綠色化學(xué)：第二章自然資源

1、問題問題1:“是不是自然界中存在的物質(zhì)都是自 然資源？你知道的自然資源有哪些？” 石油 金礦 木材 土地 2.1概述 2.1.1自然資源的概念及特征 自然資源的概念 聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署1972年P(guān)49 指一定的時(shí)間條件下，指一定的時(shí)間條件下，能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值以提高以提高 人類當(dāng)前和未來(lái)福利的人類當(dāng)前和未來(lái)福利的自然環(huán)境因素的總和自然環(huán)境因素的總和。 自然屬性自然屬性 經(jīng)濟(jì)屬性經(jīng)濟(jì)屬性 汽油 鋼鐵 大理石 海水 冰山 自然資源 的屬性 整體性 區(qū)域性 可塑性 多用性 有限性 開發(fā)利用要求 注意節(jié)約，珍惜利用 統(tǒng)籌兼顧，綜合利用 綜合利用 充分利用 因地制宜 可利用性 整體平衡 判斷

2、下列幾組材料屬于自然資源判斷下列幾組材料屬于自然資源 的那種屬性？的那種屬性？ 1、我國(guó)的草地面積達(dá)、我國(guó)的草地面積達(dá)3.2億公頃，人們可以利用的億公頃，人們可以利用的 約占約占70%，達(dá)，達(dá)2.2億公頃。億公頃。 2、阿斯旺水壩修建前，尼羅河河水將上游大量的、阿斯旺水壩修建前，尼羅河河水將上游大量的 含有腐殖質(zhì)的泥沙帶到下游，使得下游的農(nóng)田非含有腐殖質(zhì)的泥沙帶到下游，使得下游的農(nóng)田非 常肥沃。截流建壩后，泥沙少了，下游的農(nóng)田缺常肥沃。截流建壩后，泥沙少了，下游的農(nóng)田缺 乏肥料而逐漸變得貧瘠，當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的優(yōu)質(zhì)棉花大乏肥料而逐漸變得貧瘠，當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的優(yōu)質(zhì)棉花大 量減少。河流入海處由于沒有泥沙作補(bǔ)充，

3、海岸量減少。河流入海處由于沒有泥沙作補(bǔ)充，海岸 逐漸被海水侵蝕，海水的倒灌使一些村莊被海水逐漸被海水侵蝕，海水的倒灌使一些村莊被海水 淹沒。阿斯旺水壩攔截了魚兒的餌料，因而使下淹沒。阿斯旺水壩攔截了魚兒的餌料，因而使下 游的水產(chǎn)品產(chǎn)量劇減。游的水產(chǎn)品產(chǎn)量劇減。 2.1.2自然資源的分類 自然資源自然資源 的分類的分類 自然屬性自然屬性 礦產(chǎn)資源礦產(chǎn)資源 氣候資源氣候資源 水利資源水利資源 土地資源土地資源 生物資源生物資源 生存和利用后果生存和利用后果 耗竭性耗竭性 非耗竭性非耗竭性 海洋資源海洋資源 易受污染或易受污染或 被誤用被誤用 恒定性恒定性 非再生性非再生性 再生性再生性 煤煤 魚魚

4、 石油石油 土壤土壤 太陽(yáng)能太陽(yáng)能 人類人類 社會(huì)社會(huì) 自然自然 資源資源 持續(xù)提供物質(zhì)、能量持續(xù)提供物質(zhì)、能量 合理開發(fā)利用和保護(hù)合理開發(fā)利用和保護(hù) 資源短缺、環(huán)境惡化資源短缺、環(huán)境惡化 無(wú)節(jié)制開發(fā)利用無(wú)節(jié)制開發(fā)利用 黃河斷流是天災(zāi)還是人禍？ 昔日草原為何變成沙漠？ 水資源第六大國(guó)為何還有水荒？ 沙塵暴為何越刮越烈？ 閱讀下面一組數(shù)字，思考：我國(guó)的自然資源有何特點(diǎn)閱讀下面一組數(shù)字，思考：我國(guó)的自然資源有何特點(diǎn)？ 中國(guó)陸地面積居世界第中國(guó)陸地面積居世界第3位，但人均土地占有量卻不足世界位，但人均土地占有量卻不足世界 平均水平的平均水平的1/3； 中國(guó)已探明的礦產(chǎn)資源總值居世界第中國(guó)已探明的礦產(chǎn)

5、資源總值居世界第3位，但人均礦產(chǎn)資源位，但人均礦產(chǎn)資源 占有量不到世界平均水平的占有量不到世界平均水平的1/2； 中國(guó)耕地面積中國(guó)耕地面積居世界第居世界第4位，但人均耕地面積只有世界平均位，但人均耕地面積只有世界平均 水平的水平的1/3； 中國(guó)河流年徑流量中國(guó)河流年徑流量居世界第居世界第6位，但人均水資源擁有量?jī)H為位，但人均水資源擁有量?jī)H為 世界平均水平的世界平均水平的1/4； 中國(guó)森林面積中國(guó)森林面積居世界第居世界第6位，但人均林木占有量只有世界平位，但人均林木占有量只有世界平 均水平的均水平的1/5。 2.2.1土地資源 我國(guó)土地面積絕對(duì) 數(shù)量大，但可利用 的土地資源少。 w 我國(guó)耕地面積

6、居世 界第四位，人均耕地 只占世界人均耕地的 1/3。 國(guó)國(guó) 家家 耕地面積耕地面積 （萬(wàn)公頃）（萬(wàn)公頃） 人均耕地 （公人均耕地 （公 頃）頃） 美美 國(guó)國(guó) 18574 0.71 印印 度度 16610 0.18 俄羅斯俄羅斯 13097 0.88 中中 國(guó)國(guó) 9497 0.08 澳大利亞澳大利亞 4815 2.66 加拿大加拿大 4542 1.53 日日 本本 397 0.03 世界總計(jì)世界總計(jì) 136171 0.24 1.我國(guó)土地資源的特點(diǎn) 類型多樣，分布不平衡，地域差異大 質(zhì)量較差 后備耕地資源不足。 在大約5億畝的宜農(nóng)后備土地資源中，可開發(fā)為耕地 的面積僅為12億畝。 2.我國(guó)土地資

7、源開發(fā)利用的主要問題 嚴(yán)重的水土流失和沙漠化 城市擴(kuò)張占用土地 土壤污染 對(duì)策：十分珍惜和合理利用每一寸土地對(duì)策：十分珍惜和合理利用每一寸土地 1、基本特點(diǎn) （1）地質(zhì)條件復(fù)雜，礦產(chǎn)資源豐富 （2）某些礦產(chǎn)貧礦多，富礦少 （3）伴生礦多，分選冶煉困難 （4）地區(qū)分布不均 （5）礦產(chǎn)資源形勢(shì)嚴(yán)峻 2 、合理開發(fā)利用 （1）保護(hù)礦產(chǎn)資源，防止破壞性開采和采富棄貧 （2）發(fā)揮地區(qū)優(yōu)勢(shì)，建設(shè)區(qū)域性礦產(chǎn)基地 黃金黃金 金剛石金剛石 銀銀 黃銅礦黃銅礦 2.2.3物種資源 生物凈化概念 生物凈化分為三大類： 1.陸地生態(tài)系統(tǒng)：植物 2.淡水生態(tài)系統(tǒng)：細(xì)菌主導(dǎo) 3.海洋生態(tài)系統(tǒng)：細(xì)菌主導(dǎo) “加拿大一支黃花”

