属于可再生资源、不可再生资源、一次能源、二次能源、化石能源的有

酒精

主要成分： 乙醇

外观与性状： 无色液体，有酒香。

燃点(℃)：75

熔点(℃)： -114.1

沸点(℃)： 78.3

相对密度(水=1)： 0.79

相对蒸气密度(空气=1)： 1.59

饱和蒸气压(kPa)： 5.33(19℃)

燃烧热(kJ/mol)： 1365.5

临界温度(℃)： 243.1

临界压力(MPa)： 6.38

辛醇/水分配系数的对数值： 0.32

闪点(℃)： 12

引燃温度(℃)： 363

爆炸上限%(V/V)： 19.0

爆炸下限%(V/V)： 3.3

酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇， 分子式C2H5OH，因为它的化学分子式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重0.7893(20／4°)。凝固点-117.3℃。沸点78.2℃。能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸湿性。与水能形成共沸混合物，共沸点78.15℃。乙醇蒸气与空气混合能引起爆炸，爆炸极限浓度3.5-18.0％(W)。酒精在70％(V)时，对于细菌具有强列的杀伤作用．也可以作防腐剂，溶剂等。处于临界状态（243℃、60kg／CM·CM）时的乙醇，有极强烈的溶解能力，可实现超临界淬取。由于它的溶液凝固点下降，因此，一定浓度的酒精溶液，可以作防冻剂和冷媒。酒精可以代替汽油作燃料，是一种可再生能源。

基本内容

《环境问题》是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，以及这种变化对人类的生产、生活和健康造成的影响。人类在改造自然环境和创建社会环境的过程中，自然环境仍以其固有的自然规律变化着。社会环境一方面受自然环境的制约，也以其固有的规律运动着。人类与环境不断地相互影响和作用，产生环境问

题。环境的亲和力环境，是人类生存和活动的场所，也是向人类提供生产和消费所需要的自然资源的供应基地。在《中华人民共和国环境保护法》中，明确指出：“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”其中，“影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的因素的总体”，就是环境的科学而又概括的定义。它有两层含义：第一，环境法所说的环境，是指以人为中心的人类生存环境，关系到人类的毁灭与生存。同时，环境又不是泛指人类周围的一切自然的和社会的客观事物整体

参考资料：

1.环境问题可分为两大类：一类是由于自然因素的破坏和污染所引起的。如：火山活动，地震、风暴、海啸等产生的自然灾害，因环境中元素自然分布不均引起的地方病，以及自然界中放射物质产生的放射病等。另一类是人为因素造成的环境污染和自然资源与生态环境的破坏。在人类生产、生活活动中产生的各种污染物（或污染因素）进入环境，超过了环境容量的容许极限，使环境受到污染和破坏；人类在开发利用自然资源时，超越了环境自身的承载能力，使生态环境质量恶化，或出现自然资源枯竭的现象，这些都属于人为造成的环境问题。我们通常所说的环境问题，多指人为因素造成的。当前人类面临着日益严重的环境问题，这里，“虽然没有枪炮，没有硝烟，却在残杀着生灵”，但没有哪一个国家和地区能够逃避不断发生的环境污染和自然资源的破坏，它直接威胁着生态环境，威胁着人类的健康和子孙后代的生存。于是人们呼吁“只有一个地球”，“文明人一旦毁坏了他们的生存环境，他们将被迫迁移或衰亡”，强烈要求保护人类生存的环境。

环境问题的产生，从根本上讲是经济、社会发展的伴生产物。具体说可概括为以下几个方面： (1)由于人口增加对环境造成的巨大压力；

(2)伴随人类的生产、生活活动产生的环境污染； (3)人类在开发建设活动中造成的生态破坏的不良变化；

(4)由于人类的社会活动，如军事活动、旅游活动等，造成的人文遗迹，风景名胜区、自然保护区的破坏，珍稀物种的灭绝以及海洋等自然和社会环境的破坏与污染。

环境问题-种类划分

环境问题威胁人类健康环境问题多种多样，归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，也叫第一环境问题。如地震、洪涝、干旱、台风、崩塌、滑坡、泥石流等。一类是人类活动引起的次生环境问题，也叫第二环境问题和“公害”。次生环境问题一般又分为环境污染和环境破坏两大类。如乱砍滥伐引起的森林植被的破坏、过度放牧引起的草原退化、大面积开垦草原引起的沙漠化和土地沙化、工业生产造成大气、水环境恶化等。

环境问题是指全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象。环境问题是目前世界人类面临的几个主要问题之一。环境问题是多方面的，但大致可分为两类：原生环境问题和次生环境问题。由自然力引起的为原生环境问题，也称第一环境问题，如火山喷发、地震、洪涝、干旱、滑坡等等引起的环境问题。由于人类的生产和生活活动引起生态系统破坏和环境污染，反过来又危机人类自身的生存和发展的现象，为次生环境问题，也叫第二环境问题。环境污染不仅包括物质造成的直接污染，如工业"三废"和生活"三废"，也包括由物质的物理性质和运动性质引起的污染，如热污染、噪声污染、电磁污染和放射性污染。

环境污染的各种分类：

按环境要素分 ：大气污染、水体污染、土壤污染。

按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。

按造成环境污染的性质、来源分：化学污染、生物污染、物理污染（噪声污染、放射性、电磁波）固体废物污染、能源污染。

这是一个由人类活动引起的环境问题列表。这些条目涉及对自然环境的人为影响。

Climate change气候变化 — 全球变暖 · 化石燃料 · 海平面上升 · 手机对社会的影响

Conservation保护生物学 — 基因侵蚀 · 全新世灭绝事件 · 入侵物种 · 物种灭绝 · 栖息地破坏 · 栖息地细碎化 · 授粉昆虫减少 · 珊瑚白化 · 捕鲸 · 鲸鱼搁浅

Dams水坝 - 水坝的环境影响

Energy能源 - 节约能源 · 可再生能源 · 能源利用率 · 可再生能源商业化

Genetic engineering遗传工程 — 基因污染

Intensive farming精耕细作 — 过度放牧 · 灌溉 · 单一栽培 · 肉类生产的环境影响

Land degradation — 土地污染 · 沙漠化

Soil土壤 — 土壤保护 · 水土流失 · 土壤污染 · 土壤盐化

Nanotechnology纳米科技 — 纳米毒理学 · 纳米污染

Nuclear issues核问题 — 放射性尘埃 · 堆芯熔毁 · 核动力

Overpopulation人口过剩 — 自然安葬

Ozone depletion臭氧层损耗

Pollution污染 — 空气污染 · 光污染 · 噪音污染 · 热污染

水污染 — 酸雨 · 富营养化 · 海洋废弃物 · 石油泄漏 · 水危机

Resource depletion资源消耗 — 自然资源的开采

渔业 — 炸药捕鱼 · 水底拖网 · 氰化物捕鱼 · 鬼网 · 非法的、不报告的和不管制的捕捞 · 过度捕捞· 鱼翅

伐木业 — 皆伐 · 森林开伐 · 非法砍伐

采矿业 — 酸性矿山废水 · 炸开山头采矿

Toxins毒素 — 氯氟烃 · DDT · 二恶英 · 重金属 · 除草剂 · 农药 · 毒性物质减量使用 · 有毒垃圾

Urban sprawl城市延伸

Waste垃圾 — 垃圾处置事件 · 堆填

《人口问题》

人口问题是与环境问题有密切的互为因果的联系，在一定社会发展阶段，一定地理环境和生产力水平条件下，人口增殖应保持在适当比例内。生态环境问题突出表现为生态破坏、环境污染严重。它是社会运行和发展的重大障碍。预测未来社会问题的主要矛盾将集中到生态环境上。如不及早解决，它将给社会带来巨大的破坏，甚至是全球性的、毁灭性的破坏。

基本介绍

世界人口的迅猛增长引起了许多问题。特别是一些经济不发达国家的人口过度增长,影响了整个国家的经济发展、社会安定和人民生活水平的提高,给人类生活带来许多问题。

为了解决人口增长过快的问题,人类必须控制自己,做到有计划地生育,使人口的增长与社会、经济的发展相适应,与环境、资源相协调。

问题背景

在20世纪70年代，有人认为，当时的人口要占地球上曾经生活过的总人口的75%。这一被广泛引用的统计结果过于受20世纪人口爆炸的影响——比例实在是高得令人难以置信。要想得到一个比较精确的结果，我们必须确定现代人类是从何时开始的，出生率是多少，以及历史上到底生活过多少人。普遍认为，现代人是在5万年前出现的。我们可以设想，当时是不会限制人口出生的，且人的寿命都很短，这就导致一个年轻的人口结构和较高的生育率——每个母亲大约会生6到8个孩子。到了中世纪，出生率开始长时间地下降。18世纪以后的记录表明，当时的工业化国家，出生率在持续下降。美国人口学者卡尔－郝伯（CarlHaub）认为，在农业出现以前，在以狩猎为生的方式下，全世界的人口大约只有500万到1000万。科技之光消息，到了公元1世纪，根据当时罗马、中国和地中海地区的断断续续的人口普查，世界人口已增长至3亿。对这个人口应用一个较高的出生率，就可以估算出，迄今为止地球上总共生活过大约1060亿人。我们现在有61亿人，占地球上曾经生活过的总人口的5.7%。在1900年，全世界只有16亿人，但是发展中国家人口的快速增长导致世界人口的激增，所以我们现有人口占地球曾有人口的比例在上升。

人口关注

统计数据表明，世界人口1800年达到10亿，1930年达到20亿，1960年达到30亿，1974年达到40亿，1987年达到50亿，1999年达到60亿。据法国国家人口研究所的统计，世界人口2005年12月19日突破65亿，预计将在1012年到2013年间突破70亿。预计到本世纪中叶，世界人口将达到90亿至100亿。

科学家早先的测算结果认为，地球最多能够养活100亿到150亿居民。如果不及时有效控制人口增长，人类可持续发展的理想很可能难以实现。 联合国2005年3月公布的一份研究报告称，过去50年间世界人口的持续增长和经济活动的不断扩展对地球生态系统造成了巨大压力。人类活动已给地球上60%的草地、森林、农耕地、河流和湖泊带来了消极影响。近几十年来，地球上五分之一的珊瑚和三分之一的红树林遭到破坏，动物和植物多样性迅速降低，三分之一的物种濒临灭绝。

人口增长和其他因素结合在一起，已经对整个人类社会构成严峻挑战。以水资源为例，目前全球至少有11亿人无法得到安全饮用水，26亿人口缺乏基本的卫生条件。在沉重的人口压力面前，经济发展、社会进步与环境保护等人类共同的理想受到巨大威胁。

人口问题涉及“地球村”每个成员，发达国家也不例外。美国人口的快速增长及其高于全球平均水平的人均资源和能源消耗量，使人们对美国式发展道路产生了质疑。其他一些发达国家也出现人口负增长和社会老龄化等问题。这些意味着，不论是发展中国家还是发达国家都需要高度重视人口问题，建立符合自己国情的科学的人口发展战略。

