第四章 四、能源与可持续发展

1952 年 12 月 5 日，英国伦敦发生了震惊世界的烟雾事件：一场持续 5 天的烟雾夺走了 4 000 多人的生命。这次事件的元凶是冬季取暖的煤烟和工业排放的烟雾。

伦敦烟雾事件是20世纪中期世界重大公害事件之一。这些公害的出现向人们提示：能源的开发和利用会给环境带来一定的影响。在诸多能源中，煤炭和石油等引起的环境问题最为严重，它们在开采、运输、加工、利用等环节上都会对环境产生污染。

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图 4.4-1  1952年的伦敦烟雾

在资源和能源的消耗中要产生废气、废水和废渣。当大自然无法完全消除这些有害物质时，自然环境将会恶化。环境的恶化直接危及人类安全。目前，与能源利用有关的环境问题主要有酸雨、失控的温室效应、热岛效应、臭氧层破坏等。

酸雨

酸雨指 pH 值低于 5.6 的降水，有时也泛指以沉降形式从大气转移到地面的酸性物质。1971 年，联合国会议确认酸雨属于全球性的污染问题。

20 世纪 80 年代以来，世界上形成三大酸雨区：欧洲、北美和中国。酸雨在我国主要分布于长江以南、青藏高原以东的地区，还有长江以北的西部盆地。我国酸雨区面积已超过国土的30%。酸雨的形成是复杂的大气化学和大气物理现象，是大气污染的结果。人类生活和生产的主要能源是化石燃料。煤和石油中的硫、氮等元素，在燃烧过程中产生二氧化硫、一氧化氮等气体。二氧化硫是酸性氧化物，一氧化氮在常温下很容易与空气中的氧化合，形成二氧化氮，一旦遇到降水，二氧化硫和二氧化氮与雨水化合，形成硫酸和硝酸。酸雨中含有水、硫酸、硝酸等物质。

酸雨对建筑材料、金属制品、纺织品都有腐蚀作用，它会造成油漆变色、金属生锈、纸张变脆、衣服褪色、塑料老化等。酸雨会损坏文物吉迹。近十几年来，酸雨区的一些石刻、石雕或铜像的损坏程度超过了以往百年甚至千年的损害。特别是以石灰岩为材料的历史建筑物，如伦敦的英王查理一世的雕像、雅典的巴特农神庙、印度的泰姬陵、华盛顿的林肯纪念碑等，都受到不同程度的腐蚀。

酸雨使土壤酸化，破坏土壤的营养，毁灭土壤中的微生物，使土壤板结，危害植物生长。酸雨使森林被破坏，使湖泊河流逐渐酸化，鱼虾减少或绝迹，变成死亡湖、死亡河。

图 4.4-2被酸雨腐蚀的古迹

酸雨直接危害人的呼吸系统、眼睛和皮肤。酸雨中的汞和镉等重金属会通过水体和土壤进入植物和动物体内，并逐步积累起来，然后随食物链进入人体，危害健康。

图 4.4-3被酸雨毁坏的林木

失控的温室效应

温室的特点是可以接受太阳的辐射，但热量不易散失，所以温度比室外高。利用温室可以在冬季培育蔬菜、花卉。地球大气层中的二氧化碳和水蒸气，就像温室的玻璃，一方面允许太阳辐射透过，另一方面却会吸收地面的热辐射，不允许它散发到外层空间。这样就会使得大气升温。二氧化碳、水蒸气这些能产生类似温室玻璃作用的气体，就是温室气体，它们的影响称为温室效应。

温室效应是一种自然现象，自古以来一直存在着。正是温室效应使地球表面的温度保持在年平均15℃左右，创造了适宜生命存在的环境，如果大气中没有温室气体，地球将是一个寒冷的世界。

但是，失控的温室效应则会使地球发生变化，对人类的生存产生影响。

自工业革命以来，大气中二氧化碳的浓度持续攀升。造成这一状况的主要原因是化石燃料在燃烧时产生的二氧化碳。

失控的温室效应会造成全球气候变暖，使全球降水量重新分配，冰川和冻土融化，海平面上升，从而使森林、湿地和极地冻土受到破坏，同时导致生存其中的许多生物物种灭绝。最大的威胁是出现极端高温、百年不遇的干旱、异乎寻常的热浪、行凶肆虐的飓风。它们带来的灾难是致命的。可见，失控的温室效应危害自然生态系统，也给人类带来直接威胁。

