科学基础减排四步骤

毕业论文是高等教育自学考试本科专业应考者完成本科阶段学业的最后一个环节，它是应考者的总结性独立作业，目的在于总结学习专业的成果，培养综合运用所学知识解决实际问题的能力。从文体而言，它也是对某一专业领域的现实问题或理论问题进行科学研究探索的具有一定意义的论说文。完成毕业论文的撰写可以分两个步骤，即选择课题和研究课题。

首先是选择课题。选题是论文撰写成败的关键。因为，选题是毕业论文撰写的第一步，它实际上就是确定“写什么”的问题，亦即确定科学研究的方向。如果“写什么”不明确，“怎么写”就无从谈起。

教育部自学考试办公室有关对毕业论文选题的途径和要求是“为鼓励理论与工作实践结合，应考者可结合本单位或本人从事的工作提出论文题目，报主考学校审查同意后确立。也可由主考学校公布论文题目，由应考者选择。毕业论文的总体要求应与普通全日制高等学校相一致，做到通过论文写作和答辩考核，检验应考者综合运用专业知识的能力”。但不管考生是自己任意选择课题，还是在主考院校公布的指定课题中选择课题，都要坚持选择有科学价值和现实意义的、切实可行的课题。选好课题是毕业论文成功的一半。

摘 要：主要论述了生物质热解技术的原理、热解反应过程、热解工艺类型及影响因素。在分析国内外发展现状的基础上，提出生物质热解技术主要存在的不足，对生物质热解技术的发展前景进行了展望。

关键词：生物质热解；研究进展；发展现状；展望

0 引 言

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源， 生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。 目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段[1]。

1 热解技术原理

1.1 热解原理

从化学反应的角度对其进行分析， 生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物，其热解过程为：

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似[2]。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质[3，4]。

1.2 热解反应基本过程

根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等， 可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。

1.2.1 干燥阶段（温度为120～150℃），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。

1.2.2 预热解阶段（温度为150～275℃），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。

1.2.3 固体分解阶段（温度为275～475℃），热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。

1.2.4 煅烧阶段（温度为450～500℃），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进[5，6]。

2 热解工艺及影响因素

2.1 热解工艺类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（＜0.5s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解[5]。

慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃， 高温干馏的温度为900～1100℃。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10～200℃/s）和反应温度（控制在500℃左右）， 生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%～60%。

与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350℃以下，最大限度地增加了液态产物（油）。

常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率[10]。

2.2.1 温度

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）[11～13]。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物质材料的影响

生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响[3]。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。 由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大[5]。

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。 随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。

2.2.3 催化剂的影响

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。

另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响[5]。

2.2.4 滞留时间

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间[3～5]。

2.2.5 压力

压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高，生物质的活化能减小，且减小的趋势渐缓。在较高的压力下，生物质的热解速率有明显的提高，反应也更激烈，而且挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在低的压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，从而限制了二次裂解的发生，增加了生物油产量[14，15]。

2.2.6 升温速率

升温速率对热解的影响很大。一般对热解有正反两方面的影响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短，有利于热解；但同时颗粒内外的温差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大，温度滞后就越严重，热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低，物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度）均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应，导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加，促进了二次裂解的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高[16～18]。

3 热解技术研究现状

3.1 国内研究现状

与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，广州能源研究所生物质能研究中心、浙江大学、东北林业大学等单位做了一些这方面的工作。

广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转化过程的机理及热化学利用技术。其研究内容为：（1）高能环境下的热解机理研究：等离子体热解气化、超临界热解等；（2）气化新工艺研究：高温气化、富氧气化、水蒸汽气化等；（3）气化技术系统集成及应用：新型气化装置、气化发电系统等；（4）生物质气化燃烧与直接燃烧：气化燃烧技术、热解燃烧技术、直接燃烧等。

浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料。目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。

东北林业大学生物质能研究中心研究方向： 转锥式生物质闪速热解液化装置。经过一系列的调试、实验和改进后，现已经探索出了一些基本的设计规则和经验。现阶段设备制造已完成，即将进入实验阶段，为今后设备改进及技术推广打好坚实的基础。

另外在快速热裂解研究上，沈阳农业大学在联合国粮农组织（FTO）的协助下，从荷兰的BTG集团引入一套50 kg/h旋转锥闪速热解装置并进行了相关实验研究；上海理工大学、华东理工大学、浙江大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学、哈尔滨工业大学和山东理工大学等单位也开展了相关实验研究，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。在现在技术的支持下，用于商业运行的只有输运床和循环流化床系统[19，20]。