经济影响

讨论人口政策问题，要算算经济账。所谓经济帐，就是看看人的效益怎么产生，算算人的成本是多少，以及人口变动情况对这些成本效益的影响。

在社会中人的效益只有加入经济生产中才会产生，也就是有了工作、有了收入在能对社会产生贡献。那么在中国，人口增加会对收入水平产生怎样的影响呢？很显然，人口增加会降低人均收入水平，或者说，会阻止人均收入水平的增加。

在中国，人口众多会降低收入水平，这首先是一个众所周知的现象，“人太多、工作不好找”是人人皆知的事实。简单的分析原因的话，就是经济的形成需要市场、技术、资源、劳动力等多种因素限制，其它因素不足，某种因素过多是没有用的，而在中国，就是人口过多，人口过多而经济有限时，人口再增加不会自动增加经济，而是相互竞争，使人均收入减少。这是中国的实际情况，在有些国家，可能情况不一样，人口不多而资源等其它因素多，那么增加人口就会直接增加经济。

中国目前情况来说人口继续增长，而产业水平也不断提升，因此人均收入水平也在提高。然而人口增加阻止人均收入水平的提升的效果仍然存在，具体的说，就是就业压力仍然很严重。

国家搞经济的基本目的是提高人民生活水平，具体来说，就是提高人均收入水平，是的，我们的确依靠劳动力成本优势开始创建了一个巨大的经济体系，但是发展经济的根本目的仍然是为了提高人民收入水平，而不是为了发展经济而发展经济。生活在现实中的人没有不愿意提高收入水平的，所以在我身边的人，没有愿意让人口增加而让自己收入减少的。

性别比失调

1982年第三次人口普查，全国出生性别比为108.5，1987年百分之一抽样调查为110.9，1990年第四次人口普查为111.3，1995年百分之一抽样调查为115.6，2000年第五次人口普查为116.9，个别省份高达138。2005年，再次抽样调查，性别比高达118.58。男女性别比，城乡均出现异常，农村失调程度更为严重。正常情况下，男女性别比应该保持在103至107之间。

出生人口性别失调，给社会带来一些问题。如：跨境非法婚姻，跨境强行拐卖妇女儿童，强迫妇女卖淫等社会问题。导致性别比失调原因：一是重男轻女，二是社会保障制度不健全，三是B超的普及和滥用。说到底是一个经济问题，也是一个文化问题，实际是一个养老问题。

2005年以后，新进入婚育年龄的人口，男性明显多于女性，经测算，到2020年，20～45岁的男性将比女性多3000万人左右，婚姻挤压情况凸现，低收入及农村低素质者结婚就很困难。这将导致社会秩序混乱，成为影响社会安定和谐的严重隐患。

出生与死亡

自推行计划生育政策以来，我国人口出生率得到了有效的控制。上世纪出现三次人口增长高峰，人口出生率都在20‰以上，进入90年代以后，人口出生率逐年下降。2005年下降为12.40‰，比1978年的23.33‰下降了10.93‰。人口出生率每下降1个千分点，意味着少出生100万人口，下降10个千分点就是少出生1000万人。

人口死亡率多年来保持在6.5‰左右。随着人口老龄化，现在已提高到近7‰。

出生率减去死亡率就是自然增长率。人口的自然增长率1978年为12.00‰，2005年下降为5.89‰。出生率与死亡率之比，1978年为34.2%，2005年为52.5%，也就说1978年出生三个人有一个人死亡，2005年出生二个人有一个人死亡，死亡人口占出生人口的50%。

人口老龄化

我国是世界上老年人口最多的国家。目前，我国60岁以上老年人口达1.43亿，65岁以上老年人口占总人口的比例达7%。预计到2020年，60岁以上老年人口将达到2.34亿，比重从2000年的9.9%上升到16.0%；65岁以上老年人口将达到1.64亿，比重从2000年的6.7%上升到11.2%。

到本世纪40年代后期，我国将形成老年人口高峰，届时每3～4人中就有一名老年人。2020年、2050年80岁以上高龄老年人口将分别达到2200万和5300万人。那时候，老年人口基本上都是独生子女的父母，生活无法自理的空巢老人将会成倍增加，他们在生活中的照料、精神慰藉等问题，将更加突出，社会总体负担加重，建立社会养老服务体系，确保老年人口安度晚年是一个大问题。

不堪重负

13亿是一个忧虑的数字。13亿人要吃饭、要穿衣、要上学、要就业、要住房……，消费的需求乘以13亿，就是一个庞大的数目。中国的耕地、水资源、森林以及矿产资源本来就稀缺，再除以13亿，就少得可怜。平均每人耕地面积只有1.4亩，水资源只相当于世界人均水平的1/4。1997年到2004年，中国耕地面积减少1亿亩，人口却增长了6300多万，这一增一减，使得我国人均物质水平更加捉襟见肘，粮食安全、环境资源难以承受人口的增长。13亿这个意味深长的数目，既有“放大效应”，也有“缩小效应”；这就提醒国国家的公务员，在任何时候，想问题、办事情都不能脱离人口多、底子薄这个基本国情。只有统筹兼顾人口与经济、资源、环境的关系，才能实现全面协调，可持续的发展。

透过13亿，我们就会更加深刻地理解大与小、多与少、贫与富的辨证关系。例如：一些地方“圈地”搞开发，从局部看，减少一片耕地，似乎不会影响国家粮食安全，但从全局看，如果每个地方都如此蚕食耕地，13亿人吃饭就成了天大问题。又如，我国许多餐馆流行一次性木筷，从一个人来说，多用几双筷子似乎没有什么值得大惊小怪，但从13亿人每顿饭都使用一次性筷子，加起来就要毁掉一大片森林。这说明，在一个人口大国，再小的浪费，乘以13亿都是一个天文数字，再雄厚的家底，除以13亿都显得微不足道，而从积极的角度看，再小的节约和善举，乘以13亿都是一个惊人的财富。

人口素质

一个社会的发展，根本上有赖于人口素质提高。过去出国，看到国外车多人少，国内人多车少；现在出国，感到最深的是，国内城市硬件建设不比国外差，但人的素质、文明程度、法律观念、生存环境等软件差距很大。当前，我国多的是人口，少的是人才，如何把人口数量转化为人力资源，是国家发展一大战略问题。

2004年中国企事业单位技术人员共有5375万人，仅占13亿人口的4.1%，与发达国家相比较，差距太大。如美国硅谷地区，城市人口只有200万，高科技人员就有70万。当代是知识经济时代，具有较高的科技文化素质的人口是推动经济发展的重要因素。美国和日本尽管劳动力资源数量不多，但由于整体劳动人口科学文化素质高，劳动生产率处于较高水平。培养高素质的人口需要对人口进行投资，更要通过教育培养来提高人力资本。国家投入教育经费占国民收入的3.95%，投入教育固定资产仅占全国比重的2.6%，远远低于发达国家水平。人的素质是决定国家发展强大，生活富裕的资本。大千世界无论什么竞争，说到底是人才竞争，知识的竞争，任何事务发展，没有知识，没有人才是办不到的。

党中央非常重视发展教育事业。胡锦涛总书记2007年8月31日在全国优秀教师代表座谈会上强调指出：“中国的未来发展，中华民族的伟大复兴，归根结底靠人才，人才培养的基础在教育。”“我们必须坚持以邓小平理论和‘三个代表’重要思想为指导，深入贯彻落实科学发展观，全面实施好科教兴国战略和人才强国战略，继续坚持好、落实好把教育摆在优先发展的战略地位的方针，大力提高全民族素质，为全面建设小康社会，加快推进社会主义现代化，实现中华民族伟大复兴提供强大的人才和人力资源保证。”

为了解决人口增长过快的问题,人类必须控制自己,做到有计划地生育,使人口的增长与社会、经济的发展相适应,与环境、资源相协调. 人口问题与环境问题有密切的互为因果的联系，在一定社会发展阶段，一定地理环境和生产力水平条件下，人口增殖应保持在适当比例内。

维基百科中与环境相关的项目。

《资源问题》

主要是指由于人口增长和经济发展，对资源的过量开采和不合理开发利用而产生的影响资源质量的一系列问题。同人口问题、环境问题一样，资源问题说到底也是发展问题。人类社会发展到今天，人口剧增、资源短缺、环境恶化以及生态危机等一系列的世界性问题，已经直接威胁到我们和子孙后代的生存。

2 根本原因

人口急剧增长、人类需求的无节制。

3 解决途径

①实行节约保护资源的基本国策。

②开源、节流。（关键是利用科学技术）

③跨区域调配——西电东送、西气东输、南水北调、北煤南运。

④加强立法。

⑤大力发展循环经济，实施可持续发展战略，

建设资源节约型社会。

《总结》：在当代，最突出的社会问题是：人口问题、生态环境问题、劳动就业问题、青少年犯罪问题和老龄问题。

人口问题是全球性最主要的社会问题之一，是当代许多社会问题的核心。虽然它在不同国家的具体表现各异，但其实质主要表现为人口再生产与物质资料再生产的失调，人口增长超过经济增长而出现人口过剩。以中国为例,当前社会生活和发展所遇到的种种问题,无一不直接地或间接地与巨大的人口压力相联系。首先，人口压力使社会在提供现有人口生活条件和提高人民生活水平方面，遇到了难以克服的困难。突出表现为就业困难,住房紧张,粮食、燃料等生活必需品短缺。其次,人口压力造成消费与积累比例失调、生态环境严重破坏、全民族的科学文化水平降低等。

劳动就业问题源于劳动力与生产资料比例关系失调。这种失调在不同社会、不同地区表现形式不同。但它作为社会问题主要指人口过剩及经济发展缓慢或停滞，造成劳动人口失业或待业现象。中国的劳动就业问题，首先表现为就业不充分；还存在现有从业人员冗员严重、劳动生产率低下、就业及待业人员素质低下等问题。就业问题的社会后果，一方面妨碍了人民生活水平的提高，从而诱发社会动荡及社会犯罪；另一方面，不利于社会经济的协调发展，进而威胁整个社会结构的稳定性。

青少年犯罪指少年或未成年人的违法犯罪，是世界各国面临的日趋严重的社会问题。近30年来，世界各国青少年犯罪急剧增加，突出特点是：犯罪次数增多、犯罪年龄提前、蔓延广泛、手段残忍、团伙作案突出、反复性增强、改造难度加大。

老龄问题

老龄问题又称人口老龄化问题，一般指人口中60岁及60岁以上的人口比例增大，从而影响社会生产和生活的问题。人口老龄化是近年来世界各国普遍关注的一项重大社会问题。目前在发达国家较为突出，不发达国家则被高出生率造成的人口年轻化掩盖了这一现象。从人口年龄构成上看，中国将在20世纪末、下世纪初进入老年型社会。但由于人口基数大，无论现在还是将来，中国老年人口总数都将居世界首位。人口老龄化给社会、政治、经济带来一系列影响和问题，它要求对社会生产、消费、分配、投资、社会保障及福利、城乡规划等都要作出相应的调整。