8、植株個(gè)頭很高， 有一米八多。一株植株可形成2萬(wàn)多 粒種子，從而一年后可生成1萬(wàn)多株 小苗。 “加拿大一枝黃花”在空地上，第 一年長(zhǎng)出幾株或幾簇，第二、三年 即連成片，抑制其他植物的生長(zhǎng)， 能迅速形成單生優(yōu)勢(shì)，破壞入侵地 的植被生態(tài)平衡。 同時(shí)“加拿大一枝黃花”還蠶食棉 花、玉米、大豆等旱地農(nóng)作物和種 植茭白的水田，嚴(yán)重影響這些農(nóng)作 物的產(chǎn)量和質(zhì)量。 因此除非一株不剩地徹底連根鏟除， 否則星星之火可以燎原，最后就只 剩下它一支黃花唯我獨(dú)尊了 2.2.4森林資源 1、基本特征 (1)宜林地廣，森林樹種豐富 (2)森林覆蓋率低，林木蓄積量少 (3) 地區(qū)分布不均 (4)破壞嚴(yán)重 2、 存在問題 (1

9、)采伐多，更新少 (2)亂砍濫伐，毀林開荒現(xiàn)象嚴(yán)重 (3)森林火災(zāi)，蟲害時(shí)有發(fā)生 3、保護(hù)措施 (1) 1984年頒布了森林法 (2)大力倡導(dǎo)植樹造林，綠化祖國(guó) 分布： 不平衡。 目前淡水主要來(lái)源：江河、淡水湖泊和淺層地下淡水。 淡水危機(jī)的原因: 1、人口和水資源分布不均。 2、人對(duì)水體的浪費(fèi)和污染。 3、人口增加，工農(nóng)業(yè)發(fā)展，需水增多。 保護(hù)水資源的措施: 1、農(nóng)業(yè)方面，科學(xué)灌溉。 2、工業(yè)方面，改進(jìn)工藝，提高利用率，減少污染。 3、城市生活用水，節(jié)水。 4、調(diào)節(jié)水源流量，增加供水。建造水庫(kù)、跨流域調(diào) 水、海水淡化。 2.3海洋資源 海洋資源是海洋的主體海水、海底與海面有著直接關(guān) 系的物質(zhì)和

10、能量。 它通常是指能在海水中生存的生物（包括人工養(yǎng)殖）；溶 解于海水中的化學(xué)元素和淡水；海水運(yùn)動(dòng)，如波浪、潮汐、 潮流等所產(chǎn)生的能量；海水中貯存的熱量；深海底各種固 態(tài)礦物，如錳結(jié)核等等。 分類： 按照資源有無(wú)生命分類，可分為生物資源和非生物資 源。 按照資源的來(lái)源分類，可分為來(lái)自太陽(yáng)輻射的資源， 來(lái)自地球本身的資源和地球與其他天體的相互作用而產(chǎn)生 的資源。 按照能否恢復(fù)分類，可分為再生性資源和非再生性資 源。 按照資源的屬性分類，可分為生物資源、礦產(chǎn)資源、 化學(xué)資源和動(dòng)力資源。 目前人們主要使用的還是最后一種分類方法。 2.3.1海水淡化獲得淡水資源 使海水脫鹽的方法有：使海水脫鹽的方法有：

11、 一、蒸餾。一、蒸餾。 主要應(yīng)用于波斯灣的石油國(guó)家。那里的能源和金錢充足而天然主要應(yīng)用于波斯灣的石油國(guó)家。那里的能源和金錢充足而天然 的淡水稀少。這種方法模仿自然界的水循環(huán)。的淡水稀少。這種方法模仿自然界的水循環(huán)。 在利用蒸餾法的海水淡化廠中，咸水通過加熱生成蒸汽，蒸汽在利用蒸餾法的海水淡化廠中，咸水通過加熱生成蒸汽，蒸汽 再凝結(jié)成可飲用的淡水。再凝結(jié)成可飲用的淡水。 二、反向滲透。二、反向滲透。 滲透是活細(xì)胞吸收水的過程。細(xì)胞被細(xì)胞膜包圍著；細(xì)胞膜具有滲透是活細(xì)胞吸收水的過程。細(xì)胞被細(xì)胞膜包圍著；細(xì)胞膜具有 “半滲透半滲透”性，即能夠讓水分子通過，而組成鹽的鈉離子和氯離子卻性，即能夠讓水分子

12、通過，而組成鹽的鈉離子和氯離子卻 不能通過。不能通過。 如果細(xì)胞內(nèi)鹽的濃度比外界濃度高，水就將穿過細(xì)胞膜流入細(xì)胞如果細(xì)胞內(nèi)鹽的濃度比外界濃度高，水就將穿過細(xì)胞膜流入細(xì)胞 內(nèi)部，使內(nèi)外溶液的濃度達(dá)到平衡。向細(xì)胞膜內(nèi)的液體加壓可以使這內(nèi)部，使內(nèi)外溶液的濃度達(dá)到平衡。向細(xì)胞膜內(nèi)的液體加壓可以使這 種滲透發(fā)生反向運(yùn)動(dòng)：水流出去，鈉離子和氯離子留在里面。種滲透發(fā)生反向運(yùn)動(dòng)：水流出去，鈉離子和氯離子留在里面。 首先使海水通過一個(gè)普通過濾器，除去懸浮的固體；然后再加入首先使海水通過一個(gè)普通過濾器，除去懸浮的固體；然后再加入 化學(xué)制品，以防止薄膜表面滋長(zhǎng)微生物。接著，以化學(xué)制品，以防止薄膜表面滋長(zhǎng)微生物。接著

13、，以67個(gè)大氣壓的壓力個(gè)大氣壓的壓力 （相當(dāng)于把薄膜伸入海面以下約（相當(dāng)于把薄膜伸入海面以下約600米的地方）迫使水通過薄膜，從米的地方）迫使水通過薄膜，從 而使水中的鹽分留在外面。而使水中的鹽分留在外面。 納米濾膜技術(shù) “納米”是英文namometer的譯名，是一種度量單位，1 納米為百萬(wàn)分之一毫米，即1毫微米，也就是十億分之一 米，約相當(dāng)于45個(gè)原子串起來(lái)那么長(zhǎng)。納米結(jié)構(gòu)通常是指 尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。人的頭發(fā)絲的直徑一般 為70008000nm。 當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1100納米這個(gè)范圍空 間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具 不同于原來(lái)組成的原子、分子

14、，也不同于宏觀的物質(zhì)的特 殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。 第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué) 家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過 研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納 米尺度以后，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也 不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約 2030納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來(lái) 高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為 納米材料。 納米材料一誕生，即以其異乎尋常的特性引起了材料界的 廣泛關(guān)注。這是因?yàn)榧{米材料具有與傳統(tǒng)材料明顯不同的 一些特征。例如，納米鐵材料的斷裂應(yīng)力比一般鐵材料高

15、 12倍；氣體通過納米材料的擴(kuò)散速度比通過一般材料的擴(kuò) 散速度快幾千倍等；納米相的銅比普通的銅堅(jiān)固5倍，而 且硬度隨顆粒尺寸的減小而增大；納米陶瓷材料具有塑性 或稱為超塑性等。 采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結(jié)構(gòu)上有微小差別的多 組分混合物，實(shí)現(xiàn)高能分離操全的納米濾膜。 1.海洋能 溫度差能 波浪能 潮汐與潮流能 海流能 鹽度差能 岸外風(fēng)能 海洋生物能 海洋地?zé)崮?這些能源理論蘊(yùn)藏量折合電力為億千瓦，可 開發(fā)量為億千瓦，其中波浪能億千瓦， 鹽差能億千瓦，溫差能億千瓦、海流能為 億千瓦。據(jù)計(jì)算，我國(guó)潮汐能蘊(yùn)藏量約有 億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)億度。相當(dāng)于 個(gè)葛洲壩電站的動(dòng)力。 潮汐能發(fā)電 2.海底油氣