河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室也长期进行了生物质热解方面的研究。“YNO4型生物质燃气脱焦机”的诞生解决了现有生物质热解气化机组净化装置复杂、脱焦效率低且焦油难收集等问题，结构简单，操作方便，避免了二次污染，系统运行可靠，维护费用低，经济效益显著，适用于各类生物质热解气化机组的配套及其商业化应用，已于2001年11月通过省科技厅技术鉴定，并已在许昌机电厂投入批量生产。

同时，该实验室与河南商丘三利新能源有限公司对生物质热解产物进行了综合利用的研究，并形成了配套设备。根据农作物秸秆资源存在着季节性、分散性的特点和运输、储存难的矛盾，采取了分散和集中的模式，即在农作物秸秆易收集的范围内建造小型生物质热解装置，就地使用生物质燃气， 然后将便于运输的生物质炭、焦油、木醋液收集，建设若干集中加工厂，生产多种产品以供各种用途，较适合我国的国情。

3.2 国外研究现状

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

但较有影响力的成果多在北美涌现，如加拿大的Castle Capital有限公司将BBC公司开发的10Kg/h～25Kg/h的橡胶热烧蚀反应器放大后，建造了1500Kg/h～2000 kg/h规模的固体废物热烧蚀裂解反应器，之后，英国Aston大学、美国可再生能源实验室、法国的Nancy大学及荷兰的Twente大学也相继开发了这种装置。

荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。

传统的热解技术不适合湿生物质的热转化。针对这个问题，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术，这就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。将湿木片或生物质溶于水中，在一个高压容器中，经过15min（200℃，300bar）软化，成为糊状，然后进入另一反应器（330℃，200bar）液化5～15min。经脱羧作用，移去氧，产生30%CO2、50%生物油，仅含10%～15%的氧。荷兰Shell公司证明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。这项技术可产生优质油（氧含量比裂解油低），且生物质不需干燥，直接使用[21，22]。

4 前景与展望

面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。

随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。

我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。 特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在[6]。

针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争[23]。?

参考文献

[1] 杨海平，陈汉平，王贤华等.生物质热解研究的进展[J].煤气与热力，2006，26（5）：18.

[2]? 李传统.新能源与可再生能源技术[M].江苏：东南大学出版社，2005：116~117.

[3] 马承荣，肖 波，杨家宽. 生物质热解影响因素分析[J].环境技术，2005，5：10~12.

[4] 陈，罗永浩，陆方. 生物质热解机理研究进展[J].工业加热，2006，35（5）：4~7.

[5] 袁振宏，吴创之，马隆龙等.生物质能利用原理与技术[M]. 北京：化学工业出版社，2005：289~293.

[6] 翟秀静，刘奎仁，韩 庆.新能源技术[M].北京：化学工业出版社，2005：266~271.

[7] 蒋恩臣，何光设.生物质热分解技术比较研究[J].可再生能源，2006，4：58~62.

[8] 陈 军，陶占良.能源化学[M]. 北京:化学工业出版社，2004：206~207.

[9] 苏亚欣，毛玉如，赵敬德. 新能源与可再生能源概论[M].北京：化学工业出版社，2006：90~94.

[10] 潘丽娜. 生物质快速热裂解工艺及其影响因素[J].应用能源技术，2004，2:7~8.

[11] Bridgwater A V, Peacocke G V C. Fast pyrolysis processes for biomass[J]. Sustainable and R enewable Energy Reviews. 2000, 4(1): 1~73.

[12] 刘汉桥，蔡九菊，包向军．废弃生物质热解的两种反应模型对比研究[J]. 材料与冶金学报，2003，2(2)：153~156.

[13] 李水清，李爱民，严建华等．生物质废弃物在回转窑内热解研究I．热解条件对热解产物分布的影响[J]. 太阳能学报，2000，21(4)：333~340.

[14] 崔亚兵，陈晓平，顾利锋．常压及加压条件下生物质热解特性的热重研究[J]. 锅炉技术，2004，35(4)：12~14.

[15] E Cetin，R Gupta．B Moghtaderi．Effect of pyrolysis pressure and heating rate on radiata pine char structure and apparent gasification reactivity[J]．Fuel，2005，(84)：1 328~1 334．

[16] 赖艳华， 吕明新，马春元等．程序升温下秸秆类生物质燃料热解规律[J]．燃烧科学与技术。2001，7(3)：245~246

[17] 宋春财，胡浩权．秸秆及其主要组分的催化热解及动力学研究[J]．煤炭转2003，26(3)：91-94

[18] 李志合，易维明，柏雪源等. 闪速热解挥发实验中玉米秸颗粒滞留时间的确定[J]. 东理工大学学报(自然科学版)，2004，18(1)：10~13.

