第十二章 第三节 能源与环境

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 12–16  全面综合治理后的上海苏州河

 

在现代社会中，能源关系着一个国家的经济发展和国家安全。在 100 多年的历史中，煤、石油、天然气等传统能源占据着主要地位。能源的使用大大提高了人们的生活质量，但也对环境造成了巨大的影响。环境保护和治理已成为现代社会普遍关注的问题。

如图 12–16 所示是上海苏州河综合治理后的景色，苏州河两岸现已成为上海市的文化、艺术、休闲的场所。

20 世纪中叶以前，能源的使用对环境的破坏没有引起人类足够的重视，导致温室气体急剧增加、极端气候增加、酸雨区增多等诸多环境问题，严重影响人类的生存环境和生活质量。

历史上，工业的发展带来了严重的环境污染问题（图 12–17）。在一些工业发达的国家，污染曾经一度达到“土不能植、水不能饮、空气也不能

 

呼吸”的严重程度。《美国经济史》对 1884 年的匹兹堡这样描述：”从住家、商店、工厂、汽船等处冒出来的一股股烟柱汇成一大片乌云，笼罩在城市所在的狭窄山谷之中，直到太阳冲破重重乌云黑雾，显露出它黄铜色的圆脸来……城市住户和工厂燃烧的煤炭有很大一部分化为浓烟直冲云霄。”可见当年使用化石燃料对环境的严重影响。

人类过度放牧、滥伐森林植被，尤其是人为过度垦荒破坏地面植被、扰动地面结构，造成大面积土地荒漠化，直接加速了沙尘暴（图 12–18）的形成和扩散。强烈的沙尘暴可造成交通供电受阻或中断、火灾、人畜伤亡等；而且污染自然环境，破坏作物生长，给人类的生产和生活造成严重危害。沙尘暴是过度开发自然资源所引起的极端天气现象之一。

近几十年来，由于人类生产、生活大量排放二氧化硫、氮氧化物等酸性气体，造成酸雨日渐频繁，严重危害生态环境。酸雨危害的主要方面包括：损坏植被，导致森林死亡（图 12-19）；湖泊中的鱼虾死亡；破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；酸化饮用水源，危害人体健康；腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹。煤和石油的燃烧是造成酸雨的主要原因，酸雨已成为全世界面临的最严重的环境问题之一。

20 世纪全球严重的环境污染事件基本都发生在工业化起步较早的国家，但是后来这些国家采取保护环境、防治污染的措施，环境污染事件明显减少。不过，这些污染事件仍然不应该被遗忘，值得发展中国家在经济发展过程中引以为鉴。

煤、石油等传统能源除了会造成环境污染以外，由于其不可再生，随着大规模的开采利用，储量越来越少，总有枯竭之时。人们已经意识到这样的能源危机，开始思考如何可持续发展。发展新能源是一种解决能源危机和环境污染的有效途径。

地球是人类赖以生存的家园。随着经济的发展，人们的生活水准日益提高，但环境也因此遭受很多破坏。如温室气体排放所引起的全球气候变暖；工业和生活污水排放导致江

 

河湖泊受到严重污染；生产废料与生活垃圾乱排乱放等。保护环境已成为世界各国共同努力的主题。

节约能源与开发新能源、严控排放、垃圾分类与处理是预防污染的重要措施。节能减排是应对全球气候变化的迫切需要，如新能源汽车的研发和推广，节约用纸、节约用水、节约用电。纸张的大量消费不仅造成森林毁坏，而且因生产纸浆排放污水使江河湖泊严重污染。在生活中，为珍惜水资源，不要让水龙头空流；应缩短淋浴时间；安装节水龙头；用节水型抽水马桶等。应节约用电，如使用节能灯具，随手关灯；随时关紧电冰箱门；使用高效低能耗电器等应成为大家的习惯。

能源是环境的一种组成部分，节约能源本身就是保护环境。《中华人民共和国节约能源法》指出“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略”。为节约资源、保护环境，国家调整经济结构、转变经济增长方式，倡导节约发展、清洁发展、安全发展，以实现经济的可持续发展。