16、田 海底蘊(yùn)藏著豐富的石油和天然氣資源。 據(jù)1995年的估計(jì)世界近海已探明的石油資源儲(chǔ)量 為379億噸，天然氣的儲(chǔ)量為39萬(wàn)億立方米。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，海底蘊(yùn)藏的油氣資源儲(chǔ)量約占全 球油氣儲(chǔ)量的1/3。預(yù)計(jì)在本世紀(jì)，海底油氣開發(fā) 將從淺海大陸架延伸到千米水深的海區(qū)。 海洋中除鹽、鎂、金、鈾、溴化物外，海灘中的砂礦、淺 海底部的石油、磷鈣石和海綠石，深海底部的錳結(jié)核和重 金屬軟泥及其基巖中的礦脈都十分豐富 。 海洋的水體中還含有多種元素，主要有氯、鈉、鎂、 硫、鈣、鉀、溴、碳、硼、鍶、氟。由它們構(gòu)成了海水中 的主要鹽類，占海水總含鹽量的。 年，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，成立了專門從事大洋多金屬 研究勘測(cè)和深海采

17、礦國(guó)際事務(wù)的中國(guó)大洋協(xié)會(huì)，經(jīng)協(xié)會(huì)的 申請(qǐng)，聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)，我國(guó)在太平洋海底獲得萬(wàn)平方 千米的永久開采區(qū)，中國(guó)將永久擁有這一區(qū)域的海底主權(quán)。 “中國(guó)地”位于夏威夷群島東南海域。 我國(guó)在遠(yuǎn)古時(shí)代就有海洋藥物開發(fā)利用。年前的 神農(nóng)本草經(jīng)中就有文蛤治瘡的記載。年前李時(shí) 珍的本草綱目就收集了余種海洋藥物。近年來(lái)， 為了尋找防治多發(fā)并常見并疑難病，特別是病毒性疾并腫 瘤、心腦血管疾病以及艾滋病的特效藥，“向海洋要藥” 已成為世界藥學(xué)研究的新方向之一。 許多海洋藥物療效顯著，價(jià)格較便宜，作用獨(dú)特。如 （脫氧核糖核酸）及其鈉鹽是抗病毒藥，并有防止衰老、 增強(qiáng)抵抗力、強(qiáng)化生殖能力等功效，從魚的精巢中提取， 來(lái)源廣泛

18、，價(jià)格較低廉。 用從蝦、蟹殼中提取的甲殼質(zhì)制成的手術(shù)線，可被人體吸 收，不需拆線；而且該手術(shù)線在膽汁、尿、胰液中能很好 保持其強(qiáng)度；用甲殼質(zhì)制造的傷口敷料有很好的止血作用， 并能加速傷口愈合，且結(jié)疤最小，用這種敷料直接涂于燒 傷的傷口，能在傷口表面形成一層堅(jiān)韌、吸水、透氧、生 物相容性好的薄膜，有清涼、鎮(zhèn)痛的功能，可使病人免受 極度痛苦。 從馬尾藻科和海帶科的海藻中，可提取出褐藻膠，用其制 作的代血漿，濃度低，粘度高，與血型無(wú)關(guān)，特別適合于 緊急情況下的救護(hù)，無(wú)需驗(yàn)血；褐藻膠對(duì)核爆炸釋放出來(lái) 的放射性物質(zhì)鍶有獨(dú)特的排出作用，故為軍事醫(yī)學(xué) 專家所青睞。 魚油對(duì)人體不存在任何不良影響，是一種天然的

19、安全藥物， 海產(chǎn)魚油中，含大量（二十碳五烯酸）及 （二十二碳六烯酸）及維生素等。魚油能預(yù)防和治 療心血管病變，能提高人的記憶力和思維力。鯊魚肝油中 所含有的角鯊烯有抗癌活性，連續(xù)服用無(wú)副作用，這是一 般抗癌藥所不及的?，F(xiàn)在世界上唯一批準(zhǔn)正式用于臨床的 抗艾滋病藥物是從鯡魚精液中提取的。 經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)言：21世紀(jì)將是海洋的世紀(jì)。 “海洋水產(chǎn)生產(chǎn)農(nóng)牧化” “藍(lán)色革命計(jì)劃” “海水農(nóng)業(yè)” 未來(lái)海洋農(nóng)業(yè)發(fā)展 的主要方向 “海洋水產(chǎn)生產(chǎn)農(nóng)牧化”就是通過人為干涉，改 造海洋環(huán)境，以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)生物生長(zhǎng)發(fā)育所需的良好環(huán)境 條件，同時(shí)也對(duì)生物本身進(jìn)行必要的改造，以提高它們 的質(zhì)量和產(chǎn)量。具體就是建立育苗廠、養(yǎng)殖場(chǎng)、

20、增殖站， 進(jìn)行人工育苗、養(yǎng)殖、增殖和放流，使海洋成為魚、蝦、 貝、藻的農(nóng)牧場(chǎng)。 中國(guó)目前已是世界第一海水養(yǎng)殖大國(guó)。隨著海洋生物技 術(shù)在育種、育苗、病害防治和產(chǎn)品開發(fā)方面的進(jìn)一步發(fā) 展，海水養(yǎng)殖業(yè)在21世紀(jì)將向高技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。 “藍(lán)色革命計(jì)劃”是著眼于大洋深處海水的利用。 在大洋深處，深層水溫只有89，氮和磷是 表層海水的200倍和15倍，極富營(yíng)養(yǎng)。將深層水 抽上來(lái)，遇到充足的陽(yáng)光，就會(huì)形成一個(gè)產(chǎn)量倍 增的新的人工生態(tài)系統(tǒng)。溫差可以用來(lái)發(fā)電或直 接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 美國(guó)和日本已經(jīng)在進(jìn)行這種人工上升流試驗(yàn)，認(rèn) 為將引發(fā)一場(chǎng)海水養(yǎng)殖的革命，所以稱為“藍(lán)色 革命”。 “海水農(nóng)業(yè)”是指直接用海水灌溉農(nóng)作物

21、，開發(fā)沿 岸帶的鹽堿地、沙漠和荒地。 “藍(lán)色革命計(jì)劃”是把海水養(yǎng)殖業(yè)由近海向大洋 擴(kuò)展。“海水農(nóng)業(yè)”則是要迫使陸地植物“下 ?！保@是與以淡水和土壤為基礎(chǔ)的陸地農(nóng)業(yè)的 根本區(qū)別。人類為了獲得耐海水的植物正在進(jìn)行 艱苦的探索，除了采用篩選、雜交育種外,還采用 了細(xì)胞工程和基因工程育種。這些研究仍在繼續(xù), 目前采用品種篩選和雜交等傳統(tǒng)方法已經(jīng)獲得了 可以用海水灌溉的小麥、大麥和西紅柿等。 1.未來(lái)的海上家園 2.海上城市 3.海底酒店 總部在美國(guó)的一家旅游公司計(jì)總部在美國(guó)的一家旅游公司計(jì) 劃在太平洋建造世界首座海底劃在太平洋建造世界首座海底 酒店，房?jī)r(jià)將高達(dá)每晚酒店，房?jī)r(jià)將高達(dá)每晚3500英英 鎊

22、鎊(約約4.55萬(wàn)元人民幣萬(wàn)元人民幣)。在賓。在賓 館臥室中，可欣賞到海底風(fēng)景。館臥室中，可欣賞到海底風(fēng)景。 2.3.7我國(guó)海洋資源的利用 我國(guó)擁有 18000 公里的大陸海岸線， 200 多萬(wàn)平方公里的大陸架和 6500 多個(gè)島嶼，管轄的海域面積近 300 萬(wàn)平方公里 , 人均海洋國(guó)土面積 0.0027 平方公里，相當(dāng)于世界人均海洋國(guó)土面積的 1/10 ；海陸面積比值 為 0.31 1 ，在世界沿海國(guó)家中列第 108 位。 我國(guó)海洋資源豐富，品種繁多。海洋生物 20278 種，占世界海洋生物總 數(shù)的 25% 以上。具有捕撈價(jià)值的海洋動(dòng)物魚類 2500 余種，頭足類 84 種，對(duì)蝦類 90 種