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本文介绍的是核反应获得的能量 (Nuclear power)。关于原子核释放的能量 (Nuclear energy)，详见“核能”。

汉汉▼

核能发电的燃料产业链

这是一座位于法国的核能发电厂。水蒸气正在从双曲面形状的冷却塔排出。核反应堆位于圆桶状的安全壳建筑物内

核动力（英语：Nuclear power，也称原子能）是利用可控核反应来获取能量，从而得到动力、热量和电能。产生核电的工厂被称作核电站，将核能转化为电能的装置包括反应堆和汽轮发电机组。核能在反应堆中被转化为热能，热能将水变为蒸汽推动汽轮发电机组发电。

因为核辐射问题和现在人类还只能控制核裂变，所以核能尚未得到所有国家、民众的认可，在大部分的国家暂时未有大规模的利用。利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的某些潜艇及航空母舰以核能为动力（主要是美国）。同时，核能每年提供人类获得的所有能量中的15.7%。[1]

目录 [隐藏]

1 应用

2 历史

2.1 起源

2.2 早期

2.3 发展

3 反应堆的种类

3.1 当今的技术

3.2 工作原理

3.3 试验技术

4 核燃料的循环

4.1 核燃料的来源

4.2 固体废料

4.3 再处理

5 经济

5.1 建造所需资金

5.2 补贴

5.3 其它

6 对核能的担心

6.1 事故或袭击

6.2 对人类健康的影响

6.3 核武器扩散

7 环境影响

7.1 空气污染

7.2 废热

8 原子能机构团体名单

9 脚注

10 参考资料

11 参见

[编辑]应用

法国核电发电比例极高，图为法国核电厂位置。

美国核电位置

美国每年产生的核能居全世界首位，美国人消耗的电能中有20%来自于核能。如果按核能占总电能的百分比来看，法国则为全球第一。2006年的调查显示，核能满足了78%的法国电能需求。[2][3] 欧盟需要的30%的电能来自核反应。[4]各国的核能政策均各有不同。

核能是一种储量充足并被广泛应用的能量来源，而且如果用它取代化石燃料来发电的话，温室效应也会减轻。国际间正在进行对于改善核能安全性的研究，科学家们同时还在研究可控核聚变和核能的更多用途，比如说制氢（氢能也是一种被广泛提倡的清洁能源），海水淡化和大面积供热。1979年的三哩岛核泄漏事故和1986年的切尔诺贝利核事故使美国放缓了建造核能发电厂的步伐。后来，核能在经济与环境两方面的益处使联邦政府又开始重新考虑它。公众也对核能很感兴趣，不断飙升的油价，核能发电厂安全性的提高和符合京都议定书规定的低温室气体排放量使一些有影响的环境保护论者开始注意核能。有一些核反应堆已处于建造当中，几种新型核反应堆也在计划之中。

关于核能的利用一直存在着争议，因为那些放射性核废料会被无限期保存起来，这就有可能造成泄漏或爆炸，有些国家可能借应用核能的名义来大量制造核武器。核能的拥护者说这些风险都是很小的，并且应用了更先进的科技的新型核反应堆会将风险进一步降低。他们还指出，与其它化石燃料发电厂相比，核能发电厂的安全记录反而更好，核能产生的放射性废料比燃烧煤产生的还少，并且核能可以持续获得。而核能的反对者，包括了大部分主要的环境保护组织，认为核能是一种不经济，不合理且危险的能源（尤其是与可再生能源相比），而且他们对新技术能否减低成本和风险也存在着争议。有些人担心朝鲜及伊朗可能正在以民用核能的名义研制核武器。朝鲜已经承认拥有核武器，而伊朗则对此否认。

[编辑]历史

[编辑]起源

第一个成功的核裂变实验装置在1938年的柏林被德国科学家奥托·哈恩，莉泽·迈特纳和弗瑞兹·斯特拉斯曼制成。

在第二次世界大战中，一些国家致力于研究核能的利用，它们首先研究的是核反应堆。1942年12月2日，恩里科·费米在芝加哥大学建成了第一个完全自主的链式核反应堆，在他的研究基础上建立的反应堆被用来制造轰炸了长崎的原子弹“胖子”中的钚。在这个时候，一些国家也在研究核能，它们的研究重点是核武器，但同时也进行民用核能的研究。

1951年12月20日人类首次用核反应堆产生出了电能，这个核反应堆位于爱达荷州Arco的EBR-I试验增殖反应堆，它最初向外输出的功率为100 kW。

1952年，帕雷委员会（“总统的材料政策委员会”的简称）向当时的美国总统哈利·S·杜鲁门提交了一份报告，这份报告认为核能的前景“相当悲观”，它建议应该让科学家们研究太阳能。[5]

1953年12月，美国总统德怀特·艾森豪威尔发表的名为“和平需要原子”的演说，这使美国政府开始资助一系列国际间的核能研究。

[编辑]早期

这是位于宾夕法尼亚州码头市的“码头市核电站”，它是美国第一个投入商业运营的核反应堆，于1957年开始工作。

1954年6月27日，世界上第一个为电网提供电力的核电站在苏联的欧伯宁斯克开始运行。[6] 这个反应堆使用了石墨来控制核反应并用水来冷却，功率为5兆瓦。全世界第一个投入商业运营的核反应堆是位于英格兰设菲尔德的Calder Hall，它于1956年开始运行。它有一个Magnox型反应堆，最初的输出功率为 50兆瓦，后来提高到了200兆瓦。[7] 宾夕法尼亚州码头市的一个压水型反应堆是美国第一个投入商业运营的反应堆。

1954年，美国原子能委员会（美国核管理委员会的前身）的主席说，人们谈到核能时经常会提到，如果广泛应用核能，电力在将来会变得很便宜，实际上这是错误的。但是人们的这种想法已经让美国决定在2000年之前建造1000个核反应堆。[8]

在1955年联合国的“第一次日内瓦会议”中，世界上聚集了最多的科学家来一起探索核能这个新领域。1957年，欧洲原子能共同体（EURATOM）与欧洲经济共同体（即现在的欧盟）一同成立。同年成立的还有国际原子能机构（IAEA）。

[编辑]发展

核反应堆的功率提升迅速，从1960年代的不到1GW（吉瓦，GigaWatt）猛长至1970年代的100GW，1980年代又升到了300GW。1980年以后，核反应堆的功率的提升变得不那么迅速了，到2005年，功率只上升到了366GW，大部分来自于中国的核能建设。[9]

这是华盛顿公共供电系统，其中的3号和5号核电站在未完工时便遭废弃。

在1970年代和1980年代之间，建造核电站所需的巨额费用（来自政府要求的提高和一些反对者的诉讼所要求的经常性改进）和下降中的化石燃料价格使建造当中的核电站变得不那么吸引人。

在20世纪后半叶，一些反对核能的运动开始兴起，它们担心的是核事故和核辐射，还反对生产，运输和储藏核废料。1979年的三哩岛核泄漏事故和1986年的切尔诺贝利核事故成为了许多国家停止建造新核电站的关键理由。澳大利亚于1978年，瑞典于1980年，意大利于1987年都对建造核电站的问题发动了全民公投，同时爱尔兰的核能反对者成功地阻止了在该处核能计划的实施。但布鲁金斯学会表示，美国政府没有批准新核电站的建造主要是由于经济原因，而非安全问题。[10]

[编辑]反应堆的种类

[编辑]当今的技术

核裂变发电机组

现今正在运营的核反应堆可依裂变的方式区分为两大类，各类中又可依控制裂变的手段区分为数个子类别：

核裂变反应堆通过受控制的核裂变来获取核能，所获核能以热量为形式从核燃料中释出。

现行核电站所用的全为核裂变反应堆，这也是本段的主述内容。核裂变反应堆的输出功率为可调。核裂变反应堆也可依世代分类，比如说第一、第二和第三代核反应堆。现在的标准核反应堆都为压水式核反应堆（PWR）。

快中子式核反应堆和热中子式核反应堆的区别会在稍后讲到。总体来说，快中子式反应堆产生的核废料较少，其核废料的半衰期也大大短于其它型式反应堆所产生的核废料，但这种反应堆很难建造，运营成本也高。快中子式反应堆也可以当作增殖型核反应堆，而热中子式核反应堆一般不能为此。

A. 压水反应堆 (PWR)

压水反应堆内炉

这种反应堆完全以高压水来冷却并使中子减速（即使在温度极高时也是这样）。大部分正在运行的反应堆都属于这一类。尽管在三哩岛出事的反应堆就是这一种，一般仍认为这类反应堆最为安全可靠。这是一种热中子式核反应堆。中国大陆秦山核电站一期工程、大亚湾核电站和台湾核三厂的反应堆为此型。

B. 沸水反应堆 (BWR)

这些反应堆也以轻水作为冷却剂和减速剂，但水压较前一种稍低。正因如此，在这种反应堆内部，水是可以沸腾的，所以这种反应堆的热效率较高，结构也更简单，而且可能更安全。其缺点为，沸水会升高水压，因此这些带有放射性的水可能突然泄漏出来，。这种反应堆也占了现在运行的反应堆的一大部分。这是一种热中子式核反应堆。台湾核一厂和核二厂两座发电厂的反应堆为此型。

C. 压重水式核反应堆 (PHWR)

这是由加拿大设计出来的一种反应堆，（也叫做CANDU），这种反应堆使用高压重水来进行冷却和减速。这种反应堆的核燃料不是装在单一压力舱中，而是装在几百个压力管道中。这种反应堆使用天然铀为核燃料，是一种热中子式核反应堆。这种反应堆可以在输出功率开到最大时添加核燃料，因此能高效利用核燃料（因为可作精确控制），并节省浓缩铀的成本；只是重水很贵。大部分压重水式反应堆都位于加拿大，有一些出售到阿根廷、中国、印度（未加入防止核武器扩散条约）、巴基斯坦（未加入防止核武器扩散条约）、罗马尼亚和南韩。印度也在它的第一次核试爆后运行了一些压重水式核反应堆（一般被称为“CANDU的变种”）。中国大陆秦山核电站三期工程的反应堆为此型。

D.石墨轻水型核反应堆（RBMK）

石墨轻水型核反应堆

这是一种苏联的设计，它在输出电力的同时还产生钚。这种反应堆用水来冷却并用石墨来减速。RBMK型与压重水型在某些方面具有相同之处，即可以在运行中补充核燃料，并且使用的都是压力管。但是与压重水型不同的是，这种反应堆不稳定，并且体积太大，无法装置在外罩安全壳的建筑物里，这点很危险。RBMK型还有一些很重大的安全缺陷，尽管其中一些在切尔诺贝利核事故后被改正了。一般认为RBMK型是最危险的核反应堆型号之一。切尔诺贝利核电站拥有四台RBMK型反应堆。