[19] 曹有为，王述洋. 国内生物质热解技术的研究进展探究[J].林业劳动安全，2005，18（2）：24~26

[20] 苗真勇，厉伟，顾永琴. 生物质快速热解技术研究进展[J]. 节能与环保，2005，(2)：13~15.

[21] Bridgewaster A V，Peacocke G V.Fast Pyrolysis Processes for Biomass.Renewable&Sustainable Energy Reviews,2000,(4):1~73.

[22] Bridgewaster A V，Cottam M L.Opportunities for Biomass Pyrolysis Liquids Production and Upgrading.Energy and Fuels,1992,6(2):113~120.

[23] Bridgwater A V. Towards The Bio-refinery-Fast Pyrolysis of Biomass[J]. Renewable Energy World. 2001, (1): 66～83.9

据国外媒体报道，虽然现在人类把绿色能源的目光聚焦在了太阳能、风能和核能这些能源上，但是在我们的地球上还有其他一些可以被人类利用的绿色能源。科学家还在积极努力，探索那些新的能源产品。相信在不久的未来，更惊人更有吸引了的能源产品就会问世。下面让我们来看看未来有可能被开发的10大新能源。

1.人体能量

如果你生活在大城市，那么在不久的将来，你的身体也会成为一种城市能源。人类活动如跑步、散步等都可以用来产生能量。美国麻省理工学院建筑和规划系的学生詹姆斯·格拉汉姆和撒德尤思·朱思雅克设计出一个可将人行走时产生的能量转化为电能的“概念性城市设计”。在城市里铺设采用压电材料制作的地板，内装动作感应系统，可将行人的每一个行走动作瞬间产生的能量都转换成电能。他们的这种设计可以实现未来城市的基础设施照明，是未来城市基础能源的一种很有借鉴意义的新能源替代方法。人体能量也是第一次成为最有可能实现的新能源产品之一。

2.粮食能源

迅速增长的生物燃料让我们得到启示：粮食永远伴随人类的一生，那么粮食产生的能量也会永远伴随人类一生。澳大利亚的一家公司就已经从椰子上开始生产能够替代柴油的新能源“椰子油”了。椰子作为替代柴油的燃料由来已久。在第二次世界大战期间，由于柴油供应短缺，在当时的菲律宾，椰子油就成为一种受当地人喜欢的替代燃料。大约半打椰子就可以生产出一升汽油产生的能量。

目前，世界各国都在开始研究粮食能源，希望从伴随人类一生的粮食上找到未来可替代石油的能源。欧洲的国家在研究如何从葡萄中提炼乙醇。

3.藻类能源

在科学家的眼中，藻类是地球上石油和天然气的来源，并且藻类被环保者和能源生产者视为最环保的物质。有数据表明，每亩大小的藻类可以产生比传统的乙醇来源（如玉米）高15倍的能源。这些绿色植物甚至可以像海绵一样如饥似渴地吸取二氧化碳。

在过去，用藻类提取能源的费用非常昂贵。加上藻类的生长受诸多条件限制，阻碍了其作为大规模生物燃料的生产应用。特别是藻类需要在大量的阳光下才能生长，这制约了藻类能源的发展。但美国旧金山的Solazyme公司却设计出了一个新的办法，他们在黑暗的环境中用糖喂养海藻，然后再提取加工成各种燃料。目前该公司还在尝试转基因藻类植物的提取和加工，一旦未来得到许可，转基因藻类将成为重要的新能源来源。

4.细菌能源

大肠杆菌一向不受欢迎，但是在未来也许就很受欢迎了，因为能从大肠杆菌中提取能源。

美国硅谷的LS9公司的研究员去年初已经发明了一种细菌遗传改造转基因技术：细菌中也可以提取“石油”。他们利用生物工程技术，对包括大肠杆菌在内的不同菌株进行遗传改造和微生物转基因培养，促使这些微生物在细菌的作用下，把能量转换成乙醇或石油替代品。

在未来，一切都成为可能，细菌也会成为最受欢迎的能源产品。

5.垃圾能源

在上世纪80年代好莱坞的典型影片《回到未来》中，疯狂的科学家用香蕉皮、蛋壳和其他形式的垃圾转变成气体，来作为时间旅行机的燃料。现在，好莱坞科幻电影中的情节变为了现实。加拿大拟建造北美地区规模最大的汽化垃圾发电厂。科学家相信在经过初期焚烧发电的简单工艺之后，新技术的出现在未来有望引领垃圾发电进入新阶段。

