塑料袋,它们可在18个月内完全消失,而不会对环境造成污染。一家塑料公司研制出的方法就是在塑料袋制作的最后阶段向聚乙烯中注入一种金属离子。金属会破坏塑料长长的分子链,因此明显减少了它们的重量。重量减轻的分子更容易被各种微生物消耗掉。注入的金属离子剂量越大,塑料的寿命就越短。
因此,这家塑料公司设想生产一些寿命适合多种用途的塑料袋。不过,这种产品并没有让人达成一致的意见,因为人们还不了解它的降解对环境所产生的真正影响。不过,寿命超过几十年的塑料袋确实对环境构成了严重的威胁。
绿色能源
绿色能源这个名词是近几年风行起来的。1992年,在巴西里约热内卢召开了一次有世界各国首脑参加的《环境与发展》大会。大会一致通过决议,为保护人类的健康和可持续发展,要求各国必须发展对环境和生态系统没有危害的洁净能源。这就是绿色能源。
因此,在这个意义上,一切绿色生物(如林木柴草和可以生产酒精燃料的甘蔗、甜菜及生产油料的油菜籽)反而不能算是绿色能源,因为它们在燃烧时仍会产生大量二氧化碳、二氧化硫等有害气体,不能算是洁净能源。
所谓绿色能源,是指不产生有害排放物,对空气不构成污染或污染很少的能源。它们包括太阳能、风能、潮汐能、海浪能、温差能、地热能、氢能和核能。核能有放射性污染,但只要设计得当,保证反应堆的安全,其放射性污染可以很小。总之,绿色能源一词不再是其直观的含义,而成为环境保护和良好生态系统的象征和代名词。正像世界上有一个所谓“绿色和平组织”一样,它本身的颜色倒并不是绿色的。
发展无污染或少污染的绿色能源是人类努力的方向,但不可能一步达到,比如,现在世界上仍然以煤和石油为主要能源,而这两类燃料正是排放二氧化碳、二氧化硫等有害气体的“大户”。因此,要做到全部使用绿色能源需要有一个较长的过程,但这个过程正在加速。
自70年代发生石油危机以来,世界各国为开发替代石化燃料的新能源,已做了大量的工作,并在太阳能、风能、潮汐能、海浪能、核能、氢能等的利用方面取得了长足的进展。但是,以商业规模进行应用的仍然不多。原因就是这些能源的成本高,竞争不过价格便宜的煤和石油。要降低这些能源的成本,就必须像以往研究半导体一样,进行大量的基础研究。
以氢能为例,它是最洁净的能源,但要用它作燃料并普遍推广应用,首先要解决氢的储存携带和输送问题。因为1吨氢就要占110万升的体积,只有变成液氢才便于贮存携带。但氢要在零下253℃才冷凝,制造液氢的成本就很高。所以氢能目前仅在空间计划中广泛使用。
为了有朝一日能让液氢在汽车、飞机和船舶中作动力,美国一直在进行降低液氢成本的研究工作。
1985年,日本曾用金属氢化物制成的储氢容器在丰田汽车的四冲程发动机上作动力,并在公路上行驶了200千米。但现有的金属氢化物反复使用后不久,就脆化成粉末而丧失储氢功能。因此,氢作为理想的绿色能源,要以商业规模推广应用,仍有许多工作要做。
总之,绿色能源的推广是能源发展的方向,通过人类的不断努力,绿色能源终有一天要在能源中占优势,并最终“统治”能源领域。
最干净的常规能源——水能
水能利用的主要方式是发电。水力发电就是利用河流中蕴藏着的水能来产生电能,其中最常用的方法就是在河流上建筑拦河坝,将分散在河段上的水能资源集中起来,然后靠引水管道引取集中了水能的水流去转动设在厂房中的水轮发电机组,在机组运转的过程中,就将水能转变成了电能。因为利用的是水能,而水流本身并无损耗,仍可以为下游用水部门所利用。
水力发电有以下特点:
(1)水作为一种资源可由自然界水循环中的降水补充,使水能资源成为不会枯竭的再生能源,所以其发电成本非常低。
(2)水力发电事业和其他水利事业可以互相结合。为了使水能产生电能,常常要修建水库,而水库又可承担防洪、供水、发展航运事业等多种任务。
(3)水电站中装设的水轮机开启方便、灵活,适宜于作为电力系统中的变动用电器,有利于保证供电质量。
(4)水电站建成后,能够连续提供廉价的电力。
(5)水力发电不污染环境,是一种公认的清洁能源。
当然水力发电也有其固有的缺点,在修建大型水库时,常要搬迁相当数量的库区群众,既要增加投资,也要增加一系列的移民安置工作量,这是建设大型水电站特有的问题。但是,它的优点仍然值得人们注意。
正因为水力发电有许多优点,所以优先发展水电是世界各国能源开发中的一条重要途径,只有当水能源开发程度较高时,才能多建火电、核电站。
在水力发电事业发展较快的前9个国家中,法国、意大利的水能开发程度已大于90%;美国、加纳、日本、挪威的开发程度为40%~60%;前苏联、巴西约为15%~20%,我国则不到5%。世界上发达国家的水能资源开发程度平均为40%以上,发展中国家平均为7%。世界上有35个国家的水力发电量占总电量的2/3以上,其中挪威、加拿大、赞比亚的水力发电量占这些国家总发电量的99%,而我国水力发电量仅占全国总发电量的20%。
风力发电
风力发电所产生的能量是一种可再生能源,而且风力发电早已被人们利用来为生产和生活服务,如用于航行、推磨、抽水和发电等。据测算,地球上可利用的风能是水能的10倍。
风力发电是通过风力发电机把风能转化为电能,供人们使用的。常用的风力发电机是像飞机螺旋桨那样的水平轴风机,由风轮、机头、机尾、轮体、塔架等五部分组成。其中,风轮是把风能转化为机械能的主要部件,它通常由几片叶片组成,安装在机头上,模样与风扇差不多。风轮的直径越大接受的风能就越多,风机的功率就越高。而风能的大小又同风速有关,风能与风速的三次方成正比,也就是说,风速只要增加1倍,风能就增加7倍。
同太阳能相比,风能的能量密度太小,且比太丹麦在风力发电方面居于世界领先地位阳能更不规则。因此,如果要建一座100万千瓦的风力发电站,就要架起几百台大型风力发电机,需占用的土地面积也较大。