E. 气冷式反应堆 (GCR) 和 高级气冷式反应堆 (AGCR)

这种反应堆使用石墨作为减速剂，并用二氧化碳作为冷却剂。其工作温度较压水式反应堆更高，因此热效率也更高。一部分正在运行的反应堆属于这一类，大部分位于英国。老式的核电站（也就是Magnox式）已经或即将关闭。但高级气冷式核反应堆还会继续运行10至20年。这是一种热中子式核反应堆。关闭这种核电站的费用很高，因其反应炉核心很大。

F. 液态金属式快速增殖核反应堆 (LMFBR)

这种反应堆使用液态金属作为冷却剂，而完全不用减速剂，并且在发电的同时生产出比消耗量更多的核燃料。这种反应堆在效率上很接近压水式反应堆，而且工作压力不需太高，因为液态金属即使在极高温下也不需加压。法国的超级凤凰核电站和美国的费米-I核电站用的都是这种反应堆。1995年，日本的“文殊”核电站发生液态钠泄漏，预计将会在2008年重新开始运行。这三个核电站都用到了液态钠。这是一种快速中子式反应堆而不是热中子式反应堆。液态金属式反应堆分为两种：

液态铅式反应堆

这种反应堆使用液态铅来作为冷却剂，铅不但是隔绝辐射的绝佳材料，还能承受很高的工作温度。还有，铅几乎不吸收中子，所以在冷却过程中损失的中子较少，冷却剂也不会变成带放射性。与钠不同的是，铅是惰性元素，所以发生事故的几率也较小，但是，应用如此大量的铅就不得不考虑毒性问题，而且清理起来也很麻烦。这种反应堆经常用的是铅铋共熔合金。在这种情况下，铋会产生一些小的放射性问题，因为它会吸收少量中子，而且也比铅更容易变得带放射性。

液态钠式反应堆

大部分液态金属式反应堆都属于这一种。钠很容易获得，而且还能防止腐蚀。但是，钠遇水即剧烈爆炸，所以使用时一定要小心。虽然这样，处理钠爆炸并不比处理压水式核反应堆中超高温轻水的泄漏麻烦到哪里去。

放射性同位素温差发电机通过被动的衰变来获取热量。

一些放射性同位素温差发电机被用来驱动太空探测器（比如卡西尼-惠更斯号），苏联的一些灯塔，和某些心脏起搏器。这种发电机产生的热会随着时间逐渐减少，其热能通过温差电效应转换成电能。

[编辑]工作原理

一般核电站的关键部分是：

核燃料

反应炉燃料棒

中子减速剂

冷却剂

控制棒

反应炉压力槽

反应炉中心紧急冷却系统

反应堆保护系统

蒸汽发生器（沸水式反应堆中没有这个）

安全壳建筑

水泵

涡轮机

发电机

冷凝器

一般的热电厂都有燃料供应来产生热，比如说天然气，煤或石油。对于核电厂来说，它需要的热来自于核反应堆中的核裂变。当一个相当大的可裂变原子核（一般为铀-235或钚-239）被一个中子轰击时，它便分裂为两个或更多个部分，同时释放出能量和中子，这个过程就叫做核裂变。原子核释放出的中子会继续轰击其它原子核。当这个链式反应被控制的时候，它释放出的能量便可用来烧水，产生出的水蒸气会驱动涡轮机，从而产生电能。需要记住的是，核爆炸中发生的是“不受控制的”链式反应，而核反应堆中的裂变速度无法达到核爆炸所需要的速度，这是因为商业用核燃料的浓度还不够高。（参看浓缩铀）

链式反应被一些能够吸收或减慢中子的材料控制着。在以铀为核燃料的反应堆当中，中子需要被减慢速度，因为当慢速中子轰击铀-235原子核时是更容易发生裂变的。轻水反应堆使用普通水来减慢中子并进行冷却。当水的温度升高到一定程度时，它便达到了工作温度，此时它的密度会降低，因此没被它吸收的少量中子会被减得足够慢，然后去引发新的裂变。负反馈将裂变速度保持在一定水平。

[编辑]试验技术

一些产生核能的其他设计，比如说德国第IV号反应堆，是一些正在进行的研究项目的对象。它们在将来可能会投入实际应用。一些改进后的核反应堆使反应炉变得更干净，更安全和／或降低了散布核武器的风险。

超临界水冷式反应器 (SCWR)

超临界水冷式反应器将比气冷式反应堆更高的效率与压水式反应堆的安全性结合到了一起，它在技术上遇到的挑战可能比二者都大。在这种反应器中，水会被加热到临界点。超临界水冷式反应器与沸水式反应堆相似，但是超临界水冷式反应器中的水不会沸腾，因此它的热效率也就比沸水式反应堆高。这是一种超热中子反应堆。

整合式快中子反应堆

1980年代科学家建造，测试并评估了一个整合式快中子反应堆，后在1990年代由于克林顿政府的要求而被弃置，这是因为克林顿政府的政策是防止核武器扩散。这种反应堆会将用过的核燃料回收，因此它只产生一点核废料。本段结尾的链接是对于爱达荷州阿贡国家实验室的前总管Charles Till博士的采访，他介绍了整合式快中子反应堆并解释了它在安全性，效率，核废料和其它几个方面上的的优点。[11]

球床反应堆 —这种反应堆使用陶瓷球来包装住核燃料，所以它比较安全。绝大多数的这种反应堆使用氦作为冷却气体，氦不会爆炸，不会很容易地吸收中子而变得有放射性，也不会溶解能变得有放射性的物质。典型的设计拥有比轻水式反应堆的安全壳层数（一般为3层）更多层的安全壳（一般为7层）。一个它独有的特点是，它的燃料球实际上组成了反应炉的核心，而且可以一个一个地更换，因此这种反应堆更安全。核燃料的这种设计使重新处理它们变得很贵。

SSTAR 小型（Small）密封（Sealed）可运输式（Transportable）自主（Autonomous）反应堆（Reactor）在美国是首要研究项目之一，它是一种相当安全的增殖反应堆。

次临界反应堆的设计更安全，但是在建造技术和经济上还有一定困难。

钍反应堆

在特殊的反应堆中，钍-232可以转变为铀-233。在这种情况下，比铀的储量更丰富的钍就可以用来制造铀-233。铀-233相对于铀-235来说有一些优点，它产生的中子更多，并且产生更少的长半衰期超铀元素核废料。

高级重水反应堆 —下一代的压重水式核反应堆，使用重水来作为减速剂。印度的巴巴原子研究中心 (BARC)正在对此进行研究。

KAMINI —一种独特的反应堆，它使用铀-233来作为核燃料。由巴巴原子研究中心和甘地原子研究中心建造。

印度正在建造一台更大的快速增殖钍反应器，为的是利用钍来获取核能并控制它。

受人为控制的核聚变在理论上也可以提供核能，并且操纵过程也不像锕系元素那么麻烦，但是在技术上还有许多难题等待解决。科学家已经建造了几个核聚变反应堆，但是到目前为止，还没有一个反应堆输出的能量比输入的能量多。尽管科学家从1950年代就开始研究可控核聚变，但是一般认为2050年以前不会有商业性的核聚变反应堆投入应用。现在领导着可控核聚变研究的是ITER。

[编辑]核燃料的循环

主条目：核燃料循环

核燃料循环从铀的开采，提纯至被制成核燃料开始，（1）核燃料被送到核电站。在被使用完后，剩余的燃料被送到再处理工厂（2）或直接送到填埋场（3）。在再处理过程中，95%的剩余核燃料能够再被核电站利用。（4）

核燃料—一种紧密，不活泼，不能溶解的固体

核反应堆只是核燃料循环中的一部分。整个循环从核燃料的开采开始。一般来说，铀矿不是露天开采的条带矿，就是原地开采的过滤型矿。在任意一种情况下，铀矿石都会被提取出来，并被转为稳定且紧密的形式（例如黄铀饼），然后被送到处理工厂。在这里，黄铀饼会被转化为六氟化铀，之后会被提纯。在这时，包含了0.7%以上铀-235的提纯铀会被加工成各种形状大小的燃料棒。被送到核电站后，这些燃料棒会在反应堆中待上大约3年，在这3年中，它们会消耗自身包含的铀的3%，在这之后，它们会被送到乏燃料水池，在这里，核裂变中产生的一些半衰期短的同位素会衰变掉。在这里呆上大约5年后，这些核燃料的放射性会降低到安全范围之内，之后就会被装进干的储藏容器永久储藏，或被送到再处理工厂进行再处理。

[编辑]核燃料的来源

主条目：铀市场

铀是一种常见的化学元素，陆地上和海洋中的每个地方都存在着铀。它就跟锡一样常见，储量比金高500倍。大部分种类的岩石和土壤都包含着铀，尽管浓度极低。现在，比较经济的铀储藏地的铀浓度至少为0.1%。以现在的花费速度来算，地球上可被提取的铀还可用50年。在这种情况下，将铀的价格提高一倍会将核电站的运行成本提高5%。但是，如果将天然气的价格提高一倍，那么天然气的供应成本会提高60%。将煤的价格提高一倍会将煤的供应成本提高30%。

铀的提纯会产生出许多吨贫铀 (DU)，它包含了铀-238和大多数铀-235。铀-238有几种商业上的应用，比如说飞机制造，辐射防护，制造子弹和装甲，因为它具有比铅更高的的密度。一些证据显示过度接触铀-238的人会得疾病，这些人包括坦克乘员和在有大量贫铀存在的地区居住的居民。

现在的轻水反应堆远远没有能充分利用核燃料，这造成了浪费。更有效的反应堆或再处理技术将会减少核废料的数量，并且能更好地利用资源。[12]

与现在使用铀-235（占天然铀的0.7%）的轻水反应堆不同的是，快速增殖反应堆使用的是铀-238（占天然铀的99.3%）。铀-238估计可供核电站使用50亿年。[13]增殖技术已经被应用在了几个反应堆中。[14]至2005年12月，唯一正在向外界提供能量的增殖反应堆是位于俄罗斯别洛雅尔斯克的BN-600。（BN-600的输出功率为600兆瓦，俄罗斯还计划在别洛雅尔斯克核电站建造另一个反应堆，BN-800）还有，日本的“文殊”反应堆也在准备重新起用（它从1995年起就被关闭了），中国和印度也在计划建造增殖反应堆。

由钍转化而得的铀-233也可以用做核裂变燃料。地球上钍的储量为铀的储量的三倍，而且理论上所有这些钍都可被用来进行增殖，这使钍的潜在市场大于铀的市场。[15]与用铀-238来制造钚不同的是，用钍来制造铀-233不需要快速增殖反应堆，它在常规增殖反应堆中的表现已经很令人满意了。