该新型垃圾发电厂号称北美第一的汽化垃圾发电厂。整个项目将耗资1.25亿美元，建成之后每天能吸收城市生活垃圾400吨，每天发电量可达到21兆瓦。

废物转化为能源一直很有争议，批评人士认为在产生能源的同时会伴随出现温室气体。但是科学家发明的一种名为等离子电弧汽化发电的技术。这种技术在经济成本上和环保指标上具备很大优势。加拿大帕拉斯科能源集团已经和政府签订合同，采用这种新技术在未来生产更多的能源。

6.天气能源

这听起来有点不可思议，不过加拿大工程师路易斯·米彻尔德正在实验一种新的清洁能源产生方式：人造龙卷风。他提出的大气能源转换理论非常吸引人。这个理论并不复杂，当气流上升温度升高时就会引起温度的差异，于是空气随之开始形成漩涡，漩涡带动发电机产生电能。

此时的漩涡已经是可以抵达对流层的真正龙卷风了，其风速高达每小时200英里。用这种发电系统能够产生200兆瓦特的电能，这足以供给20万户家庭的用电需求。

在日本，寒冷的天气也不会被白白浪费掉。日本北海道新千岁机场使用冬季的积雪为夏天机场的候机大楼降温，机场跑道使用顶级的隔热设备，能够最大限度地减少积雪融化。据测算，这一计划如能实现预期目标，每年可节约制冷费用约6000万日元，此外还能通过减少用电而起到削减二氧化碳排放的效果。

7.温室气体能源

发展清洁能源是为了遏制温室气体对环境造成影响的一大原因。但是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家认为，其实温室气体一样也可以产生清洁能源，这是因为现有的技术可以将有害的温室气体变成燃料。例如温室气体中的碳酸钾在一些化学手段下可以高效吸收空气中的二氧化碳。另一个值得我们注意的是，科学家正在测试一种热电发电机，看看是否从汽车排气系统中的废气中重新捕捉能源并产生电力。

8.有机废物能源

清洁能源其实来源并不清洁，简单地说，就是将有机垃圾变成燃料。美国正大规模兴起使用清洁能源的热潮，旧金山的人们在城市街道上收集宠物粪便，宠物粪便通过一定的设备可转化为生物燃料。在加利福尼亚州，老式的沼气设备非常受欢迎。

未来也许这些有机废物通过技术革新也会成为新能源产品。现在在美国，已经出现了专门收集有机废物的能源转换工厂，专门收集各种有机废物，来提取生物燃料。

9.IT能源

开发替代能源可以缓解能源困境，但它们并非惟一的解决办法。

家庭和企业的大部分能源成本很高，是因为利用能源的效率不高，浪费太严重。美国一家新成立的Sentilla公司，重点研究能源管理技术。

通过智能芯片和软件来提高能源利用效率。他们研制的芯片能够测量计算机和服务器的耗电量，然后通过分析数据，得出最有效的使用IT设备的计划，充分提高IT产品的能源使用效率。

谈到利用效率，人们经常会说可以升级电网。但是由于技术问题，传统电网产生的电能至少有7%都被浪费掉了，无形中给消费者增加了成本。美国银泉绿色科技公司认为，未来智能电网技术可能会解决这些浪费问题。该公司把网卡集成到电力设备、燃气表、及水表上，使每个家庭的电器终端拥有独立的IP地址，这样就可以跟踪监测公用事业企业和消费者的实际能源消耗情况，达到节能的目的。

10.空气能源

当不刮风时，风力发电场就必须依靠其他的能源来维持发电机的运行。空气如何持续不断地提供能源呢？随着汽车制造商在这方面投入越来越大的兴趣，空气能源的利用技术将不是问题。

压缩空气能源储存系统的原理是将空气压缩进地下存储罐，作为风力涡轮机电机的备用能源。汽车制造企业还期望利用类似压缩空气的原理制造出零排放的汽车。一家瑞典汽车制造公司MDI，开发出了这种储存压缩空气燃料罐的空气动力原型车，能将压缩的空气高压储存在燃料罐中，当空气被释放，它的膨胀力会推动引擎的活塞运动。

