书城科普读物人与环境知识丛书:环保生活100问
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第5章 环保科普篇(5)

第四类是与地球——月球——太阳相互联系有关的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动,造成相对位置周期性的变化,它们之间产生的引力使海水涨落而形成潮汐能。与上述三类能源相比,潮汐能的数量很小,全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨,而实际可用的只是浅海区那一部分,每年约为6,000万吨煤。

以上四大类能源都是自然界中现成存在的、未经加工或转换的能源。

12什么是可再生资源和不可再生资源?

自然资源分可再生资源和不可再生资源两类。

可再生资源指的是通过自然作用或认为活动能使其再生或更新,而成为人类可反复利用的自然资源,也成为非耗竭性资源,如土壤、植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等等。可再生自然资源在现阶段自然界的特定时空条件下能持续再生更新、繁衍增长、保持或扩大其储量,依靠种源而再生。一旦种源消失,该资源就不能再生,从而要求科学的合理利用和保护物种种源,才可能再生,才可能“取之不尽,用之不竭”。土壤属可再生资源,是因为土壤肥力可以通过人工措施和自然过程而不断更新。但土壤又有不可再生的一面,因为水土流失和土壤侵蚀可以比再生的土壤自然产生更新过程快得多,在一定时间和一定条件下也就成为不能再生的资源。

不可再生资源指人类开发利用后,在相当长的时间内,不可能再生的自然资源。不可再生资源主要指自然界的各种矿物、岩石和化石燃料,例如泥炭、煤、石油、天然气、金属矿产、非金属矿产等。这类资源是在地球长期演化历史过程中,在一定阶段、一定地区、一定条件下,经历漫长的地质时期形成的。与人类社会的发展相比,其形成非常缓慢,与其他资源相比,再生速度很慢,或几乎不能再生。人类对不可再生资源的开发和利用,只会消耗,而不可能保持其原有储量或再生。其中,一些资源可重新利用,如金、银、铜、铁、铅、锌等金属资源,另一些是不能重复利用的资源,如煤、石油、天然气等化学燃料、当它们作为能源利用而被燃烧后,尽管能量可以由一种形式转换为另一种形式,但作为原有的物质形态已不复存在,其形式已发生变化。

13什么是可替代能源?

可替代能源(英文:alternativeenergy)一般指非传统、对环境影响少的能源及能源贮藏技术。“可替代”一词是相对于化学燃料,因此可替代能源并非来自于化学燃料。一些替代能源也是再生能源的一种,从定义上来说,替代能源并不会对环境造成影响,但再生能源没有此定义,其不一定会带来环境影响。

14可替代能源的来源是什么?

生物质能

生物质能是指能够当做燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植物所制造的生物燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物;也包括以生物可降解的废弃物(Biodegradablewaste)制造的燃料;但那些已经变质成为煤炭或石油等的有机物质除外。

许多的植物都被用来生产生物质能,包括芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和棕榈树。一些特定采用的植物通常都不是非常重要的终端产品,但却会影响原料的处理过程。因为对能源的需求持续增长,生物质能的工业也随着水涨船高。

虽然化学燃料原本为古老的生化质能,但是因为所含的碳已经离开碳循环太久了,所以并不被认为是种生物质能。燃烧化学燃料会排放二氧化碳至大气中。

像一些最近刚发展出来的生物质能制造的塑胶可以在海水中降解,生产方式也和一般化石制造塑胶相同,而且相较之下生产成本还更便宜,也符合大部分的最低品质标准,但使用寿命比一般的耐水塑胶还要短。

风能

风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力,方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机。到2008年为止,全世界以风力产生的电力约有94.1百万千瓦,供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源,但在1999年到2005年之间已经成长了4倍以上。

现代利用涡轮叶片将气流的机械能转为电能而成为发电机。在中古与古代则利用风车将搜集到的机械能用来磨碎谷物或抽水。

风能、太阳能、潮汐都是新兴的替代能源

风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布的,它能缓和温室效应。我们把地球表面一定范围内,经过长期测量,调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内能利用的依据,通常以能密度线标示在地图上。

人类利用风能的历史可以追溯到公元前,但数千年来,风能技术发展缓慢,没有引起人们足够的重视。自1973年世界石油危机以来,在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有着十分重要的意义。即使在发达国家,风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视,比如美国能源部就曾经调查过,单是德克萨斯州和南达科他州两州的风能密度就足以供应全美国的用电量。

太阳能

太阳能一般指太阳光的辐射能量。

自地球形成,生物就主要以太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下,人类才有意把太阳能进一步发展。

太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等。

利用太阳能的方法主要有:

使用太阳能电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能;

使用太阳能热水器,利用太阳光的热量把水加热;

利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电;

利用太阳光的光能中的粒子打击太阳能板发电;

利用太阳能进行海水淡化;

太空太阳能转换电能储存,传输地面电能接收站,讯号接收站;

根据环境与环境太阳日照的长短强弱,建立可移动式和固定式太阳能利用网;