计划中的核聚变反应堆使用的核燃料是氘，一种氢的同位素，现在的设计也会用到锂。以现在人类消耗能量的速度来看，地球上可开采的锂还可以用3000年，海洋中的锂可用6000万年，如果核聚变反应堆只消耗氘的话，它们可以工作1500亿年。[16]相比之下，太阳只剩下了50亿年的寿命。 而地球的碳水化合物生物寿命，只剩下不到20亿年了。

[编辑]固体废料

现在的核电站产生的废料太多。一台大型核反应堆每年会产生3立方米（25-30吨）的核废料。[17]这些核废料中主要包含没有发生裂变的铀和大量锕系元素中的超铀元素（大部分是钚和锔）。3%的核废料是裂变产物。核废料中的长半衰期成分为锕系元素（铀，钚和锔），短半衰期成分为裂变产物。

核废料具有强放射性，并且需要特别小心地控制。刚从核反应堆出来的核废料可在不到一分钟的时间内使人致死。但是，核废料的放射性会随着时间减少。40年后，它的放射性与刚从反应堆出来时相比，已经减少了99.9%，尽管如此它的放射性还是很危险。[12]

核废料的储藏和处理是一个巨大的挑战。由于核废料具有放射性，它必须存放在具有辐射防护的水池中（乏燃料池），在这之后它一般会被送到干燥的地窖或防辐射的干燥容器中进行储藏，直到它的辐射量降低到可以进行进一步处理的程度。由于核燃料种类的不同，这个过程通常要持续几年到几十年的时间。美国大多数的核废料现在都在短期的储藏地点，人们正在讨论建造永久储藏地点。美国犹加山的地下储藏室被提议成为永久的储藏地点。

核废料的数量可以通过几种方法来减少，其中核燃料再处理效果最为显著。即使这样，剩余的核废料如果不包含锕系元素，还会持续300年保持强放射性，如果包含锕系元素，则会持续几千年保持强放射性。即使将核废料中的锕系元素全部除去，并使用快速增殖反应堆通过嬗变将一些半衰期长的非锕系元素也除去，核废料还是要在一百至几百年内与外界隔绝，所以这是个长期的问题。次临界反应堆和核聚变反应堆也可以减少核废料需要被储藏的时间。[18]由于科技在飞速地发展，处理核废料的最好方法是否为地下填埋已经出现了争议。现在的核废料在将来可能就是一种有用的资源。

核工业上使用的受污染的工作服，工具，净水树脂和一些正要关闭的核电站本身也都在产生一些低放射性的废料。在美国，美国核管理委员会已经几次尝试着允许低放射性废料被当作普通废物一样处理，比如进行填埋，回收等等。许多低放射性废料的辐射量非常小，它们只因为自己的使用历史而被当作了放射性废物。举例来说，根据美国核管理委员会的标准，咖啡也可以被视作低放射性废料。

在应用了核能的国家中，整个工业产生的有毒废料中只有不到1%是放射性废料，但是它们是极其有害的，除非经过衰变后，它们的辐射量变得更低，或者更理想的是，辐射完全消失。[12]总体来说，核能工业产生的废料比化石燃料工业产生的废料要少很多。燃烧煤的工厂产生的有毒和放射性的废料尤其多，因为煤中的有害的和放射性的物质在这里被集中起来了。

[编辑]再处理

再处理可以回收用过的核燃料中95%的铀和钚，并将它们转化为新的混合氧化物燃料。这也同时减少了核废料的长期放射性，因为经过再处理后，剩余核废料中主要就是半衰期短的裂变产物，并且它的体积也减少了90%。民用核燃料产生的废料的回收已经在英国，法国和（以前）俄罗斯大规模应用，中国也即将应用这项技术，印度也可能应用，日本应用此项技术的规模也在扩展中。伊朗已经宣布成功进行了核废料的再处理，这就完善了它的核燃料循环，但是同时也招致了美国和国际原子能机构的批评。[19]与其它国家不同的是，美国在一段时间前是禁止核废料再处理的；尽管这个政策已经被废除，但是现在美国大部分使用后的核燃料都仍然在被当作废料处理。[20]

据维基百科介绍，Ecosia是一个总部位于德国柏林的搜索引擎，他们将至少80%的利润捐赠给非营利组织，用于种植树木，也是是B Lab认证的公益企业。他们宣称实践了碳吸收，使用再生能源为服务器供能，保持财务透明，还保护用户的隐私。在IOS14.3开始，ecosia被添加到Safari的搜索引擎选项中。

所以ecosia是德国的

来源：Ecosia——一个绿色的搜索引擎 | LonelyGod (hin.cool)

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美国加州阳光充沛，适合利用太阳能发电。图中乃美国加州一座於楼顶安装了太阳能电池板用作供电的洗衣房。

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美国加州阳光充沛，适合利用太阳能发电。图中乃美国加州一座于楼顶安装了太阳能电池板用作供电的洗衣房。

太阳能一般指太阳光的辐射能量。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。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。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，利用太阳光的热量加热水

* 利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电

* 利用太阳能进行海水淡化

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，但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

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)，面积为四万平方米，每年的发电量为450万千瓦。

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。

太阳能可分为2种:

1.太阳能光伏

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

2.太阳热能

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料

在大会上达成了《博鳌共识》：到 2035 年，全球新能源汽车的销量要占汽车总销量的一半或以上。按照 2018 年全球新能源汽车销量占

汽车总销量 2.1% 的基数换算，从现在到 2035 年，新能源汽车在份额上要保持每年接近 22% 的增长率。

作为占据 2018 年全球新能源汽车年销量一半份额的最大市场，中国对于新能源汽车，乃至电动汽车的规划和目标，自然在大会上成为了全世界的焦点——今年 1-5 月，我国新能源汽车产销增速均超过 40%，势头依然凶猛。

但一个事实是，中国并不是汽车电动化最深入的市场。

尽管截至 2018 年，中国已连续四年居世界新能源汽车产销量首位，但新能源汽车销量占比依然没有突破 5%，而世界上新能源汽车渗透率最高的国家，已经在上个月达成了 58% 的新能源汽车销量份额。

这个国家叫挪威，同时也是将禁售燃油车时限提得最早的国家—— 2025 年。

挪威的电动车充电站

今年 5 月，挪威一共售出了 8867 辆新能源汽车，占 6 月挪威汽车总销量的 57.8%。2018 年全年，挪威境内一共卖出去 72638 辆新能源车，占 2018 年挪威汽车总销量的 49.1%。

如果说我们希望在 2035 年的新能源车销量能够达到一半，那么挪威已经提前一大截实现了我们的野望——那么，为什么挪威人民的新能源汽车市场能够领先我们 17 年的时光呢？

今天的文章，我们会来详细讨论一下这个问题。

天时，地利，还是人和？

首先，挪威并不是一个石油稀缺国——恰好相反，万岛之国的原油出口量一直高居全球前十。按照 2016 年的数据，原油和天然气出口带来的收益占挪威 GDP 总量的 20%，占政府收入的 30%。除此以外，挪威还供应着欧盟 25% 的天然气。

自从 1965 年 4 月 13 日挪威发出第一张原油开发许可证以来，原油开采业一直支撑着这个全球幸福度最高国家的高福利社会运行。甚至于 2006 年 1 月成立的挪威政府养老基金 CPFG，也是改组自 1990 年成立的挪威政府石油基金。

而之所以挪威的汽油价格如此高昂，是因为挪威对国内的石油使用征收了高额的惩罚性税收——把石油玩的最溜的挪威人，自然最清楚化石能源对环境的污染，而国家层面的可持续发展，更应该依靠清洁廉价的可再生能源。

正好，挪威在可再生能源上同样是天择之子。

根据维基百科的数据，2014 年挪威发电量有 95% 来自成本极低的水力发电，与之相比，我国 2018 年水电占比为 18.32%，成本更高的火电占比为 71.79%。

需要注意的是，挪威的居民用电价格是比非居民用电价格高很多的。根据维基百科的数据，2017 年的这个数字是 0.161 欧元 / 千瓦时，约合 1.26 元 / 千瓦时——但这个数字是欧洲各国中最低的。与挪威隔海相望的丹麦， 2017 年居民电价高达 0.301 欧元 / 千瓦时，约合 2.35 元 / 千瓦时。

也就是说，在挪威，无论是在充电站充电，还是在家里充电，都要比使用汽油划算得多。

电动汽车在挪威的火热，另一个原因是挪威对电动汽车推出了各种优待政策——而这同样也是支持可再生能源思想的衍生。

如果你在挪威购买一辆电动车，那么你可以减免挪威的 25% 增值税；进口电动车在挪威无需缴纳进口关税和购置税；在挪威每年缴纳的道路税也要比汽油车型更低；挪威的公司用车税对电动汽车减收 50%；电动汽车随时有权使用公交专用道以及 HOV 车道。

电动星球注：HOV 车道，全称 High-OccupancyVehicle Lane，中文名为共乘车道或者多乘员车道，只允许公交车或实载 2 人以上的小轿车 / 货车通行。HOV 车道的概念由维尔博 · 史密斯联合咨询公司提出，从 1996 年开始由美国圣迭戈和加州交通局于 15 号公路上试行，后推广至全国，乃至加拿大和欧洲。我国从 2016 年底开始在部分城市试点 HOV 车道。

即使没有巨大的电费 / 油费差距，在如此优惠的政策面前，已经足以让不少消费者动心——但一个更深层次，或者说从更高角度提出的设问是，为什么挪威要对电动汽车定下如此优惠的政策，又怎么会成为欧洲电价最低的国家？

阿尔哈贾尔山脉疲惫、摇摇欲坠的山峰正在像一块腐烂的肉一样慢慢腐烂。微妙的腐烂迹象无处不在。易燃氢气有时会从地下水中冒出。来自天然泉水的水通常富含矿物质。当它流过地面时，这些水会留下一层结霜的白色晶体。只有少数几种植物可以在这种外来土壤中生长。

在这里，在沙特阿拉伯东部的沙漠国家阿曼，山脉包含了地球表面通常不存在的奇异矿物。它们在下方数十公里（英里）处形成——比人类为寻找石油或黄金所钻的深度还要深。现在暴露在地球表面的空气和水中，这些矿物质被证明是化学不稳定的。

下雨时，它会滴入岩石的裂缝中，携带空气中的气体。水和气体与岩石发生反应，形成新的、五颜六色的矿物质。这些由黑色、白色和蓝绿色石头组成的锯齿状脉络越来越深入基岩。就像缓慢而有力的手指一样，矿物质扩大了裂缝，将岩石撬开。

在阿曼的这些碱性泉水中，水从富含溶解钙的地下涌出。钙与空气中的 CO 2迅速反应，形成可在 24 小时内出现的碳酸钙（方解石）薄膜。当水流过岩石时，会留下一层冰冷的方解石晶体涂层。 D.福克斯

Peter Kelemen 认为，这些正在腐烂的岩石可以帮助人类解决一个重要问题：气候变化。

Kelemen 纽约州帕利塞德市 Lamont-Doherty 地球观测站的地质学家，他指出，白色碳酸盐脉是雨水中的二氧化碳 (CO 2 ) 形成的，附着在岩石中的镁和钙原子上。换句话说，这些新矿物捕获的气体与人类燃烧化石燃料时释放的气体相同。正是同样的温室气体使我们的星球变暖。