太阳能利用现状及对策

新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。

一、国内外太阳能利用概况

1.l国外现状

常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年，国际光伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800多万美元，比1993年增加了23．4％；1997年美国和欧洲相继宣布"百万屋顶光伏计划"，美国计划到2010年安装1000～3000MW太阳电池。日本不甘落后，1997年补贴"屋顶光伏计划"的经费高达9200万美元，安装目标是7600Mw。印度计划1998－002年太阳电池总产量为150MW，其中2002年为50MW。

国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止，世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦，电池转换效率提高到15％以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。

1．2国内现状

煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发展是在80年代。在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4．5兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。

(1）建成了40多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量约600kw，其中西藏最多，达450多kw；1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达100kw。

（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台，光伏电池总功率约达2.9MW。

（3）在22所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为57kw。

（4）1998年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线工程，有26个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4500m以上，光伏电池组件的总功率达100kw。

（5）1996年建成了塔中4--轮南输油输气管道阴极保护先伏电源系统，总功率为 40kw。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠，总长达300Km。

（6）1995年，63个国家重点援藏项目一西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电，共建成216套卫视接收站和＊ 套调频发射站光伏电池供电系统，总功率为300多kw。

二、西部太阳能应用概况

2.1自然资源

我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元。也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一，尤其是西藏地区，空气稀薄，透明度高，年日照时间长达1600一3400小时之间，每天日照6小时以上年平均天数在275--330天之间，辐射强度大，年均辐射总量7000兆焦耳/平方米，地域呈东向西递增分布，年变化呈峰型，资源优势得天独厚，应用前景十分广阔。

2．2能源状况

西部大部分地区能源极其匾乏，多年来坚持积极稳妥开发地热，努力推进太阳能利用，有计划、有步骤地更替油电，适当发展风力发电；因地制宜，多能互补，大中小结合，以中小型为主；电网建设与电源建设同步，建设与管理并重，开发与节能并举的方针，但人均装机容量和年发电量仍落后于全国平均水平。尤其是西藏地区，是全国发电量和人均用电量最小的省份。无电人口仍以酥油灯、柴油灯和蜡烛照明，有些家庭酥油灯已无力承担，学生在烧牛粪炉时的昏暗光线下做作业，极个别乡沿用老柴油发电机解决短时间照明。鉴此，既无资源建设水电站，火电又恐难发展，要依靠电网延伸把"光明"送到横亘遥远、居住稀疏的农牧民家中，其输变线成本令人咋舌。光明、能源成为老百姓多年翘首以待的夙愿，突出的电力瓶颈，成为西藏经济发展和社会进步的桎格，阻碍了人民生活水平的提高，影响了群众摆脱贫困，消除愚昧，治穷致富的步伐，是贫困落后的主要根源，勿庸置疑，利用太阳能光伏发电是解决这一问题重要而有效的途径。

2．3太阳能应用

处处阳光处处电。西部地区利用太阳能光伏发电在解决通信、广播、电视电源和无电人口用电等方面已经开始取得显著成效，曾成功地实施了"科学之光"、"阳光计划"、"阿里光电计划"等太阳能专项计划，成为全国第一个也是规模最大的实施太阳能专项计划的地区。以西藏地区为例：

2.3.1光伏电站

截止1999年，建成县级独立光伏电站7座，消灭了6个无电县，总装机容量450KWp，居全国第一，安多 100KWp光伏电站全国最大，双湖海拔 5100米跟踪式光电站世界最高。

2．3．2通讯电源

提供微波中继站光伏电源约达200KW以上；电话乡乡通电源100多千瓦；在兰西拉光缆通信工程西藏段附近600公里的工程中，应用光伏电源近100KW，光伏电池电源增量迅速。

2.3.3广播电视电源

在狮泉河、改则、门士煤矿等地建起约20余座以光伏发电作电源的卫星电视收转站和电视差转台，总装机容量约20KW左右。还有100多套广播电视用光伏电源系统100多千瓦。

2.3.4光伏水泵

西藏无水草场面积巨大，光伏水泵的潜在市场需求数量可观，很应用前景广阔，狮泉河、日土、改则、尼玛、扎囊等地建成6座光伏水泵系统，总装机容量2个多千瓦，除解决草场灌溉外，还解决了本地区的人畜饮水问题，结束了依靠人力背水的历史，极大的解放了劳动力。

2.3.5户用光伏电源系统

推广户用光伏电源l0-300W系统3万多套，总容量达60千瓦左右，既可供家庭独立固定使用，又能供游牧家庭使用，便携简便，安全可靠，性能优越，深受欢迎；山南昌珠多桑德庆村每户安装光伏电源40Wp，25户农牧民解决了照明、看电视、收听广播录音机的供电问题，被称为太阳村。