太阳能运输(汽车、船、飞机等)、太阳能公共设施(路灯、红绿灯、招牌等)、建筑整合太阳能(房屋、厂房、电厂、水厂等);

太阳能装置,例如太阳能计算机、太阳能背包、太阳能台灯、太阳能手电筒等各式太阳能应用与装置……

现在,太阳能的利用还不很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了很好的应用。

目前,全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特(Buerstadt),面积为40,000平方公尺,每年的发电量为450万千瓦时。

日本为了达成京都议定书的二氧化碳减量要求,全日本都普设太阳能光电板,位于日本中部的长野县饭田市,居民在屋顶设置太阳能光电板的比率甚至达2%,堪称日本第一。而在中国的江苏睢宁,太阳能利用率更达到95%,可谓全中国第一。

地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达摄氏7,000度,而在80至100公哩的深度处,温度会降至摄氏650度至1,200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公哩的地壳,热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热,这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。

人类很早以前就开始利用地热能,例如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却始于20世纪中叶。

地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔岩浆和放射性物质的衰变。地热能储量比目前人们所利用的总量多很多倍,而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度,那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计,每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过,地热能的分布相对来说比较分散,开发难度大。

15石油的潜在替代能源有哪些?

石油是现代工业经济的血液,对全球经济的发展影响重大。据世界银行统计,国际市场原油价格每桶上升10美元,全球GDP将降低0.3个百分点。持续上涨的油价对中国经济的影响更甚。高油价导致我国石油进口成本大幅增加,给我国GDP增长带来1.0%至1.7%的负面影响。与我国经济发展对能源的不断增长的需求相比,我国石油能源供应严重不足。最近虽然国际油价有所回落,但油价居高不下的大势难以扭转。为应对高油价的挑战,我国急需加快油气替代能源的开发。

所谓玉米酒精,就是以玉米做原料,采用物理、化学和发酵工程等技术和工艺方法对玉米进行深度加工提取酒精。酒精是食品工业饮料、酒类及化工产品的基本原料。近年来,由于石油能源危机,美国、巴西及我国已着手进行用酒精替代部分汽油作燃料的研究和试验,其应用效果十分理想。玉米酒精国内外需求量大,市场前景广阔。同样,因为石油价格的高企,乙醇汽车也就受到市场的关注。一是研究表明,乙醇调入汽油后,汽油中的辛烷值及含氧量明显升高,从而可以促进汽油的燃烧,而且还可以降低汽车尾气的排放,也就是说,乙醇不仅仅可以起到节能效果,而且还可以起到环保的效果。在目前石油价格高企以及汽车尾气困扰城市大气环境的背景下,推广乙醇汽油也就成为大势所趋。二是近来石油价格高涨,推广乙醇汽油有望成为新的替代能源,所以节能的乙醇汽油也成为市场关注的焦点。

16什么是燃料电池?

燃料电池(FuelCell),是一种使用燃料进行化学反应产生电力的装置,最早于1839年由英国的Grove所发明。最常见的是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池,由于燃料价格平宜,加上对人体无化学危险、对环境无害,发电后产生纯水和热,1960年代应用在美国军方,后于1965年应用于美国双子星计划双子星5号太空舱。现在也有一些笔记本电脑开始研究使用燃料电池。但由于产生的电量太小,且无法瞬间提供大量电能,只能用于平稳供电上。

燃料电池是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力机制。燃料的选择性非常高,包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气,甚至于现在运用最广泛的汽油,都可以作为燃料电池的燃料。这是目前其他所有动力来源无法做到的。而以燃料电池作为汽车的动力,已被公认是21世纪必然的趋势。

燃料电池是以电的化学效应来进行发电,在我们的生活中有许多电池都是利用电的化学效应来发电,或储存电力;干电池、碱性电池、铅蓄电池都是以正负极金属的活性高低差来产生电位差的电的化学发电机,通称伏打电池。

燃料电池则是以具有可燃性的燃料与氧反应产生电力;通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷(CH4)、乙醇(酒精)、氢等这些可燃性物质都要经过燃烧加热水使水沸腾,而使水蒸气推动涡轮发电,以这种转换方式大部分的能量通常都转为无用的热能,转换效率相当地低,通常只有约30%,而燃料电池是以特殊催化剂使燃料与氧发生反应产生二氧化碳(CO2)和水(H2O),因不需推动涡轮等发电器具,也不需将水加热至水蒸气再经散热变回水,所以能量转换效率高达70%左右,足足比一般发电方法高出了约40%;优点还不止如此,二氧化碳排放量比一般方法低许多,水又是无害的产生物,是一种低污染性的能源。

燃料电池汽车主要由燃料箱、燃料电池发动机、

蓄电池和电动机等部件组成

17地球上水资源现状情况如何?

水,是地球上分布最广的自然资源。地球上水的总量约有1.386×109立方千米。如果全部平铺在地球表面上,可以达到3,000m的水层厚度。地球表面的四分之三都被水覆盖着。