书城科普读物低碳能源
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第21章 绿色未来,低碳又节能(1)

一、新式低碳能源

除了以上所说的低碳能源外,其实地球上还有很多低碳能源可供人类使用以及等待人类去发现,比如氢能、地热能、可燃冰等等。

氢能

氢在我们的化学书上是一种元素,用“H”来表示。氢也可以是一种物质,气态的氢就是氢气(H2)。小时候把气球里面装满氢气,气球就可以飘到天上去,因为氢气很轻。把气态的氢加压,就会液化成液态氢,当然如果条件够的话,也可以变成固态的。不过,在我们生活的自然界里,它是气态的。那么这种氢怎么就成了能源了呢?

上了化学课我们就会知道,氢有这样的特点:可以燃烧,而且与氧气燃烧后主要生成物是水,且燃烧后产生的热量很高。实验表明,每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。看看之前我们介绍的新能源以及现在的3大能源,无论是煤、石油、天然气还是生物质等都采用了燃烧作为主要的方式来实现能源转换,那么氢这么好的燃烧特性当然是我们关注的对象了。

作为燃料,氢相对之前提到的燃料还有它独特的优势:与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境,且燃烧生成的水还可继续制氢,反复循环使用。氢燃烧的产物水无腐蚀性,对设备无损;使用氢燃料还可以去除内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高;氢减轻燃料自重,可增加运载工具有效荷载,降低运输成本,从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

原来氢这么有用,为什么没有早拿来用呢?其实自然界中不存在纯氢,它只能从其他化学物质中分解、分离得到,也就是需要技术加工,这就需要投入额外的能源和资金,往往可能投入大于回报,所以,在很早之前,氢就被用于一些高科技领域了。

1928年,德国齐柏林公司就利用氢的巨大浮力,制造了世界上第一艘“LZ—127齐柏林”号飞艇,首次把人们从德国运送到南美洲,实现了空中飞渡大西洋的航程。1957年前苏联宇航员加加林乘坐人造地球卫星遨游太空,1963年美国的宇宙飞船上天,紧接着的1968年阿波罗号飞船实现了人类首次登上月球的创举,这些太空探索的成功都离不开高效的氢燃料。我国“两弹一星”中的液氢液氧研究,也是早期对氢能的利用。

随着能源危机的出现,对燃料环保度的要求以及科学技术的高度发展,制氢、用氢不再只是高科技行业的专利,有效地开发利用氢能,建立可持续发展的氢经济已经被各国提到了日程上。

地热能

地热是来自地球深处的可再生热能,它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

有些地方,热能随自然涌出的热蒸汽和水到达地面,自古以来它们就已被用于洗浴和蒸煮。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,并转换成其他能量。

按照其储存形式,地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。

地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类,而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下:

①200~400℃直接发电及综合利用;

②150~200℃双循环发电,制冷,工业干燥,工业热加工;

③100~150℃双循环发电,供暖,制冷,工业干燥,脱水加工,回收盐类,罐头食品;

④50~100℃供暖,温室,家庭用热水,工业干燥;

⑤20~50℃沐浴,水产养殖,饲养牲畜,土壤加温,脱水加工。

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是始于20世纪中叶。

可燃冰

可燃冰的学名叫“天然气水合物”,是一种白色固体物质,外形像冰,有极强的燃烧力,可作为上等能源。它主要由水分子和烃类气体分子(主要是甲烷)组成,所以也称它为甲烷水合物。天然气水合物是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下,由气体或挥发性液体在与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。一旦温度升高或压力降低,甲烷气则会逸出,固体水合物便趋于崩解。1立方米的可燃冰可在常温常压下释放164立方米的天然气及0.8立方米的淡水。固体状的天然气水合物往往分布于水深大于300米以上的海底沉积物或寒冷的永久冻土中。海底天然气水合物依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态,其分布可以从海底到海底之下1000米的范围以内,再往深处则由于地温升高其固体状态遭到破坏而难以存在。

可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能源”。迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上,其中海底可燃冰的储量够人类使用1000年。现已发现海底天然气水合物主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等,西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等,东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等,印度洋的阿曼海湾,南极的罗斯海和威德尔海,北极的巴伦支海和波弗特海,以及大陆内的黑海与里海等。

天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时,对人类生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷,其温室效应为CO2的20倍。温室效应造成的异常气候和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍,若有不慎,让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去,将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合物,一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出,还会改变沉积物的物理性质,极大地降低海底沉积物的工程力学特性,使海底软化,出现大规模的海底滑坡,毁坏海底工程设施,如:海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等。陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难,一旦出了井喷事故,就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。由此可见,可燃冰在作为未来新能源的同时,也是一种危险的能源。可燃冰的开发利用就像一柄双刃剑,需要谨慎利用。

碳基能源时代已经接近尾声,低碳能源时代正在步入我们的生活。但只靠低碳能源还是不够的,还需要节能减排的技术提升以及我们在生活当中做到人人节能减排,做一名低碳新公民。

二、要低碳,更要节能

应对能源危机让我们进入了一个崭新的能源时代,科技含量较高的各类新能源成了这个时代的代表。但是,从新能源的介绍中可以看到,在新能源的发展道路上还有许多有待改进的地方,比如粮食安全,核安全,新能源转换的技术、效率等问题,所以新能源并不意味着一劳永逸。

任何一个精明的人都知道,如果想让自己存折里面的钱越来越多,就要从两个方面入手,一个是“开源”,一个是“节流”。新能源就是缓解能源危机“开源”的结果,然而“节流”的重要作用也是不能忽视的。做好能源的节约工作,在目前并不明朗的新能源结构下就显得尤其重要。