这些不寻常的岩石分布在阿曼大约马里兰州大小的地区。Kelemen 认为，它们每年自然石化 50,000 至 100,000 吨 CO 2 。与人类每年释放的能量 300 亿吨 CO 2相比，这微不足道。但 Kelemen 和他的同事们相信，这些岩石有朝一日每年可固化多达 10 亿吨 CO 2。散布在世界各地的其他岩层每年可再捕获 100 亿至 200 亿吨 CO 2。“你正在寻找可能对人类全球碳预算产生影响的东西，”他在阿曼的一个下午告诉我。

在阿曼的这些天然泉水中，水从富含溶解钙的地下涌出。它与空气中的CO 2迅速反应生成碳酸钙（方解石）。在很长一段时间内，矿物质会形成美丽的阶梯状梯田，称为石灰华。 D.福克斯

近 20 年来，Kelemen 和他的合作者 Juerg Matter 一直致力于这个想法。Matter 是英国南安普顿大学的地球化学家。2018 年前我在阿曼拜访他们时，他们的团队正忙着在岩石上钻几个洞。他们计划从地下 400 米（1,300 英尺）深处挖出石头。这些核心将帮助他们更好地理解他们希望加速的自然过程。

从空气中去除 CO 2曾经看起来很奇怪。然而，在过去的 20 年中，随着气候变化的紧迫性变得越来越明显，它获得了动力。

许多科学家现在认为，人们不会以足够快的速度减少温室气体的排放，以防止地球升温超过 1.5 摄氏度（2.7 华氏度）。人们认为，这种变暖限制将避免气候变化的最危险影响。这些影响包括失控的海平面上升、亚马逊雨林的消失和频繁的灾难性风暴。

科学家们现在建议人们采用一种称为“负排放”的策略。其中包括每年从空气中吸收数十亿吨 CO 2的大型项目。他们需要使用许多策略，例如重新种植森林。或者给海洋施肥以刺激光合作用促进浮游生物的生长。森林和浮游生物自然会从空气中吸收 CO 2。

几家公司也在建造“直接空气捕获”机器以从空气中提取 CO 2 。然后可以将捕获的气体泵入地下。

自 1980 年代以来，能源公司已将少量 CO 2泵入空的油箱。在那里，气体被困在砂岩等沉积岩层之间。但如果气体泄漏出去，可能会导致问题，Gregory Nemet 警告说。他是威斯康星大学麦迪逊分校的能源科学家。“这不需要太多，”他说道。“如果是 1% 或 2% 的泄漏，那真的会给我们稳定气候的计划带来漏洞。”

但不同的岩石，如阿曼的岩石，可以更永久地捕获 CO 2。它们含有高含量的钙和镁硅酸盐。在这些矿物质中，钙和镁原子与氧和硅原子簇结合，称为二氧化硅。这些矿物在地球表面不常见，但在地下深处的岩石中含量丰富。科学家们怀疑这些矿物会与 CO 2发生反应并将其锁定为碳酸盐矿物。这个想法引诱 Matter 参与其中。他想测试一下。

这些被称为橄榄岩的地幔岩石样本是从阿曼钻孔的不同部分切割下来的。白色斑点显示碳酸盐矿物，它是由岩石中的镁和钙原子锁定在溶解在地下水中的 CO 2分子上形成的。 于尔格物质/大学。南安普敦

2001 年，Matter 在 Lamont-Doherty 工作时刚刚获得博士学位。校园坐落在纽约市附近的一片森林中。这些建筑物矗立在悬崖之上，悬崖落入哈德逊河 100 米（325 英尺）。那些巧克力色的棕色悬崖是由被称为玄武岩的石头制成的。它是由数百万年前从地球深处喷发的熔岩形成的。

玄武岩含有硅酸钙和硅酸镁。聘请 Matter 的地球物理学家 David Goldberg 希望他尝试将 CO 2注入其中。

“每个人都认为我疯了，甚至是愚蠢的，”为了尝试这个，Matter 回忆道。其他科学家也做过实验室实验。他们的数据表明碳酸盐矿物需要数百年才能形成。这对于应对当今的气候变化威胁来说太慢了。

但在 2004 年，Matter 和 Goldberg 还是尝试了。他们在玄武岩中的一口井下注入了 230 米（750 英尺）的水。那水含有几公斤（也许5磅）的CO 2。

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一周后，当 Matter 将水抽回时，CO 2已经消失了。这种气体在水中形成弱酸。酸溶解了岩石中的一些钙和镁硅酸盐。它们与气体反应形成碳酸盐。而这发生的速度比实验室测试快 300 到 3,000 倍。该团队早在 2007 年就发表了其研究结果。

“回想起来，我们所做的事情风险很大，”马特说。它有很大的机会不起作用。“我们只是相信它，”他说。而且，他补充说，“我们真的很幸运。”

随后，Matter 和其他几位科学家开始寻找将 CO 2转化为石头的其他地方——而且规模要大得多。2012年，他们得到了机会。

这个地热发电厂和 Carbfix 站点位于冰岛的 Hengill 火山附近。与热水一起出现的火山 CO 2被注入回玄武岩中，以将 CO 2石化（变成石头）作为碳酸盐矿物。 ÁRNI SÆBERG，CARBFIX

冰岛是北大西洋的一个岛国。那里的雷克雅未克能源公司在该国众多火山之一附近经营着一座地热发电厂。该公司想处理 CO 2。它的工厂使用从地下涌出的热水发电。火山经常喷出 CO 2。当水从地下涌出时，它也将这种气体释放到空气中。

但是有一个明显的解决方案。冰岛几乎完全由玄武岩构成。将 CO 2注入该玄武岩应将其锁定。

2012 年，工人们在发电厂附近的一片草地上钻了一个洞，将 400 米（1,300 英尺）的水注入 下面的玄武岩中。这种水的 CO 2含量是苏打水的六倍。为了防止它在气体逸出时剧烈嘶嘶作响，必须将水保持在高压下。数周后，该团队将 71 公吨（78 美吨）的 CO 2注入岩石中。

与此同时，Sandra Snæbjörnsdóttir (SNY-byorns-DOT-er) 从附近的另一个洞里抽水。她是一名地质学家，正在从事这个名为 Carbfix 的项目。她发现当注入的水中渗入岩石时，CO 2正在消失。“它发生的速度实际上比我们想象的要快，”她说。

如该钻芯所示，在冰岛 Carbfix 注入玄武岩的CO 2迅速凝固成白色碳酸钙矿物。 SANDRA SNÆBJÖRNSDÓTTIR，CARBFIX

超过 95% 的 CO 2在两年内形成了矿物——固体岩石。该团队钻了一个新孔并从注入点附近取回了石芯。灰黑色玄武岩的圆柱体带有白色斑点。这些斑点是由注入的CO 2形成的碳酸盐矿物。这些结果出现 在 2016 年的《科学》杂志上。

该项目现在每年石化 10,000 吨 CO 2。Carbfix 已成为一家独立的公司，并计划扩大其业务。

“实际上，你可以将相当多的 CO 2填充到这些岩石中，”现在为新公司工作的 Snæbjörnsdóttir 说。她估计一立方米的玄武岩（一块洗碗机大小的块）可以吸收超过 100 公斤（220 磅）的 CO 2。玄武岩也位于世界大部分海底之下。并非所有这些岩石都适合石化 CO 2。但其中一些似乎是。Snæbjörnsdóttir 预测 Carbfix 最终会尝试将 CO 2注入冰岛海岸附近的这些海洋玄武岩中。

白色碳酸盐脉在阿曼的地幔岩石露头上纵横交错。 KATIE PRATT，深碳观测站/维基共享资源 ( CC BY-SA 2.5 )

物质监督了最初的 Carbfix 实验。但即使在第一次注射之前，他就已经在寻找更多的地方来固化 CO 2。

2007 年，他和 Kelemen 开始研究阿曼的岩石。这些岩石来自地幔。那是我们星球的中间层。人类从未直接见过它。地幔从海底以下约 10 公里（6 英里）处开始，到达地球 2,900 公里（1,800 英里）处。阿曼岩石是被推到地表的一小块地幔。它发生在数百万年前的一次罕见的地质剧变中。

地幔是熔岩和玄武岩的来源。它的岩石含有比玄武岩更高水平的钙和镁硅酸盐。正因为如此，Matter 和 Kelemen 认为，阿曼的岩石每立方米可能能够比冰岛的岩石捕获更多的 CO 2 。

Al Hajar 山脉表面的地幔岩石与白色碳酸盐脉纵横交错。Matter 和 Kelemen 使用放射性碳测年法表明其中一些静脉的年龄不到 5000 年。这表明这些岩石不仅在200万年前吸收了二氧化碳——它们现在也在这样做。Matter 和 Kelemen 在 2008 年发表了这些发现。

这两位科学家仍然需要更多地了解地表下发生的事情。所以在 2017 年和 2018 年，他们和一大群研究人员在阿曼钻了几个洞来取回石核。2018 年 1 月，当他们在偏远的山谷 Wadi Lawyni (WAH-dee Lah-WAY-nee) 钻探时，我和他们一起度过了一周。

阿曼的 Al Hajar 山脉是一块巨大的岩石板的一部分，它长 500 公里（310 英里），宽 60 公里（37 英里），形成于地幔中。2017 年和 2018 年，研究人员钻了几个孔。他们深入地下 400 米（1,300 英尺）以提取岩芯。科学家们正在研究这些岩石如何自然地吸收 CO 2并将其锁定在固体碳酸盐矿物中。 于尔格物质/大学。南安普敦

傍晚时分，几只骆驼漫步经过，咀嚼着参差不齐的灌木。柴油发动机轰鸣。由该发动机驱动的金属钻杆每秒旋转数千次，切入我们脚下的岩石。

时不时地，戴着安全帽的工人们将发动机怠速运转，发出低沉的咆哮声。然后他们从孔中举起钻头，拆下一根金属管，滑出 3 米（9.8 英尺）厚的取芯岩石。

石柱和棒球棒一样厚。将它们放在桌子上后，Kelemen、Matter 和其他几位科学家对它们进行了检查。

科学家们检查了从阿曼钻孔中取出的岩心部分。中间的白色条纹是碳酸镁的脉络。 D.福克斯

灰色的石头中，白色、黑色、橙黄色和蓝绿色的矿物纵横交错。这些静脉标志着从裂缝中渗出的水和气体与石头发生反应的地方。

氧气与岩石中的铁发生反应——字面意思是“生锈”——形成黄色和橙色的脉络。黑色、蓝色和绿色的静脉通常是一种叫做蛇纹石的矿物。它是在水与硅酸盐反应时形成的。白色的矿脉通常是碳酸盐矿物——尽管并非总是如此。我看着 Elisabetta Mariani 对矿脉进行快速测试以识别矿物。