虽然在利用风能时有不少困难,如空气密度小、设备较庞大、风速变化大、不易稳定运行等,但由于风力发电有许多其他发电方式无法与之相比的优势,如风电场建设周期短、占地少、装机容量灵活、无需消耗燃料、不产生任何污染物等,加上常规能源的有限性和经济可持续发展及风电机技术的快速发展和提高,近一二十年来,风力发电在世界有关国家获得很大的发展。据统计资料表明,荷兰、德国、英国、丹麦、印度和美国等六国的风力发电装机容量已达533.5万千瓦,约占全世界风力发电容量600万千瓦的89%。
美国是世界上最大的可再生能源生产国,风力发电装机达166万千瓦,是全球风力发电容量最多的国家,其中大部分装机在美国的西部地区。印度是个发展中国家,长期以来,一直面临能源短缺、电力供应不足的困境,由于政府的大力提倡和支持,使这个科学技术并不发达的国家,在近两三年间一跃跨入世界可再生能源的先进行列,令世人刮目相看。目前它的风电容量达81.6万千瓦,大大超过中国,仅次于美国和德国而居世界风力发电第三位。
德国是欧洲风力发电应用规模最大的国家,现在风电容量已超过150万千瓦,其中有2台单机容量为1500千瓦风力机正在运行,它们是世界上最大的风力机组。
丹麦被世人誉为风电王国,有很丰富的风力发电的制造和运行经验。在该国的可再生能源发展中,风力发展最快。到1995年风力发电开发容量已达63.5万千瓦,风力发电量约占全国总电量的5%。目前风力发电力发容量已达84万千瓦,风力机向国外销售量占世界风力机市场的45%,该国计划到2005年风力发电容量将达到150万千瓦,占全国总电量的10%。
英国在查明国内可再生能源的基础上,把风力发电作为最有市场发展的技术领域的首位,可再生能源装机容量提高到150万千瓦,其中风电将占相当大的比重。除以上几个国家以外,其他发达国家,也在大力发展风力发电,如日本、比利时、西班牙等国。估计到现在,经济发达国家的风力发电量将占总发电量的5%~10%。
我国有着丰富的风能资源,现已查明,我国可开发利用的风能资源达2.53亿千瓦。在我国东南沿海、海洋岛屿,以及内蒙古、新疆、甘肃一带有效风能的密度大于200瓦/平方米,有效风力出现时间的百分率均在70%以上,可与其他类型的能源资源相提并论。
自改革开放以来,我国政府为解决地处边远及农牧地区群众用电困难,主要研究推广了户用微型风电机,主要有100~500瓦、1千瓦、5千瓦等功率的机组,其中1千瓦以下的微型风电机的年生产能力达到3万台左右。我国的微型风电机的推广量增加了10万台。
风电机性能先进,运行安全可靠。我国已把风电作为新能源发电的重点,风电的总容量提高到了100万千瓦。我国风电正处在大发展的前期。
但是,由于多种因素的影响,目前我国风力发电的总规模和技术装备水平与国外水平相比,还有一定差距,与我国可开发的风能资源相比,还有很大潜力。
核能是清洁的能源
任何工业活动都要和环境交换物质,从而给环境带来影响。核能的利用也不例外。说核能是清洁的能源,是相对其他的能源而言的。
一座100万千瓦的核电站每年只需30吨核燃料。这种燃料丝毫不消耗空气中的氧气。当它静悄悄地“燃烧”时,没有烟,没有灰,也不排出任何能导致疾病的有害物质。核电站通过废水、废气排向环境的放射性物质是很少很少的,它使附近居民每年受到的辐照剂量不超过2毫雷姆,而一次胸部透视的辐照剂量也有100毫雷姆。
与此相比,一座100万千瓦的火电站每年要消耗250万吨标准煤,平均每天要用一艘万吨轮船或120节火车车厢来运输这些燃料。这些煤燃烧后留下25万吨煤渣,并向大气中排放大量烟尘、二氧化硫、二氧化碳等废气,这些气体成了大气污染的罪魁祸首。燃烧产物中还含有许多对人体有害的金属,如汞、镉、铍、铅等,它们少部分随着烟雾飘向四方,大部分堆放在很少有人照看的灰场上,随着风化侵蚀而渐渐进入环境。
最后还应注意到,从矿井中采掘的煤是有放射性的。100万千瓦的火电站通过烟囱排放镭、钍等放射性元素,使附近居民每年受到的辐照剂量接近5毫雷姆,是核电站的2.5倍。而灰场中堆存的放射性则比核电站所排放的要高出1万倍!
由此可见,核能是清洁、安全的能源,在环境污染日趋严重的今天,核能应该得到更广泛的利用。目前,全世界已有30多个国家和地区的400多座核电站在运行,总装机容量约为3.6亿千瓦,年发电量已占世界总发电量的17%以上。
太阳能发电
寻找新能源时,人们当然会想到不断地给大地以光和热的太阳。太阳表面温度高达6000℃,内部不断进行核聚变反应,据推算足以继续利用太阳能的技术已经越来越引起科学家们的关注进行热核反应达数千亿年。太阳以辐射方式向宇宙空间发射出巨大的能量。照射在地球上的太阳能非常巨大,大约40分钟照射在地球上的太阳能,便足以提供全球人类消费一年的能量。据估计,太阳每3天向地球辐射的能量就相当于地球所有矿物燃料能量的总和。而且它绝对干净,没有污染。所以太阳能堪称是最为理想的清洁能源。壳牌石油公司经过长期研究后得出结论:“21世纪的主要能源将是太阳能”。
由于现在所用的矿物能源储量有限,而且燃烧时产生大量的二氧化碳,造成地球气温升高,生态环境恶化。因此各国加强了对太阳能发电研究开发,并有了明显的进步。由于太阳能发电是无污染、无噪音、无能耗、运行维护简单、使用寿命长、规模灵活,既能一家一户的分散供电,也可大规模集中供电,故始终受到人们的青睐。
人类利用太阳能有3个途径:
光热转换,光热转换即靠各种集热器把太阳能收集起来,用收集到的热能为人类服务。
光化转换,光化转换即先将太阳能转换成化学能,再转换为电能等其他能量。植物靠叶绿素把光能转化成化学能,实现自身的生长与繁衍,若能揭示光化转换的奥秘,便可实现人造叶绿素发电。
光电转换,光电转换即将太阳能转换成电能。主要分为太阳热发电和太阳光发电两大类。太阳热发电利用太阳辐射产生的热能生产蒸汽来推动汽轮发电机发电。太阳光发电是利用光电池效应原理,将太阳光直接转换成电能,又称光电池发电,也称光伏发电。
在工业发达国家,在光伏发电方面发展很快,仅荷兰、德国、美国和印度4国,光伏电容量已达21.3万千瓦以上,约占全球光伏电容量的39%。荷兰目前太阳能电池板总面积达8万平方米。德国已安装的太阳能电池的容量超过1.5万千瓦。印度目前的光伏发电容量达到了10万千瓦。