随着人们生活水平的不断提高,每一个人每天消耗的能源也越来越多。一个很明显的现象是,在20世纪中叶,也就是我们祖辈的年代,他们每天晚上大多9点就入睡了,而现在有许多人都在晚上十一二点入睡,有的甚至通宵不睡,不说别的,就消耗的电能就比过去多得多。大城市的晚上灯火通明,无数的娱乐设施让这里成了不夜城。再看看家里,原来象征着生活水平的三大件是:手表、自行车、缝纫机。现在呢?无法罗列,家家都有电视机、影碟机、洗衣机、空调、冰箱,甚至让过去的人想都不敢想的汽车也开始普及起来。我们不得不承认,社会越进步,能耗越大,对能源的依赖也越大。

节能从何做起?不要以为节能就是无形中降低我们的生活标准,不开灯、不用电视、不用电脑、不开车……如果那样,社会不如不进步。我们理解的节能应该是在保证生活品质的前提下有效地利用能源。

第一,利用相对较少的能源做同样效果的工作,这属于节能技术方面,比如节能灯、变频技术、节水马桶、节能建筑等。据有关专家介绍,假如全国家庭普遍采用节能光源,一年可节电700多亿千瓦时,国内现有1亿多台冰箱若能全部换成节能型,一年可节电400多亿千瓦时。两者相加,可省下一个多三峡电站的发电量,所以国家大力推广节能灯。节能的第二层含义就是减少不必要的能源浪费,这属于节能技巧方面。比如选择与自己使用相匹配的汽车、断开电源减少待机耗电、减少使用木筷子、塑料袋等,节能技巧数不胜数,因此树立节能意识,让节能成为一种习惯是目前我们,尤其是青少年朋友应该具备的一种素质。

三、节能减排行动

节能减排有广义和狭义之分。广义而言,节能减排是指节约物质资源和能量资源,减少废弃物和对环境有害物的排放;狭义而言,节能减排是指节约能源和减少环境有害物排放。

节约能源需要按照循环经济的基本理念,严格执行“SR”原则。减排主要指减少大气中温室气体的排放,特别是二氧化碳的大量排放。节约化石能源和使用可再生能源是减少二氧化碳排放的两个关键。在节能工作中,区分二氧化碳减排量和碳减排量的差异十分必要。

由于二氧化碳的分子量为44,而碳分子量为12。1吨碳在氧气中燃烧后能产生大约3.67吨二氧化碳的原因也在于此。减排二氧化碳量和碳排放减少量,即减排二氧化碳与减排碳是两个不同的概念,其结果相差是很大的。因此在分析减排量的具体含义时,需要注意二者之间的转换关系。即减排1吨碳就相当于减排3.67吨二氧化碳。

节能减排与技术革新

节能减排是中国经济社会发展的重要任务,是贯彻落实科学发展观,建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择,是推进经济结构调整、转变增长方式的必由之路。

我国对于节能减排与技术革新的指导思想有以下几个。

一是为了节能减排目标的实现,要大力发展高新技术产业,切实加强对高新技术改造与传统产业提升的支撑力度,培育新型产业,加快新型工业化发展的步伐。

二是针对节能减排的科技需求,突破一批具有自主知识产权的关键技术,强化集成创新应用与示范,形成产学研相结合的节能减排创新机制。

三是在强化科技创新支持力度的同时,积极探索有效的管理创新机制,务求实效,切实加强各部门和地方的协同推进,形成上下联动机制,增强科技对节能减排工作的支撑力度。

我国在节能减排工作中,技术革新发挥的作用是逐级推进、分层次有重点的。

基本思路是:推广一批成熟技术,服务重点领域节能减排需求;实施一批示范工程,提供节能减排集成解决方案;攻克一批节能减排关键和共性技术,提升节能减排持续支撑能力;建设一批科技支撑平台,构筑节能减排创新体系;加强节能减排增效的重大基础科学研究;积极推进全民节能减排科技行动。

我国在节能减排关键、共性技术研发,成熟技术推广,示范工程推进,重大基础科学研究等方面取得了重要进展。

节能技术战略的落实

节能减排的关键在于节能技术的创新。加快节能减排技术研发、节能减排技术产业化示范和推广对于节能减排十分重要。

当前,构建以技术保障体系为支撑的节能、高效的生产体系,转变增长方式,已成为适应时代发展的一个重要战略。节能的途径有很多种,涉及很多具体的技术问题。

1.调整产业结构

要调整第二产业,发展第三产业。我国“十五”期间主要资金都投向第二产业,投资占的比例比较大,第二、三产业的投资增速分别为35%和28%;第二产业中,煤炭、油气、铁路、有色采矿等投资增速30%~87%;而在我国的产业结构里,第一产业和第三产业增加的幅度在“十五”期间仅有5.1%和9.4%,而第二产业增加了13.2%,其中工业增加了17.7%,而在这当中重工业占18.5%,钢铁工业增加值仅占GDP的3.1%,而耗能却占15%,所以必须调整产业结构,适当调整第二产业,积极发展第三产业。中国目前处于加速工业化阶段,2006年,耗能高的第二产业在GDP中的比重高达48.7%,而能耗低的第三产业仅占39.5%。同时,将大力发展耗能低的服务业,到2020年,使其在GDP的比重提升至50%左右,淘汰高耗能、高污染的落后企业。

2.开展工业节能

关停高耗能、高污染的落后企业,淘汰落后生产力,改造锅炉、电机等,提高能效,发展循环经济。总而言之,要充分利用能源和资源,尽量少排废物,这样一种生产模式就是循环经济。

3.推行低能耗建筑

我国的单位建筑面积能耗并不比国际水平高,但是北方采暖地区和大型公共建筑的单位面积能耗高于国际水平。