2.3.6学校光伏电站

近10所学校建成太阳能光伏电站，墨竹工卡唐家乡小学2KW光伏电站是国内最大的非晶硅光伏示范电站。西藏至今有600多所乡级学校尚未通电，均为寄宿学校，尽早解决学校供电问题和电化教学等，对提高西藏青少年一代的科学文化素质至关重要，是今后光伏发电应用的重要方面。

2.3.7边防哨所光伏电源系统

西藏多数边防哨所无电，有20多个边防哨所安装光伏电源系统，解决照明、看电视、听收录机及通信的供电问题，每座功率为1～2KW，极大地改善了边防官兵的工作生活条件。

目前，西藏已在7个县建成10－100KW规模较大的县级太阳能光电站，全区各类太阳能光电设施容量超过2MW，推广太阳能热水器8．5万多平方米，太阳灶9．l万台，太阳能采暖房、温室、牛羊暖圈等18万平方米，是全国太阳能应用率最高、应用面和规模最大、用途最广泛的省份。

3 存在的主要问题

我国有9亿多人生活在农村，l．2亿人口没用上电15-8％的人口未解决清洁饮水；约4000万人生活在贫困线以下。由于农村燃料等能源短缺，利用水平低，造成森林过度樵采，植被破坏，生态环境恶化，严重阻碍农村经济和社会的发展。面对压力，太阳能应用速度慢，力度小，还存在一定问题：

3.1对开发太阳能资源的战略意义认识不够

一是没有把发展太阳能完全纳入政府的议事日程；二是长期以来，太阳能项目没有常规能源建设项目那样的固定资金渠道或已有的资金渠道不畅。从观念看，是对开发推广太阳能可以减少或替代常规能源和实施可持续发展战略的意义认识不足。

3．2缺乏完整的激励政策

政府支持是发展太阳能的关键，也是太阳能产业发展的初始动力。目前缺少有利于太阳能产业发展和刺激广大居民应用光伏电源装置等新能源设备的激励政策。

3．3投人力度不够

长远规划，缺少资金支持，对太阳能进入市场的全面影响是难以预测的。部分省市自治区对扶持推广太阳能实行专项补贴，使太阳能得到有效推广。但由于投入过少，分散，尤其是光伏电池等关键原器件，大部分遗稿进口，造成太阳能成本高，群众购买力有限，太阳能的成熟技术很难尽快大规模推广应用到无电群众中去。

4 太阳能推广对策

目前我国开发应用的各类新能源和可再生能源年提供相当于3亿多吨标准煤，对促进国民经济发展和满足广大农村和边远地区人民生活的能源需求起到了重要作用。特殊的地缘，西藏的广大农牧民视光伏电源系统是他们多年企盼的"点灯不用油、娱乐有节目"的法宝，太阳能光伏系统确实有潜力为农村和边远地区提供非联网电力，其成本低于外地运燃料或延伸输电线路的成本。因地制宜，大力开发利用太阳能等新能源，把它们转化为高品位的电能，提供照明、广播电视、通讯、水泵等动力能源，对促进脱贫致富，经济和生态环境协调发展，实现小康具有重大意义。为进一步搞好太阳能光伏电源系统的推广应用，建议采取如下一些措施：

4．1提高太阳能应用地位

西部地区要加强太阳能应用推广工作，切实加强领导，把太阳能推广应用工作纳人政府重要的议事日程，把太阳能推广应用作为重要的一项能源政策，纳入国民经济建设总体规划之中，列入政府的财政预算。

4.2加大投人，加快太阳能应用步伐

太阳能在西部的推广应用，具有重大的政治和社会效应，太阳能的发展仍处初期，产业未形成规模且获益能力低，尚不具备市场竞争的能力，国家应对太阳能应用加大投入，保证资金，组织安排多个不同模式的、连片的光伏电源系统的应用示范及光电站建设。

4．3制定优惠政策，促进产业发展

建议政府和地方制定有关减免税收、价格补贴和奖励相结合的优惠政策，通过给用户以一定比例补贴的办法，鼓励广大无电农牧民采用户用光伏电源系统解决自己的生活用电问题，逐步引导老百姓转变观念，克服等靠要思想，提高自我发展意识，加快解决无电户的步伐，最终促进产品进入市场，逐渐形成地方优势产业。