我国国土广阔,太阳能资源非常丰富,全国太阳能辐射总量达930~2330千瓦·时/(平方米·年)的地区占全国总面积的2/3以上。尤其是我国青藏高原大部分地区辐射量超过2000千瓦·时/(平方米·年),年日照时数超过3000小时,在世界上属高值区之一,具有很高的开发利用价值。
我国在光伏发电方面,经过多年的研究、开发,已有相当的水平、理论和应用基础。我国的单晶硅太阳能电池及组件,性能稳定,能量转换效率达12%左右。已在秦皇岛、昆明、宁波、哈尔滨、开封等地分别建成太阳能电池的专业生产厂,总设计能力为4500千瓦。太阳光电技术已在交通、通讯、电视、气象、石油、国防等领域广泛应用,也在解决边远地区和无电地区群众生活用电方面发挥一定作用。光伏电池的发展很快。目前的主要问题是光电池的成本高。我国太阳能电池累计用量已超过6000千瓦,我国的光伏电的使用量约1200千瓦,还在不断增加,目前光伏电的总容量达7万千瓦。
德国研制成功了一种新型太阳能存储器,为充分利用太阳能发电和供暖创造了条件。其工作原理是先用聚光镜将太阳光聚集起来,利用太阳光的热量使镁氢化合物分解,产生作为反应媒介的氢气,然后将氢气输回到镁床。在这样连续不断地化学反应过程中产生热量。然后根据需要随时释放出热量,用以发电或供暖。
德国巴符州太阳和氢气研究中心研制的太阳热发电装置,由一面钢质抛光凹面反射镜和一部发电机组成。反射镜直径7.5米,发电机安装在镜的焦点上。焦点的聚光温度达600~800℃。该装置的发电能力为9千瓦。
以色列发明一种太阳能转换成化学能的发电和取暖装置。它由太阳能采集器和化学反应器构成。当集热器将太阳光聚集成束状并照射在金属钠蒸发器上时,因受热而产生的蒸发物被送入凝结器内凝结。在凝结过程中,释放出来的热量又促使反应器内的甲烷同一氧化碳发生反应,生成氢气和二氧化碳,并通过管道送入采暖器,转换成高温液体,便可作室内发电或取暖用。
日本开发出一种太阳能发电装置,将太阳光照射到密封在玻璃罩中的二氧化氮时,太阳光与二氧化氮发生反应,产生光化学烟雾,使二氧化氮的吸光能力增强,大量吸收紫外线,而自身又分解成一氧化氮和原子态氧,结果玻璃罩内气体越来越高,压力就越来越大,藉此推动装置工作。
日本三洋机电公司推出一种家庭用太阳光发电系统,置于屋顶或阳台,由光电池产生的直流电,经逆变器转换成交流电,分成两路。其中一路与家用电器相接;另一路经卖电电表和买电电表与电力公司的供电线路相联。当白天光电池所产生的电力,除家用电器消耗外,如有多余,则经卖电电表输入供电电网。如遇夜晚或阴雨天,则由供电电网经买电电表输入电力。
罗马尼亚一疗养区正在建造一幢装有太阳能取暖、供冷装置的旅馆。在这幢多层楼房的所有可面向太阳的屋顶部位,安装有外形如轻便遮阳棚的太阳能收集器。收集器里晒热了的水能对蓄热器加热,而蓄热器又使空气变热,热空气则循环于各房间的夹墙之间。在夏天,这套装置能供应冷气。夜里,新鲜空气通过蓄热器使其冷却。白天,外部空气在输送到房间之前,流经这个逐渐冷却的热交换器。这样,房间里将能享受到类似夏日海滨的清新空气。
芬兰发明一种手提式“家用太阳能电站”,在其蓄电器里装有半导体硅光电网路,藉以吸收太阳光并转换成电能,足够电剃须刀、电脑和电视机等使用3~4小时,同时还能为收音机的干电池充电。
美国加州公用局正在同德克萨斯仪器公司联合开发一种太阳光发电装置,拟在加州的阳光地带推广。每个住户在自家的屋顶上安装一台0.9平方米的太阳光发电装置,每年可发电2000度,相当于每个住房用户平均用电量的1/3,而装置的价格还不足3000美元。
地热能发电
地热能是蕴藏在地球内部的热能,来自核放射性元素的蜕变反应。地热随地下深度而异,每深30米,地下水温约升高1℃,距地面5公里深处的温度可达300℃,距地面35公里处,温度高达1100-1300℃。估计每年从地球内部传到表面的热量相当于370亿吨煤燃烧所放出的热量,是地球全部煤储藏量的几亿倍。在北喷发的火山熔岩。这里蕴藏着巨大的地热资源。极的冰岛首府,地下就像个大锅炉,到处有热水,居民不用燃煤,也不用石油,可以从深井里抽出热水取暖,烘干谷物和发电照明。所以,地热能的开发和利用有着非常广阔的前景。
利用地热发电,是开发地热能的主要途径。从1904年意大利建成第一座小型地热电站到现在,虽然只有100多年的历史,但发展很快,到1975年,世界上已有30多座地热电站,总容量已达140万千瓦。
地热发电与其他类型的电站相比,具有建设成本低的优点。同时,由于它不需要任何燃料,也就不存在由于燃料的燃烧而引起的污染问题。
根据地热资源的不同情况,地热发电可分为蒸汽型和热水型两种。
蒸汽型发电的蒸汽是地球深部的断层供给的。如果蒸汽不掺杂热水,就可以直接通过地热井引入汽轮机组发电。但这种干蒸汽的地热资源较少,且大多存在于地层较深处,所以开发利用有一定困难。目前,世界上的地热电站大多属于热水型。
热水型地热发电,要求地下热水贮藏深度在1500米左右,温度在150-300℃,溶解盐类的含量不超过一定的百分比。从蒸汽井里喷出的汽水混合物里分离出的蒸汽引入汽轮发电机组即可发电。
我国地热资源非常丰富,仅天然露出的地热泉就有2000多个。北京、天津、西藏、广东、河北、福建、湖南等20个省市都在积极开发利用地热。广东是地下热水最丰富的省分之一,我国最早的地热发电站就建在该省的丰顺县境内。西藏有个羊八井,那里既没有庞大的锅炉,也没有煤栈,却能不断地输送出电来,这就是全国闻名的羊八井地热电站。
生物质能发电
所谓生物质能是指从生物质转化产生的能。常用的生物质包括植物——农作物、薪材、草、木、人畜粪便、工农业有机废物、有机废水等。这些生物质能都直接或间接地(经过人和动物的消化或工农业加工)来源于绿色植物,来源于太阳能,因此,它又称“绿色能源”,实质上它是物化的太阳能。据计算,每年全球靠光合作用可产生生物质能1200亿吨,其所含能量是当前全球能耗总量的5倍。