23、，蟹類 685 種，漁場(chǎng) 70 多個(gè)。海洋生物入藥的種類 700 種。 迄今共發(fā)現(xiàn)具有商業(yè)開采價(jià)值的海上油氣田 38 個(gè)，獲得石油儲(chǔ)量約 9 億 噸，天然氣儲(chǔ)量 2500 多億立方米。海濱砂礦 13 種，累計(jì)探明儲(chǔ)量 15.27 億噸。 我國(guó)沿岸潮汐能可開發(fā)資源，約為 2179.31 萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量約為 624.36 億千瓦 時(shí)；溫差能總裝機(jī)容量 13.28 億萬(wàn)千瓦；波浪能資源理 論平均功率為 6285.22 萬(wàn)千瓦；潮流能 1394.85 萬(wàn)千瓦；鹽差能 1.25 億 千瓦。 圖圖 1 我國(guó)海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值變化我國(guó)海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值變化 圖圖 2 全國(guó)主要海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值構(gòu)成全國(guó)主要海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)

24、值構(gòu)成 圖圖 3 2005年沿海地區(qū)主要海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值年沿海地區(qū)主要海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值 第一、海洋資源調(diào)查不夠。第一、海洋資源調(diào)查不夠。 第二、海洋資源利用程度低。我國(guó)海洋面積約第二、海洋資源利用程度低。我國(guó)海洋面積約208萬(wàn)公頃，目萬(wàn)公頃，目 前開發(fā)前開發(fā) 利用僅占利用僅占40%左右。左右。 第三、海洋資源開發(fā)差異大。外海低，近海高。第三、海洋資源開發(fā)差異大。外海低，近海高。 第四、我國(guó)近海漁業(yè)存在過度捕撈的現(xiàn)象第四、我國(guó)近海漁業(yè)存在過度捕撈的現(xiàn)象.比如，大魚已從最高比如，大魚已從最高 年產(chǎn)年產(chǎn)19萬(wàn)下降到萬(wàn)下降到8萬(wàn)到萬(wàn)到9萬(wàn)噸。萬(wàn)噸。 第五、海洋產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、結(jié)構(gòu)不合理。技術(shù)水平大體上落后于第

25、五、海洋產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、結(jié)構(gòu)不合理。技術(shù)水平大體上落后于 世界先進(jìn)水平世界先進(jìn)水平10年左右。年左右。 第六，資源浪費(fèi)和海洋環(huán)境的污染。近海漁業(yè)瀕臨枯竭。第六，資源浪費(fèi)和海洋環(huán)境的污染。近海漁業(yè)瀕臨枯竭。 80年代以來(lái)，我國(guó)近海某些海域由于受到嚴(yán)重污染，年代以來(lái)，我國(guó)近海某些海域由于受到嚴(yán)重污染，赤潮赤潮時(shí)有時(shí)有 發(fā)生，平均每年都有一、二十起，并出現(xiàn)了赤潮中毒事件，危發(fā)生，平均每年都有一、二十起，并出現(xiàn)了赤潮中毒事件，危 害人們的健康和生命。我國(guó)害人們的健康和生命。我國(guó)近海溢油近海溢油污染事故，近年來(lái)也多次污染事故，近年來(lái)也多次 發(fā)生。發(fā)生。 2.3.8海洋資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展問題 海洋資源的可持

26、續(xù)利用是在滿足當(dāng)代人對(duì) 海洋的各種需求的同時(shí)，又不使海洋失去 可再生能力，以免對(duì)海洋滿足后代人需求 的能力構(gòu)成威脅的海洋資源開發(fā)利用模式。 這種模式中人類既要合理開發(fā)利用海洋資 源以維持全面的生活質(zhì)量，又可保障海洋 資源永續(xù)利用，同時(shí)也要避免造成環(huán)境損 害。 當(dāng)前，污染和損害中國(guó)海洋環(huán)境的因素主要有以 下幾個(gè)方面： （1）陸源污染物。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，中國(guó)沿海地區(qū)每年 排放入海的工業(yè)污水和生活污水約60億噸。在生活污水中， 以東海沿岸的排放量最大，其次為南海沿岸和渤海沿岸， 黃海沿岸最小。在工業(yè)污水中，也以東海沿岸排放量最大， 占總量的50；渤海沿岸和南海沿岸其次，黃海沿岸最少。 （2）船舶排放

27、的污染物。中國(guó)擁有各種機(jī)動(dòng)船只10多萬(wàn) 艘，每年進(jìn)入中國(guó)港口和航經(jīng)我國(guó)管轄海域的外輪幾萬(wàn)艘 次，有大量含油污水排放入海。如1979年巴西油輪在青島 油碼頭作業(yè)，一次跑油380噸。 （3）海洋石油勘探開發(fā)的污染。中國(guó)沿岸分布著 幾個(gè)大油田和十幾個(gè)石油化工企業(yè)，跑、冒、滴、 漏的石油數(shù)量很可觀，每年有10多萬(wàn)噸石油入海。 （4）人工傾倒廢物污染。過去把海洋當(dāng)作大“垃 圾箱”，任意傾倒廢物。如大連香爐礁海岸、葫 蘆島、青島、溫州、湛江等地，把垃圾、礦渣、 爐渣和其他廢物堆放在海邊或直接倒入海中。 （5）不合理的海洋工程的興建和海洋開發(fā)，使一 些深水港和航道淤積，局部海域生態(tài)平衡遭到破 壞。 赤潮赤潮

28、 海面溢油海面溢油 全國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃綱要2003年 綱要涉及的主要海洋產(chǎn)業(yè)有海洋漁業(yè)、海洋 交通運(yùn)輸、海洋石油天然氣、濱海旅游、海洋船 舶、海鹽及海洋化工、海水淡化及綜合利用和海 洋生物醫(yī)藥等;涉及的區(qū)域?yàn)槲覈?guó)的內(nèi)水、領(lǐng)海、 毗連區(qū)、專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)、大陸架以及我國(guó)管轄的其 他海域(未包括我國(guó)港、澳、臺(tái)地區(qū))和我國(guó)在國(guó)際 海底區(qū)域的礦區(qū)。規(guī)劃期為2001年至2010年。 1983年3月1日施行的中華人民共和國(guó)海 洋環(huán)境保護(hù)法，是用法制來(lái)管理中國(guó)的 海洋環(huán)境，保護(hù)國(guó)家權(quán)益的大事；是中國(guó) 第一部綜合性的保護(hù)海洋環(huán)境的法律，適 合于中國(guó)管轄的一切海域。海洋環(huán)境保 護(hù)法的公布和實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)海洋環(huán) 境

29、立法工作進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。 一次能源：一次能源：沒有經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能源沒有經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能源 再生能源：再生能源：自然界中一些能夠循環(huán)再生的能源自然界中一些能夠循環(huán)再生的能源 非再生能源：非再生能源：自然界中貯量有限、消耗后不可自然界中貯量有限、消耗后不可 再生的能源再生的能源 二次能源：二次能源：由一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換后得到的由一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換后得到的 能源能源 2.4傳統(tǒng)能源 2.4.1煤 煤的形成示意圖煤的形成示意圖 煤的開采示意圖煤的開采示意圖 煤既是動(dòng)力燃料，又是化工和制焦煉鐵的原料， 素有“工業(yè)糧食”之稱。 工業(yè)界和民間常用煤做燃料以獲取熱量或提供動(dòng) 力。燃煤熱能

30、轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而長(zhǎng)途輸運(yùn)，火力發(fā) 電占我國(guó)電結(jié)構(gòu)的比重很大，也是世界電能的主 來(lái)源之一。煤燃燒殘留的煤矸石和灰渣可作建筑 材料。煤還是重要的化工材料。煉焦、高溫干餾 制煤氣是煤最為重要的化工應(yīng)用，還用于民間和 制造合成氨原料；低灰、低硫和可磨性好的品種 還可以制造多種碳素材料。 2.4.2石油和天然氣 石油素有“工業(yè)的血液”之稱，是當(dāng)今世界最重要的能源， 又是近代有機(jī)化工的重要原料。 石油泛指各種天然形成的可燃性液態(tài)碳?xì)浠衔铮：?氧、氮、石蠟及硫等組分。 在自然界中，與石油共生的常有天然氣，天然氣也是非常 重要的能源，其成因，開采和利用與石油相似。 在淺海、瀉湖以及湖泊中有大量微小 水生物