4．4扩大交流，开展国际合作

多渠道、多形式地开展国际合作，争取更多的国外资金和设备用于推广太阳能，充分利用当今国际开发太阳能的热点，切实抓住西部大开发的良好机遇，主动出击，创造条件，进一步拓宽合作领域，加强联合，促进国内外社团、企业家和个人在西部投资，创办新能源实体。在有条件的地区，本着可持续发展的战略思想，建设兆瓦级太阳能光电站。

4．5制定长远规划，综合开发利用

建议政府制定太阳能推广长远规划，尽快实施太阳能屋顶计划，结合西部地区实际，采取风光互补、小水电与太阳能互补，户用光伏电源系统、太阳能路灯、太阳能与建筑结合等多种形式，独立系统与并网双通，综合开发应用太阳能。在继续抓好国家光明工程、乘风计划、邮电和广播电视村村通计划实施的同时，加快西部区域的科学之光、阿里光电计划的实施。

草场不忘阳光提水的福音，人民渴望光伏发电的思惠。大力推广应用太阳能，提高新能源在能源结构中的比重，是西部地区新世纪和可持续发展的必然选择。逐步改变农牧民由于没有电，日出而作，日落而息，科技文化落后，经济不发达，远离现代物质文明，过着近乎与世隔绝的生活状况，尽快使他们脱离"黑暗"，用上电灯，看上电视、听到广播，有利于西部地区的社会稳定、民族团结、经济发展和社会进步，早日缩短与现代社会的距离，步入新时代。

欧洲各国都在开辟通向持久能源的道路，影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠。可再生能源技术在这些方面都有较大优势。它对环境的影响最小，可替代部分常规能源，增加能源供应的安全性和可靠性；它要求较大的设备投资，创造了更多的就业机会，有助于经济增长。</P>

<P>在欧洲大部分地区，环保的考虑推动着替代能源技术的开发。太阳能被公认为是一种极好的替代能源，它的利用有助于降低二氧化碳的排放和环境保护。很多国家，如丹麦、芬兰、德国和瑞士都认为气候变暖是推动太阳能研究、开发、展示和销售活动的主要因素。</P>

<P>在很多国家中，一个值得注意的倾向是资助转向光伏(PV)技术的开发和商品化。这反映一种较为普遍的观点，即从长期角度来看，光伏投资的回收率将高于主动和被动太阳能热利用技术，比利时就是一个明显的例证。</P>

<P>在很多欧洲国家中，研究开发重点转向太阳能工业和大学，政府特别资助那些本国工业感兴趣和有专长的领域，使其有助于创造就业机会，培育经济增长点。</P>

<P>在很多国家，由于实行小政府政策，太阳能技术的政府鼓励计划就很难实行了。可是有些国家仍然利用鼓励办法来促进太阳能技术发展。在奥地利，联邦、省和某些地方对太阳能装置提供直接的财政资助和鼓励；在芬兰，公司可以申请政府给予新太阳能装置高达总成本35％的补助，而家庭可申请20％的补助。</P>

<P>丹麦政府对安装太阳热水器的补助按照在标准状况下节能的多少来计算。目前补助金按每年节能每千瓦时3克朗(0�52美元)计算，它相当于总安装成本的10-30％。太阳热水器在丹麦相当普及，预计2000年后将不再需要补助了。</P>

<P>其它还有一些补助的方式，如比利时对公共建筑改造的资助，德国和其它国家的减税和折旧补贴等。</P>

<P>尽管受到常规能源低价的影响，在欧洲很多国家中，太阳能装置市场仍然持续增长。虽然太阳能公司的数量减少了，但保留下来的公司却趋向于更强大，更能抵御市场的波动。在某些国家实行的电力公司私有化可能提高他们把太阳能装置推向市场的兴趣。在奥地利等国，自己动手建造集热器的活动促进了主动太阳能装置的发展。</P>

<P>在丹麦有十几家公司生产主动太阳能加热装置，其中两家占有市场的大部分份额。其中Marstal太阳能供热厂(目前世界最大的平板太阳能加热装置生产厂)为Aeroe岛上的Marstal镇1250户5000居民提供区域供热，8000平方米太阳集热器阵列与2100立方米的储热水箱相联，6、7、8月间可100％由太阳能供热，全年能供给全区热需求的12�5％。现在正在计划扩大Marstal供热厂，以便能供应该镇全年大部分热需求。自1987年以来，丹麦每年安装的太阳能加热装置一直在增加。在80年代后期，每年安装的太阳能加热装置只有2300套，1996年已增加到4000套，约40000平方米集热器。丹麦生产的太阳集热器，除少量出口到德国和瑞典外，大部分都在国内销售。</P>