由于生物质能的数量巨大,同时转化过程中很少或不产生污染物,世界各国都正在开发深度利用高效生物能的转换技术,使生物质成为具有广泛用途的热能、电能和动力用燃料,转化技术有下面两种:
通过液化将生物质转化为酒精。燃烧1千克酒精,可以放出29726千焦的热量,比普通煤的发热量高。而且酒精是液体能源,便于使用、贮存、运输。普通汽油发电机稍加改装,就可以用纯酒精作燃料。如果用汽油和酒精的混合物来开汽车,汽车发电机甚至不需改装就可以使用。1升酒精可以驱动汽车在公路上行使16千米。
酒精是用淀粉、糖等有机物经过微生物发酵作用生产出来的。含有淀粉和糖的生物质很多,包括甘蔗、甜菜、玉米、高粱、木薯、马铃薯以及水草、藻类等,它们都可以是生产酒精的原料。
巴西在这方面获得了巨大的成就,早在1975年,巴西就制定了“酒精计划”,逐步用酒精或酒精和汽油的混合物部分替代了石油,解决了交通用能供应的问题,目前巴西有90%的小汽车用酒精做燃料。美国目前有30%的汽油掺有酒精,酒精的掺入量约为10%左右。
通过发酵过程制作以甲烷为主的沼气。我国每年作为农家燃料烧掉的柴草合标准煤2亿吨,占全国总能耗的15%。但能量的利用效率比较低。
利用人畜粪便和秸秆为主要原料发展沼气池,既解决了家用燃料问题,又保持了农田肥力,减少化肥对水的污染。1990年,我国就有400多万户使用小沼气池,年产沼气10多亿立方米,沼气电站装机2000多千瓦,我国目前是户用沼气池最多的国家。
目前,我国很多的大型城市污水处理厂,利用处理厂中的固体废物进行沼气发酵,产生的沼气用来发电。在英国的5000多个污水处理厂中,有1/3是用通过发酵所产生的沼气作为动力的。法国在南部利摩日地区建造了两座垃圾发酵处理站,每年处理垃圾8.45万吨,每小时生产沼气800立方米,这些沼气已供一些工厂和煤气公司使用。
如过去的10多年中,美国已建成生物发电的容量达400多万千瓦,主要是采用木材及木制品工业废料气化后的气体燃料发电。国外结合治理城市环境污染,开始进行垃圾发电,技术已经成熟。仅日本就运行约100座垃圾电站,并计划把垃圾电站的装机容量发展到400万千瓦。因此,利用生物质能发电是当今新能源发电的新趋势之一。
我国是一个农业国,物质能资源非常丰富,年资源量是薪材3000万吨,秸秆4.5亿吨,稻壳0.15亿吨,另外还产生大量的城市排放的生活污水、垃圾、工业废水等。
利用生物质能发电在我国目前还是小规模、小范围的利用,稻壳转化发电容量只有5000瓦,沼气发电装置140个左右,总容量也只有2000千瓦。另外,我国还引进发电容量为4000千瓦的垃圾发电站。
利用潮汐发电
我们日常使用的电大部分是热电厂(发电厂)发的。这是用燃料把蒸汽能通过推动汽轮发电机变成电能,供人们使用。还有少量的电,由水电供应,即通过水力推动水轮发电机使世界上最大的潮汐电站——法国朗斯河口上的潮汐电站。水力能变成电能。
目前世界上的水电站大都建在河流的中上游峡谷地段。因为水力发电至少必须具备两个条件:第一要有巨大的落差。在河流比降比较大、河道有狭谷或采用人工筑高坝都可产生大的落差,从而产生强大的向下的冲力和水平流速。第二要有巨大的流量。河流光有落差没有大的流量也不可能形成强大的水力。因此流量加落差是水力是否丰富的主要依据。这里我们利用的水的落差实际上就是利用了水的重力能。
河流是如此,那么海水能不能发电呢?乍一看去,海水和河水是不一样的。海水连成一片,没有“河床”;虽有波动,仍以水平流动为主。流量虽大,但“落差”小。但是,实验告诉我们:能量是可以转换的,任何流体只要在运动,动能就可以转化为其他能。我们可以从风力发电中得到有力的启发。大洋表层海水在永不休止地运动着,它们大致有三种形式:一种是被盛行风推动的海流;一种是被风或其他能所形成的波浪;一种是由月、日引潮力所引起的潮流。它们大致呈水平状流动,能量是十分巨大的。但由于没有“河床”的约束,海流和波浪的利用在技术上比较困难。目前人们利用较多的是潮能。据估计,世界蕴藏的潮能达10多亿千瓦,相当于近100个三峡电站的能量。
世界上大多数地方是半日潮,海水一天中两涨两落,有潮汐现象的大河河口一般都有可能用来建设潮力发电站。潮能发电主要是利用海水巨大的水平流速所产生的动能来进行的。通过筑坝,海水涨潮流和落潮流都可推动水轮发电机发电。
潮波推进所引起的潮位升降幅度(即潮差大小)与海岸及海底地形有关。潮差影响流速,水道越狭窄,潮流流速越大。举世闻名的钱塘潮平时流速可达2米/秒以上,最大时可达5米/秒。由于河口呈喇叭形,涨潮时还会发生海水叠置于河水之上的“涌潮”现象,潮高一般在2米以上,最大时可达4米以上,所以钱塘潮的能量不仅来自水平方向,还来自垂直方向。加上杭州湾的潮水流量壮大,据估计,一次常潮进入杭州湾的海水可达30亿立方。如此大的流量加上巨大的流速,其蕴藏的能量便可想而知。
当然由于技术、资金、设备等多方面的原因,不是所有河口都立即能建设潮力发电站的。当前世界最大的潮汐电站是法国的朗斯电站,装机容量为24万千瓦。我国山东乳山口、浙江乐清湾、广东甘竹滩等也建有中、小型潮汐电站。
由于潮汐能取之不尽,用之不竭,且少污染,因此世界各国都怀着极大的兴趣在研究并进一步开发利用,以缓解石油等能源不足带来的困难。可以相信,月亮和太阳将以无穷的引潮力慷慨地向人类大规模贡献电能的日子不会很远了。
洁净燃料——天然气
天然气是一种蕴藏在地层内的天然气体燃料。它的成因和石油相似,都是由曾经生活在热带海洋中的细小动植物的遗体沉积而成的。
但它分布的范围和生成温度范围要比石油广得多。即使在较低温度条件下,地层中的有机物也能在细菌的作用下形成天然气。有的天然气蕴藏在不含石油的岩层里;有的和石油贮存在一起。钻探石油时发生的井喷,就是由于地层中的天然气在高压下向外喷发的缘故。天然气是一种无色的气体,因此它是看不见、摸不着的。但是它有气味,人们可以凭嗅觉发现它的存在。天然气的主要成分是甲烷,其次是乙烷、丙烷、丁烷,其他还有二氧化碳、硫化氢、氮、氢等气体。