Mariani 是英国利物浦大学的地质学家。她用打火机在血管上点燃了几秒钟。然后，她手里拿着一个塑料瓶，在上面挤了几滴酸。静脉受热的部分像苏打水一样嘶嘶作响了几秒钟。当它与酸反应时，岩石释放出微小的 CO 2气泡。

“这是菱镁矿，”她说——碳酸镁。

这些碳酸盐岩脉在岩心顶部 15 米（50 英尺）处很丰富。它们通常像手指一样粗。再往下，它们变薄并且变得不那么频繁。在 100 米（330 英尺）以下，没有。

这证实了 Matter 长期以来的怀疑。“所有的 CO 2都在非常浅的部分矿化，”他说。一旦雨水渗入，它可能会在地下呆很多年。但是它的所有CO 2在一开始就被消耗掉了。

Matter 和 Kelemen 现在认为碳酸盐的形成速度可以提高——而且提高很多。有一天，他们设想将 CO 2以雨水自然浓度的 125 倍（约为苏打水的 6 倍）压入水中。然后将这种混合物泵入地下三公里（近两英里）。那里的岩石温度接近 100 C (212 F)。高温和高压会加速将 CO 2转化为石头的化学反应。

这是很多年以后的事了。

碳酸镁（一种称为菱镁矿的矿物）的矿脉通常沿着岩石的天然裂缝形成。这些裂缝为地下水渗入岩石提供了通道。该水从空气中携带溶解的CO 2 。该CO 2的分子将与岩石中的镁原子配对形成固体碳酸盐矿物。这使得静脉可以在地下生长数千年。 D.福克斯

但是第一步已经开始了。2020年底，一家名为44.01的阿曼公司成立。（它以 CO 2分子的平均重量命名。）该公司的目标是在阿曼的地幔岩石中捕获 CO 2。

“我们的目标是达到 1 亿吨，”在 44.01 形成后不久，Talal Hasan 说道。他是公司的创始人。他所说的“十亿吨”是指每年十亿吨。

当然，第一次现场测试非常小。去年 9 月，工人们将大约 240 公斤（530 磅）的 CO 2注入 Wadi Lawyni 的一个钻孔中。一个月后，Matter 从几米外的另一个洞里取出了一些水样。

物质仍在分析那水。但他希望找到证据证明 CO 2和水的混合物正在与岩石发生反应。“这项测试只是为了在现场规模上证明反应足够快，”他说。稍后，更大的测试将观察新形成的碳酸盐是否像预期的那样将岩石撬开。Matter 和 Kelemen 都在为公司提供科学建议。

但他们愿景的长期成功不仅仅取决于科学结果。这也将取决于世界各国政府的决定。

像 44.01 和 Carbfix 这样的公司只能将 CO 2变成石头，前提是有人愿意付钱给他们这样做。

在将 CO 2注入地下之前，首先必须从空气中捕获它。捕获 CO 2的技术并不便宜。尽管如此，Nemet 预测直接空气捕获的成本将随着时间的推移而下降（就像其他技术一样，如风力发电）。

即使有人愿意出钱，将CO 2变成石头也需要大量的工作。Carbfix 和 44.01 等公司可能需要 20 年的时间才能达到每年注入数十亿吨 CO 2的水平。这样做所需的操作将非常庞大。

Kelemen 估计，每年在阿曼捕获 10 亿吨 CO 2可能需要 5,000 口注入井。这些井每年需要将 23 立方公里的水泵入地下。这大约相当于密苏里河年流量的四分之一。因为阿曼是一个沙漠国家，所以这些水必须来自海洋。

每年从空气中收集 10 亿吨 CO 2需要数千台机器，每台机器大约有一辆卡车那么大。它们加在一起每年可以消耗多达 1.3 万亿千瓦时的电力。这是整个德克萨斯州耗电量的三倍。为了避免将更多的 CO 2排放到空气中，这种电力需要来自可再生能源——例如风能或太阳能——而不是化石燃料。

幸运的是，阿曼阳光充足。大约 600 平方公里（230 平方英里）的太阳能集热器可以提供所需的电力。这大约是阿曼国土面积的五分之一。“这并非不可克服，”Ajay Gambhir 说。“但这有点挑战，”这位能源经济学家指出。他在英国伦敦帝国理工学院工作。

到 2050 年，人们每年需要从天空中清除多达 200 亿吨的 CO 2 。这将需要在全球范围内开展 20 个这样的大规模行动——或数百个较小的行动。

Gambhir 将这些技术视为一项重要的“保险政策”。完善它们将需要数年时间。但如果到了 2040 年，CO 2排放量仍然很高，那么到那时开始研究它们就为时已晚，他说。“现在这样做是正确的做法。”

国家速滑馆

（图片来源：北京日报）

在这次冰雪盛会里，“冰丝带”国家速滑馆一直以“高科技”的形象出现。可能很多人并不理解，不就是“结冰”吗？有啥稀奇？可是你知道么，“制冰”这件事里的科技含量并不少，人类真正实现“制冰自由”还是近一百多年的事，而实现“绿色制冰”也是一个曲折的过程。

我不生产冰，我只是大自然的搬运工

弗朗西斯·培根说过：我们可以通过火来得到热量，但对于冷，我们必须常常到洞穴中去寻找，即使万事俱备，我们也不能大规模地得到它。

早在先秦时代，古人便利用天然冰来降温、给食物保鲜和做冷饮。据《周礼》记载，当时周王室为保证夏天有冰块使用，专门成立了相应的机构管理“冰政”，负责人称“凌人”。每年大寒季节，古人就开始凿冰储藏，他们认为这时的冰块最坚硬，不易融化。管理藏冰事务的官吏监督奴隶、农民到水质好的地方凿采冰块，藏到预先准备好的冰窖里。冰窖都建在阴凉的地方，深入地下。用新鲜稻草跟芦席铺垫，把冰放到上面之后就覆盖稻糠、树叶等隔温材料，然后密封窖口，待来年享用。

总之，在古代炎热的夏日，没有冰箱、空调这些电器，人们想得到一点清凉往往都要付出巨大的代价，冰块是只有王公贵族才能享用的奢侈品，更不用谈大规模开展滑冰、滑雪这些娱乐项目了。

火药工匠与炼金术士，

居然首次制成了冰

大约到了唐朝末期/欧洲的中世纪，工匠和炼金术士们在生产火药时开采了大量硝石。他们偶然发现，硝石溶于水时会吸收大量的热，能使周围的水降温直至结冰。于是他们将水放入罐内，取一个更大的容器，在容器内放水，然后将罐子放在容器内，并不断地在容器中加入硝石，结果罐内的水结成了冰。

这个过程的原理是：硝石是一种白色味苦的晶体，化学名称叫硝酸钙，它溶解于水时会吸收大量热量，使周围温度降低以致结成冰。硝石溶于水后，可以用降温结晶法或蒸发结晶法将硝石再提出来重复使用。但提纯能制冰的硝石极其困难，制冰又要耗费大量人工，人类制冰的代价仍然十分高昂。

终于发现了能量与热量的秘密

1659年英国科学家罗伯特·波义耳把一只鸟放入了广口瓶中，紧接着用真空泵吸出瓶内的空气，不出所料，这只鸟很快就一命呜呼。但是，蹊跷之处在于这只鸟被冻僵了[1]。

油画：鸟在空气泵中的实验

（图片来源维基百科）[2]

当时的人并没有搞清楚这件事的原理，直到18世纪蒸汽机的发明，让人类意识到热量与能量是可以相互转化的，伴随着19世纪能量守恒定律的提出， 现代热力学的基础也由此奠定。人们逐渐接受了一项共识：给物质做功或用别的方式输入能量，它的内能会增加；当物质对外界做功或者输出能量，它的内能会降低。内能的涨落给一些物质带来最直观的变化就是温度的起伏，也就能利用这个原理来制冷、制冰了。

蒸汽机的原理

（图片来源Youtube）[3]

1834年,英国的雅可比·珀金斯试制成功用乙醚为工质的制冷机，采用人力转动，可以连续工作。1844年，美国的戈里医生利用空气为介质制造了一台给医院制造冰块与低温空气的制冷机。戈里的制冷机原理是：通过气体泵提高空气的压力，增压后同时又升温的空气经过冷却水，被冷却到与环境相当的温度又保持着此前的压力，此时再让高压空气膨胀， 这时空气的温度骤降，这些低温的空气可以拿来给水降温从而制造冰块，也可以给夏日的医院提供冷风。

随着戈里医生的制冷机原型得到推广，在随后的几十年里，各式各样的制冷机推陈出新，其中应用最为广泛的是根据液体蒸发吸热来制冷的蒸汽压缩式制冷机，根据所选择的制冷剂不同，可以分为下面的几种类型。

1. 采用氨的蒸汽压缩制冷机

这一类制冷机与空气介质制冷机相似却又不同。我们都知道，液体蒸发会带走大量的热，这一部分热量叫做相变的潜热，也就是远大于物质温度变化的显热。

蒸汽压缩制冷机正是利用了这一特性，首先将氨蒸汽通入到压缩机中升压，得到了高温、高压的氨蒸汽；再用室温的冷水或者冷风将它降温，带走它的热量，氨蒸汽就此被冷凝；冷凝后的液体氨还保持着很高的压力，这时将它通入膨胀阀中，和前面的空气制冷机类似，高压介质膨胀降温，我们就得到了低温的液体氨。制冷机中的低温液体继续向前流动到需要制冷的管路中，液体介质快速蒸发，从环境中吸收了大量的热量，便创造了人们需要的低温环境（比如冰场）。

这就是一直沿用至今的蒸汽压缩制冷循环，在19世纪的60年代，所有制冷的需求都可以用氨制冷循环来满足，但它存在着致命的缺点——氨易爆炸，且有毒。

2. 采用二氧化碳的制冷机

随着氨制冷机的意外频频发生，19世纪的科学家和工程师们将目光转向了二氧化碳，它无毒无害，不会爆炸，极易制备。即使设备出现泄露，也完全不用担心，直接把它排入空气就好。

1869年，美国人洛威以二氧化碳作为制冷剂制造了一台制冰机，由此拉开了二氧化碳制冰之路的帷幕。不过由于二氧化碳制冷设备的运行压力高出氨制冷系统几倍，它始终没能把氨系统给淘汰。随后的几十年里，在制冰行业里二氧化碳和氨系统平分秋色[4]。

3. 采用氟利昂等人工合成制冷剂的制冷机

在20世纪，合成化工高速发展给各行各业都带来了影响，二氧化碳、氨这些天然制冷剂逐渐被以氟利昂为代表的氯氟烃以及氢氟碳化物所代替。这一类人工合成制冷剂有着很好的制冷性能，并且没有二氧化碳的高压困扰以及氨气的毒性，也因此在开发伊始便被迅速推广。