31、繁殖。當(dāng)它 們死亡后就沉積在湖 底，形成一層富含有機(jī)質(zhì)的淤泥。底部 水體含氧量很少，使死亡的有機(jī)體不致 被氧化分解。 隨著埋藏成巖作用的進(jìn)行，壓力和熱使有機(jī)體 首先轉(zhuǎn)化為各種不同的干酪根，然后在溫度升 高的情況下，分解轉(zhuǎn)化為石油或天然氣。 經(jīng)構(gòu)造或水動(dòng)力作用，油或氣向高孔隙度的砂 巖層聚集，形成油砂巖或焦油砂巖，少數(shù)巖石 如頁(yè)巖內(nèi)的石油不易排出，就形成含油的頁(yè)巖 即油頁(yè)巖。 石油多集中在被不透水巖層包圍或限制的砂巖內(nèi)，一般 位于構(gòu)造凸起處。在多孔的巖石中石油浮在鹽水層的上面， 采用鉆孔進(jìn)行開采。在環(huán)繞大陸的淺海底有許多產(chǎn)油地層。 在這里可以架起支柱固定在大陸架巖石上的海上鉆井平臺(tái)。 但是在較深

32、的地方，必須采用系于固定位置的海上浮動(dòng)鉆 臺(tái)。但是全世界開采剩下的許多石油資源卻是一種黑色柏 油狀稱 為瀝青的物質(zhì)，不那么容易開采。 1927年，地質(zhì)學(xué)家根據(jù)反射聲波轉(zhuǎn)換成地殼的詳盡剖面圖 。 現(xiàn)在已能將反復(fù)地震法勘測(cè)的結(jié)果組合成4維模型，該模型不 僅能勘測(cè)出油田中石油、氣體和水之所在，還能預(yù)測(cè)出它們 下一步的流向。 以四維地震勘探石油以四維地震勘探石油 注氣抽油注氣抽油 事實(shí)上，大多數(shù)油井所產(chǎn)生的均是復(fù)雜的分形流 動(dòng)模式，這種模式使得石油同氣體和水混合起來(lái) 了。專家們?nèi)缃裰?，傳統(tǒng)的對(duì)油井進(jìn)行抽油， 直到油流漸漸枯竭的方法，時(shí)常使得60%或更多 的油未被采不出來(lái)。 一種更為有效的方法是將天然

33、氣、蒸汽或液態(tài) 二氧化碳注入枯井。然后，注入物便通過巖石上 的微孔向下擴(kuò)散，若是計(jì)劃周密，注入物還會(huì)將 被遺棄的石油推向相鄰的油井。另一個(gè)辦法是時(shí) 常將水注到石油的下面以增大其壓力，從而幫助 它向上流到地表。 定向鉆探定向鉆探 石油工程技術(shù)人員可以利用各種新設(shè)備來(lái) 使油井在地下數(shù)千米處的儲(chǔ)油層內(nèi)從垂直 走向變?yōu)橥耆阶呦颉?海洋石油開發(fā)海洋石油開發(fā) 石油工業(yè)最后一大新領(lǐng)域在于深水油田， 即海面以下1000米或更深的油田。遙控水 下機(jī)器人已經(jīng)能夠在海底安裝復(fù)雜的設(shè)備。 2.4.3核能 鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234 ，在衰 變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來(lái)制造

34、核武器和核動(dòng)力燃 料。鈾的和平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的 燃料。 由于核電具有發(fā)電成本低、 對(duì)環(huán)境污染小和安全等優(yōu) 點(diǎn)，世界各國(guó)，尤其是工 業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)都大 力發(fā)展核電，估計(jì)到2000 年核電將達(dá)到世界總發(fā)電 量的25%左右。我國(guó)已建 成秦山、大亞灣核電站， 目前還有多處正在籌建。 【質(zhì)能關(guān)系式【質(zhì)能關(guān)系式】 根據(jù)相對(duì)論原理，物質(zhì)的質(zhì)量與能量之間的關(guān)系 式：E=mc2；其中 c為真空中的光速。 當(dāng)物質(zhì)的能量發(fā)生改變時(shí)，它的質(zhì)量就按照這一 關(guān)系相應(yīng)地發(fā)生變化，反過來(lái)也是如此。此式是 相對(duì)論的一個(gè)重要結(jié)論，且為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 人們運(yùn)用這一關(guān)系式解釋原子核質(zhì)量虧損現(xiàn)象時(shí)， 就發(fā)

35、現(xiàn)了核內(nèi)蘊(yùn)藏著巨大的能量，看到了利用原 子能的可能性和重要性。按照這一關(guān)系式，1克質(zhì) 量相當(dāng)于91020爾格或91013焦耳的能量。 利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒 子去轟擊原子核時(shí)，由于相互作用而產(chǎn)生各種變 化的過程叫做核反應(yīng)。在核反應(yīng)過程中將有能量 放出或吸收。所放出或吸收的能量叫做反應(yīng)能。 放出能量的核反應(yīng)叫做放能反應(yīng)，吸收能量的核 反應(yīng)叫做吸能反應(yīng)。歷史上 轟擊氮，產(chǎn)生了 的核反應(yīng)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì) 到大氣中，因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染。 2.核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。 3.核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外

36、，沒有其它的 用途。 4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬(wàn)倍，故核能 電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一 座1000百萬(wàn)瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料， 一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送。 5.核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能 發(fā)電的成本較不易受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響，故發(fā)電成 本較其它發(fā)電方法為穩(wěn)定。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 1.核能電廠會(huì)產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之 核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必 須慎重處理，且需面對(duì)相當(dāng)大的政治困擾。 2.核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排 放更多廢熱到環(huán)境里，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。 3.核能電廠投資成

37、本太大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高。 4.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。 5.興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭(zhēng)。 6.核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故 中釋放到外界環(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。 2.5清潔型能源 清潔能源有哪些： A核能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?B生質(zhì)物能、太陽(yáng)能和地?zé)崮?C太陽(yáng)能、潮汐能、生物質(zhì)能 答案：B 水不僅可以直接被人類利用，它還是能量的載體。太陽(yáng)能 驅(qū)動(dòng)地球上水循環(huán)，使之持續(xù)進(jìn)行。地表水的流動(dòng)是重要 的一環(huán)，在落差大、流量大的地區(qū)，水能資源豐富。隨著 礦物燃料的日漸減少，水能是非常重要且前景廣闊的替代 資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。 河流、潮汐

38、、波浪以及涌浪等水運(yùn)動(dòng)均可以用來(lái)發(fā)電。 取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能是一種可廣泛利用的清潔能 源。 無(wú)論是生物質(zhì)能、風(fēng)能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根 結(jié)底都是太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化形式。即使礦物燃料，也是通過生 物的化石形式保存下來(lái)的億萬(wàn)年以前的太陽(yáng)能。太陽(yáng)能不 僅不會(huì)造成污染，而且取之不盡、用之不竭，是最廉價(jià)的 能源。 在水的沸點(diǎn)(100)以下運(yùn)行，可用于供應(yīng)熱水、采暖、 制冷和烹調(diào)。這些方面的能耗雖然看來(lái)量小且分散，但在 發(fā)達(dá)國(guó)家中約占能源消耗量的13，在發(fā)展中國(guó)家中所占 比例更高。 所用設(shè)備有平板式太陽(yáng)能集熱器、真空管集熱器、箱 式太陽(yáng)灶具等，一般固定安裝，維護(hù)方便，3年左右即可 回收投資。以色列