天然气性质活泼,易飘散、燃烧,燃烧时无烟无灰,是较为洁净的燃料。1000立方米一座天然气井群天然气产生的热量,相当于3000公斤煤或6立方米木炭发出的热量。天然气还是制造合成氨、乙炔、氢氰酸、甲醇、酒精、合成纤维、碳黑等的重要化工原料。
据1988年7月公布的统计数字:世界上已查明的天然气储量为107.5万亿立方米。前苏联和伊朗两国占世界总储量的一半以上。其中前苏联居世界第一,储量有41万亿立方米。估计南极大陆天然气的储藏量有3000亿立方米。
中国是天然气资源丰富的国家。据估计,我国大陆及沿海大陆架拥有天然气总资源量超过30万亿立方米。目前已找到16个气量在50亿立方米以上的天然气田。
新型二次电池
一次电池使用后,回收不及时或处理不当,常随普通垃圾一起被丢弃或被填埋,造成资源浪费,同时电池中重金属元素的泄漏也污染了当地的水体和土壤。因此,开发二次新型电池是必要的。
常用二次电池的原理是通过充、放电过程实现的,即放电时通过化学反应可以产生电能,而通过反向电流(充电)时则可使体系回复到原来状态,即将电能以化学能形式重新储存起来的新型电池,它的充、放电反应是可逆的。新型的二次电池对环境的污染较小,可循环使用,性能优良,避免了一次电池的上述弊病。
目前,世界各国都投入极大的人力和物力来发展新型二次电池技术,是导致二次电池迅速发展的主要原因。除此之外,导致二次电池迅速发展的另外一些原因还有以下几点:
①信息技术的发展,特别是移动通信及笔记本计算机等的迅速发展,迫切要求电池小型化、轻型化和更长的服务时间、更长的工作寿命及免维护技术。
②环境保护的呼声愈来愈高。首先要求电池本身无毒和无污染,这就推动了无汞电池和取代镉、镍电池的新型二次电池的发展。同时,为了真正解决汽车尾气污染,发展零排放电动车辆的呼声愈来愈高,极大地推动着高比热能量、长寿命二次电池技术的发展。
③全世界天然能源正在不断消耗,终将枯竭,寻求新能源的呼声愈来愈高。
④航天领域和现代化武器对高性能二次电池的需求非常迫切,诸如:卫星上需求高功率、轻质量的储能电池;野战通信也要求高比热量、长寿命的小型二次电池等。
由于以上一系列的技术、能源及环境保护诸多方面的要求,二次电池得到了很大的发展。目前对二次电池的研究形成了以下的一些新重点:储氢材料及金属氢化物镍电池;锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池;聚合物电解质锂蓄电池或锂离子电池。
此外,电池工业界正致力于推动环保无汞碱性锌锰电池及可充电电池和密封铅酸蓄电池的技术发展及扩大市场应用。新型二次电池已经在国际上被公认为应该优先发展的技术。结合我国的国情加速发展新型二次电池及相关原材料等产业已是刻不容缓的任务。
新型二次电池是20世纪90年代刚刚问世便取得迅猛发展,由于他们少有或不含有毒物质,所以又被称为绿色电池。
新型二次电池已经在发展电子信息新能源及环境保护等方面在21世纪的技术领域中具有举足轻重的作用和地位,同时,新型二次电池已广泛用于现代军事装备及交通运输等领域中。基于新型二次电池的重要作用和地位及广阔的市场前景,新型二次电池已被作为面向21世纪具有战略意义的军民两用技术。
绿色农药
在农业病害流行的年份,其产量损失20%~50%,甚至更多。传统施用的农药多为高毒且生物效力极低,大部分未发挥作用而残留于植物上、动物上,或随雨水流入河流,或渗入地下水,造成环境污染。向传统农药发起挑战的新型绿色农药,因其对人畜安全、无毒害、不污染环境、效率高而受到关注,目前已开发的商品化生物农药约30多种。
我国农药与世界相比,还存在相当大的差距。表现在新产品开发上,我国目前每年对新农药开发的投入费用只占农药产值的0.1%,企业生产规模普遍偏小,农药品种不足,且结构不合理,产品质量有待提高。
传统农药破坏环境这已是不争的事实。近几年我国环境状况公报中多次提到,因为不合理地使用农用化学品,造成耕地质量降低、面积减少等等。
本世纪的农药应为生物合理农药或环境和谐农药,以高效、低毒农药逐步替代传统的高毒农药,是绿色化学农药发展的必然趋势。
光活化农药
光活化农药与传统农药相比具有廉价、高效、无污染等优越性。光活化农药的关键是光敏剂,光敏剂效果取决于其单重态氧的量子产率,其分子本身只起催化作用并不介入毒性反应,并且易被降解,因此对环境无污染。由于单重态氧在细胞上的生物化学作用点多,使害虫不易对其产生抗药性。
这类绿色农药正在逐步走向实用化,它的发展将会大大改善因长期使用传统农药而造成的危害,对农业发展将会产生巨大的促进作用。
1.光活化农药的起源
光活化农药是近几年来发展的一种新型、高效、低毒的农药。其原理是光动力作用,即光敏剂在有氧和光存在的条件下对细菌、病毒、生物体的杀伤作用。光敏剂一般是一些在可见光谱区有强吸收的染料。
AGTAB片剂除草剂光活化农药中的光敏剂所起的作用实际上是光敏氧化,可用于农药的光敏剂有黄素类、生物碱、呋喃并香豆素、噻吩类等化合物。
最早研究光对害虫产生的毒性反应的实验始于1928年,通过实验观察染料溶液对蚊子幼虫的杀伤作用。此后的70多年中有20余种昆虫曾被用来做过光动力作用的实验,其中主要是蚊、蝇、蟑螂、洋白菜蝶、玉米根虫、黑切根虫、苹果蛆虫等。
将光敏剂混合于饲料,投于水中,喷在植物叶面上,甚至撒在蝇类喜吃的粪便上,害虫吃了光敏剂以后经日光或荧光灯、白炽灯照射,在几天内就可以被杀死,现已成功地用于鸡舍内除苍蝇,污水面上除蚊,果林中消灭果蝇等。目前最新的进展是对玉米根虫的防治,害虫吃了含有光敏染料的诱饵以后,经阳光照射,几小时后死亡。
2.光活化农药的应用
将光化学农药藻红直接放到粪便上,每周放一次,共5周,家蝇的成虫和幼虫死亡率达90%。成蝇表现出生殖力降低,卵成活率降低,并且在成长的每一个阶段死亡率都有所增加,可见体内染料在蝇的整个生成过程中都表现出毒性。
在暗处将家蝇放到含玫瑰红或藻红的琼脂上,其蛹化和羽化率随染料浓度的增加而降低,即使在幼虫阶段吃了非致死量的染料,在成虫阶段也表现出很强的毒性。