但这类化合物对环境却不太友好，氟利昂等氯氟烃类制冷剂在紫外线的照射下会与臭氧分子快速反应，地球臭氧层被极大破坏，局部地区例如南极上空甚至出现了巨大的臭氧层空洞；用以替代氟利昂类制冷剂的氢氟碳化物制冷剂则是很难在大气中分解，这一类物质停留在大气中，会严重阻碍地球向外的散热，直接促进全球变暖的进程，这类物质对全球变暖的贡献值甚至达到了二氧化碳的成百上千倍。

南极上空的臭氧层空洞

（图片来源NASA）[5]

联合国为了避免工业产品中的氟氯碳化物对地球臭氧层继续造成恶化及损害，于1987年9月16日邀请所属26个会员国在加拿大蒙特利尔所签署的环境保护公约，我国也于1991年加入《蒙特利尔议定书》缔约国。1997年12月在日本京都由联合国气候变化框架公约参加国签订了《联合国气候变化框架公约的京都议定书》，这两项合约的签订正式标志着氟利昂类以及氢氟碳化物类制冷剂的淘汰提上了日程。

绿色制冰，二氧化碳出手了

旧制冷剂的淘汰就意味着新制冷剂的推出，但找到性能优良却对环境没有影响的制冷剂却异常困难。我们都知道奥卡姆剃刀原则：如无必要，勿增实体，这句话对大自然也同样适用。因此，被淘汰许久的天然制冷剂又重新回到了人类视野之中。经过了上百年的发展，人们在机械制造上早已与19世纪有了云泥之别。当初受限的设备问题已经可以被轻松解决，二氧化碳这一安全无毒的制冷剂，更是从无人问津一跃成为了当红明星。

通过种种现代制冷手段，人们已经可以制造出满足日常生活绝大多数需求的低温。随着人类在制冷行业的快速发展。各类制冰设备的推广使得人们不再需要花费巨大的代价便可以得到足够的冰雪场地。

1908年，第4届夏季奥运会上增加了花样滑冰项目，1924年，首届正式的冬季奥林匹克运动会在法国举办。2022年，首届完全实现“碳中和”的绿色冬季奥运会将在北京举办。除了可再生能源、材料的使用，现代绿色制冷技术的应用也是零碳排放冬奥会的关键，其中的代表之作便是国家速滑馆的二氧化碳跨临界直冷制冰技术应用，这是世界上首个采用该技术的大型冰雪运动场馆。

二氧化碳是怎么制冰的？

我们都知道，物质存在三种不同的相态：气相、液相以及固相。而超临界状态则是气液两相的分界线消失的一种特殊状态。当物质处于超临界状态时，它同时存在液体和气体的性质，也因此有许多独特的特性。

二氧化碳在不同温度、压力下的相态

（图片来源维基百科）

超临界二氧化碳是超临界物质应用之中的佼佼者，它的临界温度只有31.3℃，临界压力（7.3MPa）和常温时的饱和气压(5.7MPa)相比也不高。所以，在设备允许的情况下，利用二氧化碳作为制冷剂的系统很容易跨过临界点来运行。超临界二氧化碳的传热能力十分优秀，并且密度高于其他制冷剂，这让跨临界二氧化碳制冷系统的体积可以更小，系统的效率也可以更高。

国家速滑馆正是使用了跨临界二氧化碳制冷机组。制冷循环大致分为以下步骤：

二氧化碳气体被吸入压缩机，经过机械压缩后跨越临界点成为了高温、高压的超临界流体；

高温二氧化碳流体被送入热回收器，流过被冷水包裹的管道，把冷水加热到50-70℃，这一部分水将被送往场馆用于生活用水、融冰池融冰以及冰面维护浇水，大幅度减少了电力消耗；

另一边，被逐级降温后的二氧化碳最终跌下临界温度成为液态，再通过节流阀膨胀后，其温度大幅度降低达到-20℃；液态低温二氧化碳经过液体循环泵被均匀输送到埋设在场馆冰面之下的蒸发盘管中，给冰面提供所需的低温。

蒸发后的二氧化碳再进入压缩机中进行下一次循环。

经过研究人员测算，国家速滑馆的二氧化碳制冰系统每年可以节省约180万度电量[6]。

更快、更高、更强是奥运会一贯的宗旨，而科学家在技术上的一次次突破，也正是人类为了应对全球气候变化而不懈努力的缩影。

参考文献：

[1] Boyle, Robert (2003) [1744]. Works of the Honorable Robert Boyle. Kessinger Publishing. p. 740. ISBN 0-7661-6865-4.

[2] Joseph Wright of Derby，An Experiment on a Bird in the Air Pump，1768

[3]Steam Engine - How Does It Work - YouTube

[4]AUSTIN B T, SUMATHY K. Transcritical carbon dioxide heat pump systems: A review [J]. Renewable &Sustainable Energy Reviews, 2011, 15(8): 4013-29.

[5]ozonewatch.gsfc.nasa.gov

[6]马一太,王派.2022年北京冬奥会国家速滑馆CO2制冷系统和国家雪车雪橇中心氨制冷系统的简介[J].制冷技术,2020,40(02):2-7.

作者单位：中国科学院理化技术研究所

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作为发展中的大国，中国能源环境方面的问题尤其突出。2007年，觉的十七大报告首次提出了“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”的理念，为可持续发展指明了方向，也使人们更加关注低碳经济的崛起。

低碳经济实质是高能源利用效率和清洁能源结构问题，核心是能源技术创新、制度创新和人类生存发展观念的根本性转变。

低碳经济的发展模式，为节能减排、发展循环经济、构建和谐社会提供了操作性诠释，是落实科学发展观、建立节约型社会的综合创新与实践，完全符合十七大报告提出的发展思路，是一场涉及生产方式、生活方式和价值观念的全球性革命。

马学禄指出，应注重资源、能源、环境三要素的边界效应。他说，面对能源和环境的双重威胁，必须深刻反思西方科学理性主义背景下的消费拉动需求、推动经济增长的理论的弊端。寻找出一条更加注重资源、能源、环境边界效应的经济增长方式、探寻新经济理论的时代已经到来。

人的生存过程，就是消费能源，向自然排放危害环境物质的过程。二氧化碳是人类消费能源、资源的必然产物，也是造成温室效应、环境问题的罪魁祸首。随着人口数量的增大和活动能量的急骤膨胀，人类的活动已经危及到自身生存的基础。

有资料显示，作为世界第一大能源消耗国，美国以世界6%的人口消耗了世界30%的能源。而我国的单位GDP能耗是日本的8倍，人口是美国的好几倍，按照这种发展模式，我们缺乏持久的创新能力，环境恶化和能源短缺将是今后50年我国发展过程中最大的瓶颈。实行节能节排，实现低碳发展，构建生态文明社会，已经成为不可逆转的趋势。

由世界银行前首席经济学家尼古拉斯斯特恩牵头的《斯特恩报告》指出，全球以每年GDP1%的投入，可以避免将来每年GDP5%～20%的损失，呼吁全球向低碳经济转型。2007年7月，美国参议院提出了《低碳经济法案》，表明低碳经济的发展道路有望成为美国未来的重要战略选择。德国则希望在2020年，国内的低碳产业要超过其汽车产业。向低碳经济转型已经成为世界经济发展的大趋势。

作为一个高能耗国家，我们需要从节能减排、低碳发展的内在规律出发，找到我国巨大社会浪费和环境污染的本源。必须摒弃只关注诸如建筑节能、煤的高效利用等“用”的层面的具体技术问题，而忽视“体”的层面存在的痼疾，比如消费拉动经济增长理论的负面影响，城乡空间布局、国民生活方式等方面存在的巨大浪费等。因此，创新思维、改变观念，坚持体用结合，从全局观、系统论的角度出发，才能正确认识并加快低碳经济发展。

1．倡导形成绿色消费、绿色经营的理念，形成低碳的生活方式。必须转变公众和社会的观念，做任何事都要适度适宜、合理节约。对于个人，要培养节约是美德的观念，彻底改变诸如餐饮浪费等与节能减排背道而驰的陋习；对于企业，则要推行绿色经营的理念，建立清洁生产机制和精益生产方式；国家引导企业将环保成本计入企业生产成本，帮助企业树立企业公民意识，解决节能减排没有效益的错误认识。

2．解决潜藏在空间格局和社会发展格局中的重大浪费问题。有效的节能减排必须以工业相对集中为前提，工业相对集中才能产生专业化分工，提高效率，节省能源；同时催生集群创新，不断产生新技术、新工艺，从而减少物质消耗。

3．培育静脉产业，建立完备的工业化体系。民众对循环经济体系的理解目前还处于表层，基本理解为废渣利用、尾气回收等等。真正的循环经济体系应如同人体系统一样，如果把工业制造系统比作人体的动脉系统，那么，我们使用过的工业制造物的回收再利用则应如人体的静脉系统一样。工业品的回收再利用———“静脉”产业应该是一个巨大的产业。

4．大力发展低碳技术，解决自主创新成果和人才的匮乏问题。低碳技术包括在可再生能源及新能源、煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。必须强化自主创新能力，鼓励企业开发低碳技术和低碳产品，整合市场现有的低碳技术，加以迅速推广和应用。

低碳经济的加快发展急需大量前沿科技人才与科技成果支撑。以新能源领域人才现状为例，目前，我国风电产业当中受到长期专业技术培训的人不超过50个。在中国《可再生能源法》实施两年后的今天，全国仅有华北电力大学建立了可再生能源学院。另外，传统的创新成果评价认证体系，存在对某些现有科学体系不能解释的成果无法认定的尴尬现实。未来的重大科技成果，很可能来自自学成才的科学工作者，面对现有科学体系不能解释的成果，应当采取“非共识性原则”结合实证的方法加以认定。

5．加快文化创意产业建设。文化创意产业处于技术创新和研发等产业价值链的高端环节，是一种高附加值的产业和低碳消耗的绿色产业。大力发展文化创意服务业，能够为社会创造巨大的财富，同时避免了能源过度消耗和环境污染问题。

6．从雨污分流入手，治理城市污染问题。我国的县级城市基本没有雨污分流的设施，大中城市雨污分流设施虽然投资量很大，实施却不够彻底，造成大量污水处理厂的劳动成果被不能彻底实施的雨污分流措施“一票否决”。

7．从我国能源结构入手，抓住矛盾的主要方面，才能提高节能减排的效率。中国能源消耗形式主要为动力消耗、农村采暖和城市集中供暖消费、电能消费3种，其中大约有68%的能源是由各种能源转化为电能后被消费的。而我国电力系统普遍存在着低效率运行和严重能源浪费问题，尤其是在配电和用电两个环节，节能潜力总计为1.2亿千瓦，占中国电能的20%。重点推广配电用电领域的重大自主创新项目，可极大提高节能减排效率。

8．低碳经济之路的核心，是建立起我国乃至全球的可再生能

源系统，最终实现由“高碳”时代到“低碳”时代的跨越，真正实现人与自然和谐发展。