 

人们大量地消耗资源的同时，每个人每天又都会扔出许多垃圾。若垃圾被简易堆放或填埋，必然是臭气蔓延，还会污染土壤和地下水体。生活垃圾的分类，大致都是根据垃圾的成分构成、产生量，结合本地垃圾的资源利用和处理方式进行的。垃圾利用既可节省自然资源，又能减轻环境污染。处理利用 100 万吨废纸用于再生造纸，可避免砍伐 600 km² 的森林；处理利用 120 ~ 130 t 罐头盒可回收 1 t 锡，相当于开采冶炼 400 t 矿石；处理利用废弃的黑色金属（铁、铬、锰及其合金），可节省铁矿石炼钢所需电能的 75% 和所需水的 40%，显著减少对大气的污染并降低矿山和冶炼厂周围堆积废石的数量；处理利用废弃的食物可补充饲料来源，明显提高农业效益，用 100 万吨废弃食物加工饲料，可节省 36 万吨饲料用谷物。

垃圾是被浪费的资源。合理进行垃圾分类，充分利用这一资源是节能减排的重要手段之一。2017 年，我国对“普遍推行生活垃圾分类制度”作出了部署，将基本建立生活垃圾分类标准，逐步形成可复制、可推广的生活垃圾分类模式。

 

 

本节编写思路

利用能量是人类生存和发展的必要条件。通过钢铁厂燃煤的浓烟、沙尘暴、酸雨让草木枯萎等图片，感受人类在能源过度开发和利用过程中对环境的严重影响。

通过两个“大家谈”，让学生相互交流生活中节能减排的多种方式和方法，理解垃圾分类的意义。认识环境污染的危害，明确能源是环境的一个组成部分，节约能源本身就是保护环境。具有环境保护的意识和行动，形成一定的科学态度和社会责任感。

正文解读

这是全面综合治理后上海苏州河的一张照片。20 世纪 80 年代，苏州河流域集中了上海近千家企业。密集的化工、印染、棉纺、造纸、制革、食品和制药等企业将工业废水直接排入苏州河，加上附近居民的生活污水，在综合治理工程实施以前流入苏州河的废污水量约占全市废污水总量的 47%。由于污染源逐年增加，水质污染日趋严重，污染范围也逐渐上溯扩大。苏州河见证了上海工业发展的进程，也让人们付出了沉痛的代价，成为系在繁华都市腰上的“脏布”。

1998 年，按照“以治水为中心，全面规划、远近结合、突出重点、循序渐进、标本兼治”的原则，苏州河环境综合整治工程总投资 140 亿元，耗时 20 年，被誉为上海生态环境“第一工程”。2008 年主体工程完成后的苏州河水生态系统在很大程度上得到恢复。苏州河环境的改善对两岸居民生活和健康有着重要意义。如今的苏州河两岸已成为市民休闲娱乐的景观地带。这一节首图既显示党和国家关心国计民生的根本方针，也显示我国对解决环境污染这一世界性难题作出的积极贡献。这一节首图也与后面的“STSE”相呼应。

 

此处设置“大家谈”旨在引导学生积极面对人类既要使用能源又会造成环境污染的矛盾问题，为今后如何寻找和开发“清洁能源”埋下探索的“种子”。

 

此处设置的“大家谈”旨在启发学生开动脑筋，思考日常生活如何节能减排，潜移默化地把个人与国家环境治理目标联系起来，提高学生的社会责任感和国家意识。

问题与思考解读

1．参考解答：学校教室所有电风扇的总功率为 P = 30 × 4 × 0.1 kW = 12 kW，一个月节约的电能为 E = 20 × 0.5 h × 12 kW = 120 kW·h。

命题意图：通过身边物理问题的计算，让学生体会到节约能源并非都很难，有时随手就能做到，关键是要有自觉节能的意识。

主要素养与水平：能量观念（Ⅰ）；科学推理（Ⅱ）。

 