对付蚊的幼虫,是将不溶于水的染料喷洒在产卵的水面上,效果比溶于水的染料好。但用表面活性剂将不溶的染料分散于水中,可增加染料的毒性。不溶的无毒的荧光素加到分散的藻红中,会增加毒性。
染料的浓度过大,如琼脂内含1%的染料时,成年的家蝇就拒食。对于果蝇,食饵的基本组分是蛋白和糖,再加上毒剂和其他组分,所有的果蝇对此都敏感。已开发的果蝇引诱剂,是由果糖和蛋白的水解物组成的。如果能让害虫多吃诱饵,无疑效果是明显的,所以开发具有很强诱食作用的食饵是极重要的。
由于光敏染料催化产生的活性氧在细胞上的生物化学作用点多,所以大田害虫对它的抗药性发展很慢。蝇类产生抗药性和蝇的种类有关,实验室的蝇在40代以后具有6倍抗药性,野生蝇在32代以后产生48倍的抗药性,即增加食物中藻红的量48倍,才可把它杀死。如不往食物里加藻红,抗药性可保持20代。
用于杀死蚊蝇的这些染料已被批准用作药物、化妆品、食物的色素,足以表明它们对高等动物是安全的。
这些染料中包括根皮红,根皮红在动物体内不代谢,而且排泄快,它们都不是致癌物。美国食品和药物局规定:作为药和化妆品,可接受的根皮红的量是每天1.25毫克/千克,在此值或此值以下无致癌作用。人对荧光素根皮红的可接受的量是每天0.7毫克/千克。如今用于地中海果蝇食饵中的马拉硫磷的量是10%,而建议使用根皮红的量仅0.5%。马拉硫磷对皮肤渗透性比根皮红大87倍。
综合以上3个因素(排泄快、不致癌、用量少),如果仅是皮肤接触含光敏剂的食饵,根皮红对人类的安全性是马拉硫磷的10万倍。总之,如用根皮红代替马拉硫磷,对环境的安全性大约增加1000倍。
进一步的研究表明,根皮红对哺乳动物的危害极低,给鼠、狗吃1%根皮的食物两年,从观察到病理实验,都没发现副作用。每周给鼠皮内注射1%根皮红溶液,长时间也无癌变。对鸟、爬行类、两栖类、鱼类都无毒性作用。
光活化染料产生的氧气同样会引起染料分子的分解。应用时,多余的染料会被冲至水中,如小河、湖泊、水坑里。根据水流中染料的浓度,照到水流中的光强,染料被光解的速度仅是几分钟到几小时,而非几周到几个月,其半衰期大约为1小时,因此对环境不会造成污染。
多少年来科学家们一直在追求对害虫高效、对人畜无毒、对环境无污染的价廉农药——绿色农药,光动力或称光活化农药似乎在展示这样一种前景。
绿色化学新观念
伴随工业的发展而带来的环境污染、生态破坏、能源和资源短缺这些严重问题迫使人类开始重视环境保护,以求与自然和谐共存,环境化学等新学科应运而生。控制污染数十载,污染仍不断产生,有些污染甚至令人生畏。历史迫使人们再次反思,末端治理尚不能消除污染源,预防污染和清洁生产才是解决问题的根本办法。
绿色化学就是一门从化学反应入手,从根本上消除污染的学科。
地球是人类的家园,曾经拥有蔚蓝的海洋、辽阔的草原、茂密的森林、洁白的冰原、清新的空气以及生活在整个生物圈中的无数美丽的动植物,人类作为自然界的一个链条,通过与自然界的和谐交流而使自身得到了发展。
工业文明的进步,在使人类物质生活水平不断提高的同时,也使全球性的环境污染越来越严重,能源和资源的短缺日益困扰着人们。早在1972年,世界各国代表就在瑞典的斯德哥尔摩召开人类环境会议,发表《人类环境宣言》,第一次正式表达了世界各国人民对保护环境问题的强烈关注,环境化学等新学科应运而生。
近年来,人们都注意到这样一个事实:各国正在花费巨资保护环境,控制污染,而人类赖以生存的环境仍在恶化。联合国环境规划署1992年公布的1972~1992年世界环境状况报告再次向人类发出警告,人类社会正面临着严峻的挑战:人口剧增、大气污染严重、全球气候变暖、臭氧层破坏、有毒有害废物猛增、海洋污染、森林锐减、沙漠扩大、生物物种减少、生态环境恶化和自然灾害日趋频繁等。
1984年,印度博帕尔农药厂异氰酸甲酯的泄露造成了2000人死亡,30万人中毒,其中5万人失明;1986年,瑞士巴塞尔桑化工厂仓库起火,大量毒物流入莱茵河,使此河需20年才能恢复原貌……如果说这些由于生产事故造成的震惊全球的大惨剧只是偶然性的化学事故的话,那么,对生态环境危害更严重的是一些有毒有害物质的长期使用,在环境中残留,以及化学化工生产过程中长期积累性的废物排放。例如,DDT这类有机农药,其分子结构非常稳定,不易为自然条件所降解。DDT在土壤中消失95%的期限是4~30年,故DDT在长期使用后,会污染土壤、农作物和水体。而且这类有机物在油脂中的溶解度比在水中大,更容易被生物所吸收,通过食物链的积累,DDT浓度越来越大。在海水中含量极微的DDT,海水的浮游生物吸食后会把它富集1万多倍,而吞食浮游生物的小鱼体内DDT的浓度可以达到10余万倍,大鱼又吃小鱼……这样不断地积累,人类的健康也同样受到了危害。与此情况相似的是日本的水俣病,其过程更为复杂:排放到水中的无机含汞化合物,在某些微生物的作用下转化为毒性更大的甲基汞,甲基汞通过食物链的富集,可在鱼虾、贝类体内积存到1961年的20~60毫克/千克(湿重),人类长期食用这类食物后就可能发生水俣病。
氟利昂等因其可作为良好的制冷剂被广泛应用于空调、冰箱、汽车等行业,当它被释放到大气层时,受紫外线的照射而发生分解,分解产生的氯原子与臭氧分子反应,大量消耗臭氧分子。一个氯原子就会消耗掉成千上万个臭氧分子,而且这个反应循环进行,使臭氧层遭到严重破坏。众所周知,臭氧层几乎吸收了全部300纳米以下波长的太阳紫外辐射,从而有效地保护了地球表面上的万物生灵,使之免受高辐射的损害。而臭氧层的破坏,势必会引起太阳紫外线辐射强烈增加,从而引发人体的皮肤癌、白内障等疾病,并使人体免疫功能下降;也会引起各种农作物,特别是豆类减产,海洋生物的大量死亡,甚至某些生物的灭绝,严重破坏地球的生态环境。据统计,臭氧含量每减少1%,紫外线强度将增加2%。更令人悲哀的是,即使现在禁止使用氟利昂类产品,由于其化学稳定性高,对大气层中臭氧层的破坏还要长达100年左右!