39、65以上的家庭裝有太陽(yáng)能熱水器，首 都特拉維夫的普及率幾乎達(dá)100。太陽(yáng)能灶具在許多發(fā) 展中國(guó)家的農(nóng)村地區(qū)得到應(yīng)用，如印度即有10萬(wàn)多個(gè)太陽(yáng) 灶。改進(jìn)建筑物的設(shè)計(jì)或朝向，利用陽(yáng)光采暖和制冷可使 能源需求減少80以上。建造太陽(yáng)能暖房可以種植蔬菜和 花卉，烘干食物。 夏普將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與燃料電池、鋰離子 電池組合到一起，開發(fā)出一種不連接系統(tǒng)電 源的獨(dú)立電源系統(tǒng) 太陽(yáng)能空調(diào)降溫。就世界范圍而言，太陽(yáng)能制冷及在空調(diào)降 溫上應(yīng)用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠(yuǎn)不如熱水器那樣 高， 主要問題是成本高。 這是利用光電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，無(wú)貯存裝置， 無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)

40、 要求低。太陽(yáng)能電池最早用作人造衛(wèi)星的電源，此后用于向 不聯(lián)網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)提供少量的電力，如燈塔、防火了望臺(tái)、 牧場(chǎng)圍欄等。20世紀(jì)80年代中期日本率先將太陽(yáng)能電池應(yīng) 用于計(jì)算器、鐘表、收音機(jī)等小件設(shè)備。 但是陽(yáng)光在達(dá)到地面以前 要經(jīng)過大氣的反射、散射 和吸收，能量損失較大， 加上陰天、晝夜變化和雨 雪等降水過程的影響，目 前地面上利用日光發(fā)電受 到一定限制。 氫是最清潔的燃料，可以長(zhǎng)期貯存，也可以遠(yuǎn)距離輸送。 利用太陽(yáng)輻射的能量過程制備氫這種含能物質(zhì)，就可以使 分散的、低品位的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏臍淙剂稀?太陽(yáng)能和氫能的結(jié)合被看作未來(lái)新能源的基石。氫的制備 主要通過水的電解或熱解。因此，可利用

41、太陽(yáng)熱電和光電 或太陽(yáng)聚焦的熱力。 此外，目前正在研究利用太陽(yáng)輻射的光化學(xué)能分解水制氫 的方法，如水的光催化分解法、太陽(yáng)能光電化學(xué)電池法、 太陽(yáng)光絡(luò)合催化法等。這些方法雖然目前都還不成熟，但 已展現(xiàn)出了利用太陽(yáng)能的美好前景。 太陽(yáng)能的光化學(xué)利用太陽(yáng)能的光化學(xué)利用 1990年，日本政府在休斯頓舉行的各國(guó)政府首腦會(huì)議上提 出了“地球新生計(jì)劃”，該計(jì)劃列出了今后100年可使地 球環(huán)境新生的戰(zhàn)略技術(shù)，這就是核聚變和宇宙太陽(yáng)能發(fā)電。 所謂太陽(yáng)能發(fā)電就是利用半導(dǎo)體將光能直接轉(zhuǎn)換成電能 的發(fā)電方法，利用當(dāng)前的技術(shù)可將10%的光能轉(zhuǎn)換成電能。 利用陽(yáng)光發(fā)電的最好方法是不斷地用太陽(yáng)能在宇宙空間發(fā) 電。1968年

42、，美國(guó)人格雷齊爾提出了建造宇宙太陽(yáng)能發(fā)電 衛(wèi)星的設(shè)想。他提出將衛(wèi)星發(fā)射到靜止軌道，然后利用微 波將太陽(yáng)電池獲得的電力送到地面，這樣人類便可獲得無(wú) 限的綠色能源。 當(dāng)時(shí)研究的發(fā)電衛(wèi)星叫做“參考系統(tǒng)”,一顆衛(wèi)星就是一 個(gè)5公里10公里的龐然大物，如果把它發(fā)射到靜止軌道上， 可發(fā)電500萬(wàn)千瓦。按每顆衛(wèi)星總重量50000噸計(jì)算，每年發(fā) 射2顆，在30年內(nèi)計(jì)劃總計(jì)要發(fā)射60顆衛(wèi)星。 由于難以預(yù)測(cè)的巨大建造成本等問題，這項(xiàng)研究于1980 年終止。 但是，隨著近年來(lái)地球環(huán)境問題的 日益嚴(yán)重，對(duì)宇宙太陽(yáng)發(fā)電的認(rèn)識(shí)又有 所改變，自80年代后期開始重新掀起了 宇宙太陽(yáng)發(fā)電熱。在日本，1987年由國(guó) 家公立大學(xué)和

43、研究所的研究人員組成了 文部省宇宙科學(xué)研究所“太陽(yáng)發(fā)電衛(wèi)星研 究小組”。 1990年成立了“SPS2000”宇宙 太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)用化研究小組。最近美 國(guó)航天局重新開始了對(duì)宇宙太陽(yáng)發(fā)電的研究。 為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電，就必須評(píng)價(jià)總能源收支情 況，必須對(duì)衛(wèi)星零部件制造、衛(wèi)星發(fā)射升空及受 電設(shè)施制造等項(xiàng)成本多少年可回收進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 對(duì)造成地球變暖的二氧化碳排放也應(yīng)進(jìn)行綜合 評(píng)價(jià)。1996年慶應(yīng)大學(xué)的吉岡完治教授等人假定， 太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星的耐用年數(shù)為30年，并將其與火 力發(fā)電、核能發(fā)電等其他發(fā)電方式的二氧化碳排 放量進(jìn)行了比較。 這項(xiàng)研究顯示，1千瓦宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的 二氧化碳排放量為17克，煤炭火力發(fā)

44、電為1225克， 石油火力發(fā)電為846克，液化天然氣火力發(fā)電為 631克，核能發(fā)電為22克。在宇宙太陽(yáng)能發(fā)電的 情況下，制作太陽(yáng)電池、火箭及火箭燃料時(shí)還要 產(chǎn)生二氧化碳。 綜合研究結(jié)果表明，核能發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳 量最少；如果用宇宙太陽(yáng)能發(fā)電保證日本所用電 量，所排放的二氧化碳總量約占現(xiàn)在二氧化碳排 放量的130。 所謂SPS 2000是指最遲到2000年在圍繞地球的軌道上組建輸出 10000千瓦的太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星，首先把發(fā)射軌道定在赤道上空 1100公里處，供電范圍定在赤道附近的一些國(guó)家。該計(jì)劃預(yù)測(cè)： * 發(fā)電衛(wèi)星將成為與地面發(fā)電廠的成本可以競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)電站； * 發(fā)電衛(wèi)星建成后，它將發(fā)展為更大規(guī)

45、模的發(fā)電系統(tǒng)。 迄今為止，由于SPS 2000尚未列入正式的國(guó)家研究計(jì)劃之中， 因此，沒有實(shí)現(xiàn)其發(fā)射計(jì)劃。但在以現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)計(jì)的宇宙太陽(yáng) 發(fā)電系統(tǒng)中，SPS 2000是目前世界上唯一的宇宙太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)。 目前SPS 2000研究小組考慮于2010年發(fā)射宇宙太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星。 現(xiàn)在通過設(shè)計(jì)研究的技術(shù)課題已經(jīng)明確，但該系統(tǒng)究竟能否成為 有實(shí)用價(jià)值的系統(tǒng)還要靠制作及發(fā)射的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。只要 全社會(huì)意見一致，2040年將會(huì)有大規(guī)模發(fā)電衛(wèi)星，21世紀(jì)后期， 100萬(wàn)千瓦級(jí)、500萬(wàn)千瓦級(jí)的巨大宇宙太陽(yáng)能發(fā)電站將會(huì)出現(xiàn)。 目前，雖然風(fēng)能發(fā)電還不到全世界電力生產(chǎn)量的1%，但它卻 是全球增長(zhǎng)最快的能源之一。