2．参考解答：发电 130 kW·h 需要完全燃烧煤的质量为：m = 130 × 0.4 kg = 52 kg，这些煤的含碳量为 m_C = 90% × 52 kg = 46.8 kg；由 C + O₂ = CO₂ 可知：1 mol 碳完全燃烧，产生 1 mol 二氧化碳。即 12 kg 碳完全燃烧产生 44 kg 二氧化碳。因此，太阳能发电 130 kW·h 减少排放的二氧化碳为 m_co2 = 46.8 ÷ 12 × 44 kg = 171.6 kg。

命题意图：体会用煤与用太阳能造成的碳排放的差异，启发对“清洁能源”研究的关注。

主要素养与水平：能量观念（Ⅰ）；科学推理（Ⅱ）。

 

3．参考解答：从个人的角度讲，可以少用一次性用品、节约纸张、节约水资源，多用公共交通和共享单车、尽量使用低能耗高能效电器等。从社会的角度讲，可以建议决策者加强节能减排方面的立法以及奖惩机制等。

命题意图：提醒学生对节约能源的全方位的关注。

主要素养与水平：能量观念（Ⅰ）；社会责任（Ⅰ）。

 

4．参考解答：通常，对于二氧化硫等污染气体的减排是要付出相当能耗的。外高桥第三发电厂研究出“零能耗”脱硫的系列技术，是在烟气脱硫之前将其中的热能通过一种特殊装置加以回收，并送回热力系统再发电，以弥补脱硫系统的电耗，再辅以相应的节电技术，最终使脱硫系统的节能量与耗能量达到平衡甚至结余，实现“零能耗”脱硫的目标。

命题意图：旨在关注企业对“节能减排”所做的努力与取得的成果。

主要素养与水平：能量观念（Ⅰ）；科学态度（Ⅰ）；社会责任（Ⅰ）。

资料链接

国五、国六排放标准

“国六排放标准”即为“国家第六阶段机动车污染物排放标准”，是指为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》，防治压燃式及气体燃料点燃式发动机汽车排气对环境的污染，保护生态环境，保障人体健康而制定的标准。“国六排放标准”包括《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》和《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》两部分。“国五排放标准”即为“国家第五阶段机动车污染物排放标准”。

国五、国六排放标准的主要差异

污染物	THC (mg/km)		CO (mg/km)		NOx (mg/km)		NMHC (mg/km)		N2O (mg/km)		PM (mg/km)		PN (个/km)
	汽油	柴油	汽油	柴油	汽油	柴油	汽油	柴油	汽油	柴油	汽油	柴油	汽油	柴油
国五	100	—	1000	500	60	180	68	—	—	—	4.5	4.5	—	6.0×1011
国六a	100		700		60		68		20		4.5		6.0×1011
国六b	50		500		35		35		20		3		6.0×1011

注：THC:总碳氢化合物；CO：一氧化碳；NO_x：氮氧化物；NMHC：非甲烷碳氢化合物；N₂O：氧化亚氮；PM：细颗粒物；PN：粒子数量

 

国六标准较国五标准排放标准限值变化

单位：mg/km（PN的单位：个/km）

标准	CO	THC	NMHC	NOx	N2O	PM	PN
国五标准	1 000	100	68	60	无此项	4.5	6.0×1011
国六标准（6a）	700	100	68	60	20	4.5	6.0×1011
国六标准（6b）	500	50	35	35	20	3.0	6.0×1011
6a VS 国五	↓30.00%	无变化	无变化	无变化	新增	无变化	无变化
6b VS 国五	↓50.00%	↓50.00%	↓48.53%	↓41.67%	新增	↓33.33%	无变化

注：CO：一氧化碳；THC：总碳氢化合物；NMHC：非甲烷碳氢化合物；NO_x：氮氧化物；N₂O：氧化亚氮；PM：细颗粒物；PN：粒子数量