我们生活的城市空气污染日益严重,令人呼吸困难的肮脏空气已使越来越多的都市人患上各种呼吸道疾病。许多城市常年笼罩在茫茫灰色烟雾之中,特别是在中国,已经有几个大城市登上了世界空气污染最严重城市的前十名。造成城市空气污染的主要原因之一是汽车尾气。1950年,全世界约有5300万辆汽车,而仅仅40年后,全世界的汽车超过了4亿辆,几乎是1950年的8倍,年平均增加900万辆。大规模汽车化最惊人的后果除了矿物燃料的枯竭外,更为严重的是损害人类健康和自然环境。在全世界,汽车燃料的生产和使用所释放的CO2占所有矿物燃料释放量的17%,同时也是铅污染的主要来源。更重要的或许是综合效应,如光化学烟雾能危害人类身体健康、降低能见度、腐蚀建筑物和纪念物。汽车排放物最严重的后果是对人类健康的损害,加利福尼亚大学的研究人员估计,仅美国使用汽油和柴油燃料可能引起的死亡人数每年就高达3万。
全球性环境问题的加剧,使人类与自然的和谐关系出现危机。这些问题只有依靠人类自己解决,别无出路。人类主观能动的努力已经使人处在复合生态系统食物链“金字塔”的顶端,但残酷的现实让我们知道,无论人类改造自然的欲望和能力有多大,都必须遵循生态平衡理论,都必须而且应该从人的自然属性出发把人降到一般消费者的地位,强调“人-社会-自然”系统的协调。因此,人类社会、经济的发展必须建立在生命支持系统和生态系统的完整性上,形成文明的、绿色的生态观。1992年,巴西里约热内卢世界环境与发展大会提出各国要遵循可持续发展战略。1994年3月25日,中国政府通过了《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》,这一天的意义不仅是因为拥有世界五分之一人口的大国政府把可持续发展战略的选择用政府文件确定下来,还因为它是世界上的一部实施可持续发展战略的框架文件。
污染以多种形式出现,其中大气污染、水污染和有毒化学品污染危害尤为突出,这些都与化学直接有关,是不是彻底放弃化学,不用炸药、化肥、尼龙、汽油、合成药物等,而回到农业社会的田园生活呢?那是绝对不可行的想法!因为在那种社会里只有少数人能有美好的田园生活,而更多的人面临的是为生存所进行的残酷劳作。另外,我们的星球也已经没有提供给如此巨大的人群足够的天然食物、衣物、能源等的土地。没有哪一门科学技术像化学一样将科学的善恶“双刃剑”体现得如此清晰、广泛。
在经历了几十年的末端控制污染之后,人们重新审视走过的环境保护历程,终于认识到先污染后治理的道路是一条弯路,我们已为之付出沉重的代价。末端治理不能消除污染源,由于它关心的是排放口,尽管暂时取得明显效果,但实际上加速了能源和资源的消耗。例如,污染水处理虽然是控制水污染的一项措施,但水处理本身需要消耗能源,而能源的生产过程又产生了污染物,从这种意义上来说,污水处理也是一个产污过程。于是1989年人们提出了污染预防和清洁生产的新观念,清洁生产改变了过去被动的、滞后的污染控制手段,强调在污染产生之前就予以削减,即从污染的源头起就减少甚至避免污染物的产生。这就使化学家面临新的挑战,即要去发展对人类健康和环境危害较少的化学。绿色化学就是一门从化学反应入手,从根本上消除污染的化学。
绿色化学又称环境无害化学,在其基础上发展的技术称环境友好技术或洁净技术。它的主要内容是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用,从而从化学反应和化工过程的源头起就不再产生污染,以及设计和生产对环境友好的新分子和新材料。绿色化学的着眼点在于使废物不再产生,不再有废物处理的问题,它是从源头上阻止污染的化学。
绿色建筑
建筑是“人类按照自然形象创造自己天地的第一个表现形式”建筑的成果即建筑物。在现代社会中,建筑物是人们生活、学习、工作和交际的主要空间,也是物质流、能源流、信息流、技术流发生的主要场所。因而建筑物反映了人和社会环境、自然环境的关系。
为了使这些关系融洽和谐,进而促进人类文明和提升环境效益,有必要发展绿色建筑。绿色建筑是指建筑设计、建造、使用中充分考虑环境保护的要求,把建筑物与种植业、养殖业、能源、环保、美学、高新技术等紧密地结合起来,在有效满足各种使用功能的同时,能够有益于使用者身心健康,并创造符合环境保护要求的工作、生活空间的结构。
绿色建筑的原则包括以下几个方面:
①资源经济和较低费用原则。
②全寿命设计原则。
③居室人性设计原则。
④灵活性原则。
⑤传统特色与现代技术相统一的原则。
⑥建筑理论与环境科学相融合的原则。
绿色建筑的指导思想是设计体现可持续发展的要求,即可持续发展原则在建筑设计中的反映。
例如,设计中强调能源使用的集约化,运用建筑热工原理使用能源,利用高技术创造低能耗的环境;结合气候设计,充分考虑建筑如何有利于通风,而不是滥用空调;强调节约资源,减少各种资源和材料的消耗,如所谓的3R原则:减少使用(Reduce)、重复使用(Reuse)和循环使用(Recycle);发展各种生态建筑和生态城市的思想,强调设计与生态相结合,尽量减少对自然界和环境的不良影响等;这些思想逐步深入推动了设计方法的发展,丰富和发展了传统的设计理论和设计实践。
绿色建材
随着环境污染的日益恶化和居住环境质量的降低,人们对生活中涉及到自身健康的环节给予了特别的重视。自20世纪60、70年代人们发现了“有病建筑综含症”以来,人们开始关注身边的建筑材料及其对健康的影响,并渴望出现一种不影响人类和居住安全的绿色建材。
人们对绿色建材的要求也越来越严格,并迫切需要有一套科学的指标体系来评估一种绿色建材的合格程度,这促使不少发达国家先后制定了有关各类绿色建材的评估体系和标准,从而使绿色建材呈现出良好的发展势头。
国际学术界1992年定义绿色建材为“在原料采用、产品制造,使用或者再循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和有利于人类健康的建筑材料”。
绿色建材的涵义相当宽,目前还没有一个确切的定义,但总的来说是指资源、能源消耗少,并且有利于健康,可提高人类生活质量且与环境相协调的建筑材料。绿色建材亦称为生态建材、环境调和材料、健康建材等。
狭义地讲,它指那些无毒无害、无污染、不影响人和环境安全的建筑材料。而广义的定义则指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源、大量使用工业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、有利于人体健康的建筑材料,即要求绿色建材不仅在使用过程中达到健康要求,生产、再利用和废弃后的处理过程中都必须满足环保要求和“绿色”标准,从而与其他建材明显区别开来。