46、19811991年的10年間風(fēng)電裝 機(jī)容量擴(kuò)大了150倍。 1992年全世界風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到2652 兆瓦，相當(dāng)于兩座大型核電站的裝機(jī)容量。在可再生能源中 風(fēng)能提供的電力僅次于水電。 鑒于風(fēng)能利用的良好前景，國(guó)際上已在風(fēng)輪機(jī)設(shè) 計(jì)制造技術(shù)、功率儲(chǔ)存技術(shù)方面展開激烈競(jìng)爭(zhēng)。 美國(guó)風(fēng)力發(fā)電公司和電力研究所合作研制成功多 速風(fēng)力渦流機(jī)，1991年底已在舊金山灣東部運(yùn)轉(zhuǎn)， 平均風(fēng)速為27.5千米/小時(shí)，發(fā)電成本僅為5美分 千瓦小時(shí)。這家公司聲稱：“我們已經(jīng)可以在 經(jīng)濟(jì)上與傳統(tǒng)的礦物燃料技術(shù)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，這意味 著在世界上風(fēng)最大的地方不久便會(huì)出現(xiàn)風(fēng)車林立 的壯觀景象”。 地?zé)豳Y源在地球上的分布相當(dāng)廣泛， 但很

47、不均勻。按其本身特性，地?zé)?資源可分為以下4類： * 地?zé)崴?蒸汽) * 地壓 * 周圍沒有液體的熱干巖 * 巖漿 地?zé)豳Y源按其利用特 點(diǎn)可分為： * 低焓(30-150) 地?zé)豳Y源 * 高焓(150以上) 地?zé)豳Y源 利用地?zé)嵝枰?決地下有毒氣體釋放、 結(jié)垢、腐蝕以及回灌 等可能出現(xiàn)的問題。 生物質(zhì)是指綠色植物通過光合作用直接產(chǎn) 生或間接衍生的所有物質(zhì)，一般以木柴、 柴草、農(nóng)業(yè)廢棄物或牲畜糞便等形式燃燒。 現(xiàn)代生物質(zhì)的利用包括如下四個(gè)方面： * 通過轉(zhuǎn)化和加工，提高其能量密度，便于貯存 和使用。 * 擴(kuò)大生物質(zhì)的生產(chǎn)和利用范圍，如大力開展植 樹造林，營(yíng)造“能源林”，種植“能源作物”。 * 焚

48、燒城市垃圾等固體有機(jī)物用于產(chǎn)生熱力和電 力也是擴(kuò)大生物質(zhì)利用范圍的一條途徑。此外還 有收集垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)出的沼氣用于家庭炊事、供 暖或發(fā)電。 * 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料可替代石油用于運(yùn)輸。 由碳水化合物通過發(fā)酵制備的乙醇，被稱為“綠 色石油”，可直接用于汽車或摻加在汽油中。 汽油中摻加乙醇不但可節(jié)省石油資源，還可提高 辛烷值，減少污染物的排放。美國(guó)含10%乙醇的 混合燃料的產(chǎn)量已占汽油總產(chǎn)量的8%。巴西從20 世紀(jì)70年代中施行用甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的龐大計(jì) 劃，乙醇年產(chǎn)量已達(dá)1.3107噸，足夠300萬(wàn)輛 汽車使用，是世界上最大的發(fā)酵乙醇生產(chǎn)國(guó)。 專家普遍認(rèn)為，21世紀(jì)最有前途的能源有 兩種：一種是

49、氫能，另一種是受控核聚變 能。而這兩種能源都與氫元素息息相關(guān)， 前者直接利用氫，后者則利用氫的同位素 氘。 氫蘊(yùn)藏于浩瀚的海洋之中。海洋的總體 積約為13.7億立方千米，若把其中的氫提煉 出來(lái)，約有1.41017噸，所產(chǎn)生的熱量是 地球上礦物燃料的9000倍。 氫能氫能，是指以氫及其同位素為主導(dǎo)的反應(yīng)中或在，是指以氫及其同位素為主導(dǎo)的反應(yīng)中或在 狀態(tài)變化過程中所釋放的能量狀態(tài)變化過程中所釋放的能量 ，包括，包括氫核能氫核能和和氫氫 化學(xué)能化學(xué)能兩大部分。兩大部分。 1.氫作為能源的優(yōu)點(diǎn) 能量高。除核燃料外，氫的發(fā)熱值是目前所有燃料中 最高的，是汽油的3倍。氫的高能，使氫成為推進(jìn)航天 器的重要燃

50、料之一。 氫本身無(wú)毒，燃燒產(chǎn)物是水，無(wú)污染，且能循環(huán)使用。 氫燃燒性能好，點(diǎn)燃快。 利用形式多，可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)金屬氫化物出 現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。 儲(chǔ)量豐富，來(lái)源廣泛。主要來(lái)源是水。 2.氫的其他用途 用作飛機(jī)的燃料 2000年開始，美國(guó)、歐洲和日本將在飛機(jī)上推廣氫燃料。 據(jù)歐洲空中客車飛機(jī)公司預(yù)測(cè)，最遲將于2002年，歐洲生 產(chǎn)的飛機(jī)可大規(guī)模采用液氫為燃料。 用作汽車的燃料 如今，既環(huán)保又時(shí)尚 的各類以氫為動(dòng)力能 源的汽車越來(lái)越受到 人們的關(guān)注 用作燃料電池 氫燃料電池發(fā)展很快。至今，加拿大溫哥華、美 國(guó)芝加哥分別完成了氫燃料電池公共汽車商業(yè)化 示范。2004年，戴

51、姆勒克萊斯勒公司將30輛燃料 電池公共汽車用于歐洲10個(gè)城市作示范運(yùn)營(yíng)。在 我國(guó)，由清華大學(xué)開發(fā)歐盟資助的氫能公共汽 車863路公交車，在北京已經(jīng)成功運(yùn)營(yíng)。 早在第二次世界大戰(zhàn)期間，氫即用作A2 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑。1960年液氫首 次用作航天動(dòng)力燃料。1970年美國(guó)發(fā)射的 “阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是 用液氫作燃料。 1.大規(guī)模廉價(jià)制氫技術(shù) 1.1電解水制氫 該方法技術(shù)成熟。提供電能使水分解制得氫氣的效率 一般在75-85，其工藝過程簡(jiǎn)單，無(wú)污染，但耗電 量大，有一定局限性。 我國(guó)水力資源豐富，利用水電發(fā)電，電解水制氫有其 發(fā)展前景。太陽(yáng)能取之不盡，其中利用光電制氫的方 法即稱為

52、太陽(yáng)能氫能系統(tǒng)。 12礦物燃料制氫 以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當(dāng)今制取氫氣 是主要的方法。工藝成熟，并建有工業(yè)生產(chǎn)裝置。 （1）煤為原料制取氫氣 以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤 的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。 焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在901000制取焦碳 副產(chǎn)品為焦?fàn)t煤氣。焦?fàn)t煤氣組成中含氫氣55-60（體 積）甲烷23-27、一氧化碳6-8等。 煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化 成氣體產(chǎn)物。氣化劑為水蒸汽或氧所（空氣），氣體產(chǎn)物 中含有氫有等組份。 采用OGI固定床式氣化爐，可間歇操作生產(chǎn)制得水煤氣。 采用煤氣化制氫方法，其設(shè)備費(fèi)占投資

53、主要部分。煤地下 氣化方法近數(shù)十年已為人們所重視。在唐山劉莊已進(jìn)行工 業(yè)性試運(yùn)轉(zhuǎn)，可日產(chǎn)水煤氣5萬(wàn)m3。 （2）以天然氣或輕質(zhì)油為原料制取氫氣 該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應(yīng)轉(zhuǎn)化制得氫氣。 主要發(fā)生下述反應(yīng)： CH4H2OCOH2 COH2OCO2H2 CnH2n+(2+n)H20nCO+(2n+1)H2 反應(yīng)在800-820下進(jìn)行。從上述反應(yīng)可知，也有部分氫氣 來(lái)自水蒸汽。用該法制得的氣體組成中，氫氣含量可達(dá)74 （體積），其生產(chǎn)成本主要取決于原料價(jià)格，我國(guó)輕質(zhì) 油價(jià)格高，制氣成本貴，采用受到限制。大多數(shù)大型合成 氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料，催化水蒸汽轉(zhuǎn)化制 氫的工藝。 （3）以重油