热岛效应

19世纪20年代，有人发现英国伦敦市区气温比郊区高，以后陆续在许多大城市都观测到这种现象，并把这种现象叫做热岛效应。

在大城市，大量烟尘和废气使大气混浊度增加。这些尘粒作为凝结核又促进了雾和云的形成，致使城市上空大气变得更为混浊，阻碍了地表热量向外辐射。另外，城市中的建筑物、混凝土和沥青路面，改变了地表的反射率和蓄热能力；工厂、办公室、居民生活中使用的电气设备向环境散热，等等。这些因素使得城市的气温比周围农村的气温高，形成明显的温度差，可达0.5~1.5 ℃或更高。

图4.4-4城市热岛

热岛效应虽然可以降低冬季采暖能耗，但是在夏季，热岛效应使气温升得更高，不仅增大城市用水量和用电量，还会使人心脏、脑血管和呼吸系统等疾病的发病率上升。

能源短缺

人类对化石能源的需求量与日俱增，人们担心，化石能源总有一天会消耗殆尽，而届时还未找到足够的替代能源。因此，能源使用的前途是人类发展中的一个极大的忧患。

造成能源短缺的原因来自两个方面。

一是能源的消费需求过大。世界各国经济增长使能源需求量增加。发达国家的生产总值每增加1倍，能源消费至少要相应增加0.7倍，而发展中国家则要增加0.9倍。人口增长也是造成能源需求量增加的重要因素，世界每年人口净增长超过9 000万。人们对高质量生活的不断追求，也加剧了能源消耗。

二是不可再生能源本身储量有限，而开采的规模却越来越大。当今世界消耗石油、煤炭、天然气的速度比大自然生成的速度快100万倍。尽管由于全球能源资源的勘察程度没有达到极限，但是多方资料显示，自20世纪70年代以来，新发现的石油资源跟不上石油产量的增长，剩余可采储量不断减少。

随着经济规模扩大、人民生活水平提高以及人口增长，我国能源消耗量也在与日俱增。从1992年开始，我国能源消费总量已经超过能源生产总量，成为世界第二能源消费大国，自1993年起，原油从净出口转为净进口。尽管我国是世界上能源、矿产品种齐全的国家之一，能源资源总量也比较丰富，但是由于人口众多，人均拥有资源很少。

从能源需求看，即使按照最乐观的估计，到2020年中国的能源需求总量将达到25亿吨标准煤，这个数字比2000年高出了90%，而最为悲观的估计则要高出152%。从长远看，能源问题可能成为抑制我国经济发展的因素。

目前，人类对可再生能源的研究、开发、使用还刚刚起步，还只能作为常规能源的补充，要使可再生能源取代化石能源的地位，还需要一个相当长的时期。这个时间差之长，增强了人们的忧患意识，也加重了能源问题的严重性。

能源与可持续发展

资源与环境是目前人类社会共同面临的两大问题。在资源问题中，能源又占有最重要的地位。这两个重大问题向人类生活和社会文明的几乎所有方面提出了挑战。

有责任心的入们探讨和提出了种种解决方案，这些方案共同的核心思想是可持续发展。联合国世界环境和发展委员会对可持续发展的定义是：“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害和发展”，也就是说，要“在不超出支持它的生态系统的承载能力的前提下改善人类生活质量”。

可持续发展思想包括几个观点。

第一，寻求自然资源及其开发利用之间的平衡，既要发展又要考虑到环境系统的再生能力。第二，人类的生产方式与生活方式要与地球承载能力保持平衡，既要创造美好的生活，又要合理地利用自然资源。第三，要提高技术水平，提高经济生产能力。

可持续发展是一个涉及经济、社会、文化、技术及自然环境的综合概念。从社会观的角度看，要公平分配，既满足当代人又满足后代人的基本需求；从经济观的角度看，经济发展要保护地球的自然系统；从自然观的角度看，人类要与自然和谐相处。1992年联合国环境与发展大会通过了《21世纪议程》，将可持续发展由概念、理论推向行动，要求各国制定相应的可持续发展战略和规划，迎接人类面临的共同挑战。

为了减少能源的开发和利用给环境带来的消极影响，为了缓解能源短缺，可以从多个方面去落实可持续发展的思想。

改变工业发展模式。工业生产相对于日常生活，对环境产生的影响更大。从生产与环境关系的角度看，工业发展有三种模式，代表着三个发展层次。第一种模式——不顾环境的工业生产；第二种模式——先生产，后治理；第三种模式——对产品整个生产周期采取污染预防的清洁生产。第三种模式的目标是实现工业生产的生态化，包括使用清洁的能源、常规能源的清洁利用、可再生能源的开发、各种节能技术的应用等。