对于绿色建材的定义,是关系到能否顺利实施绿色建材环境评价体系的关键。没有确切的绿色建材的定义,不制订出切实可行的绿色建材标准,将不利于建筑材料尤其是装修材料的正常发展。对于绿色建材是否要考虑到其生产和施工过程中对环境和人类造成的影响,这涉及到清洁生产、生命周期评价等内容。
如果要将建材从生产、施工到消费者使用以及废弃后处理全过程对环境和人的影响都考虑进去,其评价将是一个庞大的生命周期评价体系。在目前绿色建材发展的初期阶段,这一评价实施起来是相当困难的。
绿色建材的特点和类型
绿色建材与传统建材比较具有如下的特征:采用低能耗制造工艺和不污染环境的生产技术;在产品配制或生产过程中,不使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物;产品中不含汞及其化合物,不使用铅、铬、镉及其化合物的颜料和添加剂;产品设计以改善生活环境,提高生活质量为宗旨,不仅不损害人体健康,还应对人体健康有益。产品应具备多方面的功能,如抗菌、灭菌、防霉、防火、阻燃、除臭、消声、防辐射、消磁等;产品可循环或回收再利用,没有污染环境的废弃物,对环境的负荷尽量小。
根据绿色建材自身的主要特点,绿色建材可大致分为:节能型、利废环保型、安全舒适型、保健型、特殊环境型等几种类型。
根据美国国家环保局和消费产品委员会联合出版的《室内空气质量指南》手册介绍,大多数人有90%的时间都在室内度过,老人和儿童在室内度过的时间还要长。
据美国的一项调查显示,室内空气中可以检测出500多种挥发性有机物,室内有害气体高出室外数十倍。加拿大的一项调查显示,68%的疾病源于室内污染。所以减少室内空气污染要比防止室外污染更重要。室内空气污染已成为许多国家极为关注的环境问题之,对室内空气质量的研究已成为环境科学领域内的一个新的重要组成部分。
研究表明,室内空气污染的两大重要因素为通风和建筑材料。建筑材料从原材料的开采、选择,到产品的制备、使用以及回收利用的各个环节都与人类的健康息息相关。建筑材料造成的污染现象非常普遍,有的已造成严重的中毒事件。
因此,人们对建筑材料及产品的性能和指标开始提出更高的要求,希望使用对人体无害,甚至有益的绿色建材。
20世纪80年代以来,欧美国家开始注意室内建筑材料的污染,1987年以来曾在瑞典召开了两次“健康材料学术研讨会”。由美国国家公园出版社出版的《可持续发展设计指导原则》中列出了可持续的建筑设计细则,其中提出:树立建筑村料蕴能量和循环使用的意识,在最大范围内使用可再生的地方性建筑材料避免使用高蕴能量、破坏环境、产生废物以及带有放射性的建筑材料,争取重新利用旧的建筑材料及构件;完善建筑空间使用的灵活性,以便减小建筑体积,将建设所需的资源降至最少;减少建造过程中对环境的损害,避免破坏环境、浪费资源。
国际建协在芝加哥举行了主题为“为了可持续未来的设计”的会议,采纳了这些设计原则。著名的盖娅住区宪章中的设计原则提出:“使用无毒、无污染、可持续和可再生的绿色建材及产品具有较低的蕴藏能量,较少产生环境和社会损耗,有助循环利用”。
本是增白剂也可净空气
建筑物、公路和人行道对空气污染产生了兴趣。日本和香港的研究人员正在试验涂有二氧化钛——白漆和牙膏的原料——的建筑材料,观察它们对付污染的能力如何。
更多以增白颜料为人们所知的二氧化钛能清洁空气,因为它是一种有效的光催化剂,能利用紫外光,加速水蒸汽的分解。这一反应的结果是羟基。羟基与无机化合物和有机化合物都能发生反应,把它们转化为分子,然后在下雨时冲走,没有任何危害。不过,在人行道上涂牙膏不会有效果,因为在此类用途中的二氧化钛晶体太大(宽度大约为20-250纳米)。对付污染的二氧化钛晶体宽度约为7纳米,从而为光催化作用提供更多表面积。
在20世纪70年代初,东京大学的研究人员就记述了二氧化钛的光催化能力。此后,科学家利用该化合物杀灭医院表面的细菌和处理污水。对付街道上的氧化氮是最新用途。在香港,涂有二氧化钛的混凝土板能去除多达90%的氧化氮。在多数情况下,氧化氮是由旧车和柴油卡车喷出的,是造成烟雾、酸雨和其他环境问题的一个因素。香港中文大学化学家于蔡微(音)说,在对付污染物方面,二氧化钛涂层能在几分钟内实现自然环境要几个月才能实现的效果。他还说,因为二氧化钛是一种催化剂,因此永远有效。
自洁玻璃
清洗玻璃是日常生活中一件麻烦事,尤其令生活在高楼大厦中的人犯愁。日前,美国两大玻璃制造商皮尔金顿和PPG公司分别宣布,他们利用纳米技术研制成功了新型的“自洁玻璃”,解决了这个令千家万户挠头的问题。新型玻璃会自动“洗脸”、“美容”,保持清洁。
PPG公司玻璃技术研究中心主任卡罗琳·哈里斯介绍说,这种玻璃的神奇之处全在于它穿上了40纳米厚的二氧化钛“外套”,相当于头发丝粗细的1/1500.自洁玻璃上的纳米膜与太阳光线中的紫外线反应,会产生双重作用:其一是催化作用,即可以使可见光中的远紫外线分解落在玻璃上的有机物,使有机污物化为乌有;其二它能使玻璃表面变成亲水性的,能把雨点或雾气变成一个薄层而使玻璃表面湿润,并洗掉玻璃表面的脏物。通常,这个涂层被光照“充电”5日后,夜间也能工作。
在自洁玻璃的同时,这种纳米涂层还能不断分解甲醛、苯、氨气等有害气体,杀灭室内空气中的各种细菌和病毒,有效地净化空气,减少污染。不过生产商承认,如果消费者所住的地区灰尘和油污极重,这种玻璃的效果可能不尽如人意。但对除去普通灰尘,纳米自净玻璃得心应手。鉴于其巨大的市场需求,目前美国、爱尔兰、英国等国家已经开始批量生产这种新产品。
无铅焊锡
焊锡是焊接家电产品和半导体基板的必需品。现在,焊锡的主要成分是锡和铅,但是由于铅会对人体和环境造成不良影响,因此家电厂家开始减少铅的使用量。
欧洲提出,从2006年1月开始,完全禁止在家电产品中使用铅,日本和美国也在加速开发无铅焊锡。
在一般的焊锡中,锡占63%,铅占37%,可用来代替铅的原料有银、铜、铋、铟、锗、镍等,不过现在的无铅焊锡以锡、银和铜的合金为主流。
在国内,松下电气产业公司和千住金属工业公司已经联合开发出了一种无铅焊锡,其中银占3%—5%,铜占0.5%—3%,剩余部分为锡,并在2000年1月获得了专利。
焊锡必须具备高强度、高耐疲劳性和高结合性。银的结合性很高,但是熔点也很高,铋的熔点虽然低,但是时间一长又会剥落,两者各有长短。松下和千住金属公司是“在反复进行实验,经历了无数失败后才实现现在的比例的”(千住金属公司董事长长谷川永悦语)。
“无铅焊锡”比传统焊锡要贵一到两倍。除欧洲提出了完全禁止用铅以外,在国内的家电业界,松下和先锋公司已分别提出,将在2003年全面使用“无铅焊锡”。