54、為原料部分氧化法制取氫氣 重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的 燃料油，重油與水蒸汽及氧氣反應(yīng)制得含氫氣體產(chǎn)物。部 分重油燃燒提供轉(zhuǎn)化吸熱反應(yīng)所需熱量及一定的反應(yīng)溫度。 該法生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)物成本中，原料費(fèi)約占三分之一，而重 油價(jià)格較低，故為人們重視。我國(guó)建有大型重油部分氧化 法制氫裝置，用于制取合成氫的原料。 13生物質(zhì)制氫 生物質(zhì)資源豐富，是重要的可再生能源。 （1）生物質(zhì)氣化制氫 將生物質(zhì)原料如薪柴、麥秸、稻草等壓制成型，在氣 化爐（或裂解爐）中進(jìn)行氣化或裂解反應(yīng)可制得含氫燃料。 在國(guó)外，由于轉(zhuǎn)化技術(shù)的提高，生物質(zhì)氣化已能大規(guī)模生 產(chǎn)水煤氣，其氫氣含量大大提高。 （2）微生物制氫

55、微生物制氫技術(shù)亦受人們的關(guān)注。利用微生物在常溫 常壓下進(jìn)行酶催反應(yīng)可制得氫氣。生物質(zhì)產(chǎn)氫主要有化能 營(yíng)養(yǎng)微生物產(chǎn)氫和光合微生物產(chǎn)氫兩種。屬于化能營(yíng)養(yǎng)微 生物的是各種發(fā)酵類型的一些嚴(yán)格厭氧菌和兼性厭氧菌。 目前已有利用碳水化合物發(fā)酵制氫的專利，并利用所 產(chǎn)生的氫氣作為發(fā)電的能源。光合微生物如微型藻類和光 合作用細(xì)菌的產(chǎn)氫過程與光合作用相聯(lián)系，稱光合產(chǎn)氫。 14其它合氫物質(zhì)制氫 國(guó)外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國(guó)有豐富的H25 資源，如河北省趙蘭莊油氣田開采的天然氣中H多含量高 達(dá)90以上，其儲(chǔ)量達(dá)數(shù)千萬(wàn)噸，是一種寶貴資源，從硫 化氫中制氫有各種方法，我國(guó)在90年代開展了多方面的研 究，各種研究結(jié)

56、果將為今后充分合理利用寶貴資源，提供 清潔能源及化工原料奠定基礎(chǔ)。 15各種化工過程副產(chǎn)氫氣的回收 多種化工過程如電解食鹽制堿工業(yè)、發(fā)酵制酒工藝、 合成氨化肥工業(yè)、石油煉制工業(yè)等均有大量副產(chǎn)氫氣，如 能采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行氫氣的分離回收，每年可得到數(shù)億 立方米的氫氣。這是一項(xiàng)不容忽視的資源，應(yīng)設(shè)法加以回 收利用。目前化工廠副產(chǎn)氫氣的回收，可提供一種較為廉 價(jià)的氫源，應(yīng)予以重視。 2.儲(chǔ)氫技術(shù) 氫在一般條件下是以氣態(tài)形式存在的，這就為貯存 和運(yùn)輸帶來(lái)了很大的困難。氫的貯存有三種方法： 高壓氣態(tài)貯存；低溫液氫貯存；金屬氫化物貯存。 2l 氣態(tài)貯存氣態(tài)貯存 氣態(tài)氫可貯存在地下庫(kù)里，也可裝入鋼瓶中， 為

57、減小貯存體積，必須先將氫氣壓縮，為此需消耗 較多的壓縮功。一般一個(gè)充氣壓力為 20mp的高壓 鋼瓶貯氫重量占只1.6；供太空用的鈦瓶?jī)?chǔ)氫重 量也僅為5。為提高貯氫量，目前正在研究一種 微孔結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)氫裝置，它是一微型球床。微型球系 薄壁（110um），充滿微孔（l010um），氫 氣貯存在微孔中，微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或 金屬制造。 22低溫液氫貯存低溫液氫貯存 將氫氣冷卻到-253，即可呈液態(tài)，然后， 將其貯存在高真空的絕熱容器中。該工藝首先用 于宇航中，其貯存成本較貴，安全技術(shù)也比較復(fù) 雜高度絕熱的貯氫容器是目前研究的重點(diǎn)，現(xiàn) 在一種間壁間充滿中孔微珠的絕熱容器已經(jīng)問世。 這種二氧化硅的

58、微珠導(dǎo)熱系數(shù)極小，其顆粒又非 常細(xì)可完全抑制顆粒間的對(duì)流換熱，將部分鍍鋁 微珠（一般約為3-5）混入不鍍鋁的微珠中可 有效地切斷輻射傳熱。這種新型的熱絕緣容器不 需抽真空，其絕熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于普遍高真空的絕熱 容器，是一種理想的液氫貯存罐，美國(guó)宇航局已 廣泛采用這種新型的貯氫容器。 23 金屬氫化物貯存金屬氫化物貯存 氫與氫化金屬之間可以進(jìn)行可逆反應(yīng)，當(dāng)外界有熱量加給 金屬氫化物時(shí)，它就分解為氫化金屬并放出氫氣。反之氫 和氫化金屬構(gòu)成氫化物時(shí)，氫就以固態(tài)結(jié)合的形式儲(chǔ)于其 中，用來(lái)貯氫的氫化金屬大多為合金。 目前世界上己研究成功多種貯氫合金，它們大致可以分為 四類： 一是稀土锎鎳等，每公斤锎鎳合金可

59、貯氫153L。 二是鐵一鈦系，它是目前使用最多的貯氫材料，其貯氫量 大，是前者的4倍，且價(jià)格低，活性大，還可在常溫常壓 下釋放氫，給使用帶來(lái)很大的方便。 三是鎂系，這是吸氫量最大的金屬元素，但它需要在 287下才能釋放氫，且吸收氫十分緩慢，因而使用上受 限制。 四是釩、鈮、鋯等多元素系，這類金屬本身屬稀貴金屬。 24、氫氣的運(yùn)輸 氫雖然有很好的可運(yùn)輸性，但不論是氣態(tài)氫還是液氫，它 們?cè)谑褂眠^程中都存在在著不可忽視的特殊問題。 1.由于氫特別輕，與其他燃料相比在運(yùn)輸和使用過程中單 位能量所占的體積特別大，即使液態(tài)氫也是如此。 2.氫特別容易泄漏，以氫作燃料的汽車行駛試驗(yàn)證明，即 使是真空密封的氫

60、燃料箱，每24h的泄漏率就達(dá)2，而汽 油一般一個(gè)月才泄漏1，因此對(duì)貯氫容器和輸氫管道、 接頭、閥門都要采取特殊的密封措施。 3.液氫的溫度極低，只要有一點(diǎn)滴掉在皮膚上就會(huì)發(fā)生嚴(yán) 重的凍傷，因此在運(yùn)輸和使用過程中應(yīng)特別注意采取各種 安全措施。 2.5.7水合甲烷 在2001年高考化學(xué)試卷上海卷中，有這樣一道題： “第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)提供的資料顯示，海底有 大量的天然氣水合物，可滿足人類1000年的能源 需要” 可燃冰，看到這個(gè)名字你肯定會(huì)想，冰塊可以燃 燒嗎？這可不是哪位科學(xué)家的最新發(fā)明，實(shí)際上 可燃冰是大自然送給人類的一份大禮。 化學(xué)式可寫成X8H2O 燃燒的化學(xué)方程式 為:X8H2O+2O