图 4.4-6关于中国可持续发展的网页

节能的重要性不可低估。国际能源界将节能称为与煤、石油及天然气、水电、核电并列的“第五能源”。我国在20世纪80年代就提出“能源开发与节能并重”的方针。多年来，通过产业结构调整、加强能源管理和采取节能措施等方面取得了一些效果，但是能耗水平仍然高于发达国家。这表明，在节能方面，还有很大的空间。

我们只有一个地球

人类的进步始终伴随着问题、矛盾和灾难。我们曾经天真地相信人定胜天，认为自己具有无所不能的力量。于是就有了改天换地的激情，以及对于美好前景的朦胧憧憬。但有时候事与愿违，对于美好愿望的追求，带来的往往是未曾预料到的惩罚。几个世纪以来席卷全球的工业化运动，极大地推进了人类社会的经济发展，提高了人们的生活质量，但同时也带来了前所未有的环境污染、生态危机和人口压力。地球变得格外沉重。人类对于自然资源的无节制利用，竟然使得原来那些用之不竭的一切：阳光、空气和水变得弥足珍贵。原来天地造化的鸟语花香、青山绿水，现在只能到山村旷野和人工景点去寻觅。许多人在忧虑人类的自我毁灭。亿万人惊呼：“我们只有一个地球！”

图4.4-7应该爱护我们美丽的家园

人类总是在挑战中前进的。尽管有困难，但是发展不会停止，人类对于美好生活的追求也不会停止。半个世纪以来对于环境问题的认识，使我们格外深刻地领悟到中国传统思想中“天人合一”哲理的价值。人类虽然是万物的灵长，但同时也是自然的孩子，我们不能蔑视自然，而只能与自然万物和谐相处。

如何实现可持续发展的目标？靠科学责任的觉醒，靠人文理念的提升，靠自然文化、人文文化和科学文化的融合，靠人类的理智、才能和责任感。

大家谈

在你周围存在着哪些能源浪费现象，你能提出相应的节能措施吗？

STS

伦敦烟雾事件

1952年12月5日，整个伦敦市笼罩在浓雾之中。时值隆冬，气温很低，潮湿而沉重的空气像铅块一样压在城市上空，浓雾不散，难见天日。大街小巷到处充斥着煤烟和硫磺的呛人气味。车辆开着大灯，交通警察被迫戴上了防毒口罩，来往行人不断咳嗽和流泪。

浓雾持续了5天才逐渐散去。它在这几天中夺走了4 000多人的生命。在以后的3个月中又有8 000多人因受雾害而相继死去。

伦敦的这场烟雾为什么会“杀人”呢？

事后经多方调查，人们终于弄清，是大气中二氧化硫、水滴（雾）和粉尘的共同作用，才形成了这场浓雾。粉尘主要来自煤烟中的炭粒，含有二氧化硫、二氧化硅、氧化铝等成分，形成了雾滴的核心。空气中的二氧化硫氧化，生成三氧化硫，形成危害人体健康、威胁生命的硫酸雾。硫酸雾所含的有毒气体和粉尘叠被吸入肺里以后，会黏附在肺泡细胞上并沉积下来。它还会进入血液，流遍全身，造成危害。

酿成伦敦烟雾事件的主要凶手有两个：冬季取暖燃烧的煤烟和工业排放的烟雾。大气的的逆温层现象是帮凶。

20世纪50年代，伦敦以煤为燃料的工厂很多，居民生活取暖也以煤为主。当时，伦敦市区烟囱林立，成千上万个烟囱昼夜不停地向空中排放着大量烟雾。

另外，12月5日清晨，伦敦上空被滞留的高气压所控制，地面完全处于无风状态。由于夜间地面辐射强烈，热量大量散失，地面附近的气温反而低于空中的气温，从而在50～150 m的低空形成自上而下由暖到冷的逆温层。冷重的空气在下，暖轻的空气在上，使大气很难上下对流。它就像大锅盖一样扣在城市上空，阻止了地面气体的上升运动。因此，各种烟尘无法扩散，污染物不断积聚。当时每立方米大气中所含的二氧化硫比平时高6倍，颗粒污染物浓度比平时多9倍，空气变成了毒气，终于酿成了一场震惊世界的“烟雾杀人”惨案。

问题和练习

1．调查当地各种大气污染物的污染指数与当日天气及居民取暖情况、汽车上路多少的关系。

2．了解我国汽车尾气排放标准的变化。

3．调查某一单位（家庭、学校、工厂等）的能源消耗情况，提出相应的节能方案。

4．提出一个解决城市热岛问题的方案。

发布时间：2023/1/15 17:38:50  阅读次数：656