<P>挪威已安装70000多套小型光伏装置，每年安装约5000套。大多数装置是为偏远小镇、山区和沿海地带度假旅社供电用的。典型的装置一般为50-60峰瓦。</P>

<P>芬兰人每年也购买几千套小型(40-100瓦)光伏装置，用于消夏小屋。国家石油公司Neste对进一步开发太阳能发电有着强烈的兴趣，重点为建筑物薄膜光伏组件、蓄电池和成套装置。</P>

<P>此外，有些国家在高性能窗、太阳热水器、储能装置、透明隔热材料、日光照明和与建筑物结合的光伏装置等产品的商业化方面进行努力。</P>

<P>欧洲国家继续看好被动太阳能技术。一些国家集中力量开发利用先进透明装置的节能窗。法国和意大利在开发电致调光的透明装置。法国的研究人员估计，这种技术每年可为南部地区节约高达45％的能源需求。</P>

<P>法国的太阳能设计师们正在用绿色设计原则代替太阳能设计原则，就是要统筹考虑能源性能、安全材料的应用、日光照明、居住者的舒适和健康等因素。这种新的设计方法将被用来设计在Angers 的法国环境保护和能源管理署办公大楼。</P>

<P>人们对和建筑物相结合的太阳能装置和光伏装置兴趣越来越大。丹麦Toftlund的Brundtland中心是一座2000平方米的办公和展览大楼，它有一套先进的日光照明系统，其中包括装在外窗上的改变光线方向的百叶窗，反光天花板，中央阁楼朝南的透光窗，还装有光伏组件。</P>

<P>意大利正在开展使建筑物日光照明最佳化的研究，如改进控制系统，调节自然和人工光源，改进窗和遮光装置的特性和效率，改进人工光源的色效等。</P>

<P>在很多国家中，消费者对太阳热水器的兴趣正在增长，而且在技术和降低成本方面也有较大进展。</P>

<P>德国正在继续其1993年开始的太阳-2000计划，该计划的目的是促进大型建筑物使用的太阳能辅助中央供热系统。按照这个计划将在公共建筑物上安装多达100套大型太阳能辅助中央供热系统，并对它们进行监测。第一套这类系统已快建成。</P>

<P>德国计划开展一项建筑竞赛活动，用来促进与建筑物结合的光伏组件的革新。另一项工作是对2200套安装在住宅屋顶的光伏系统进行监测。</P>

<P>按照欧洲联盟的JOULE计划，法国、西班牙和德国合作正在巴塞罗纳附近建造一座新的Mataro图书馆试验建筑，该建筑将装上与建筑物结合的光伏-热组件

在整个自然科学和社会科学的循环经济，是一个跨学科的知识，你需要使用，生态学，经济学，进一步划分，涉及哲学，植物和动物生态学，资源经济学，环境经济学，生态经济学，产业生态学和其他方面的内容，研究循环经济体系，经常使用的物质流分析（分析资源的利用效率），生命周期分析，环境管理系统和其他工具。发展理念的循环经济发展模式，工业行业，是一个系统的科学。

循环经济是人类经济活动的生态规律的科学的研究。循环经济是基于资源的高效利用和环境友好型的社会生产和再生产活动，一个新的生产方式的特点。所不同的是，传统的经济增长模式：传统的地球从一端的地球无限的资源库和污水处理领域的经济增长，大量的矿产资源生产消费类电子产品中的大量的废水，废气和环境排放废物，而另一端为“资源 - 产品 - 废弃物”的线性经济增长模式的一种表现。循环经济的生产和再生产周期的各个方面，需要使用所有可用的资源，提高资源利用率??，代谢和/或共生关系的效率，延长了产业链，被遗弃的 - “资源 - 产品 - 再生资源”的表现密集的经济增长模式的形式。循环经济是解决资源约束的矛盾和环境污染的想法？的发展是人类社会实现可持续发展的有效途径。

循环经济在最近几年，不仅到中央的决策领域的中国，也成为了前所未有的关注的重点研究领域。体现了循环经济在中国，除了循环经济，协调，可持续发展的科学发展观的实践和经验的本地产业，循环经济发展规划和实施，在长大，但也反映了发展循环经济的重要中国提高资源的利用效率，缓解压力，对环境的污染，实现社会经济的可持续发展。

：卡伦堡模式的一个典型案例

在丹麦的卡伦堡是一个沿海城市，是世界上最成功的工业生态系统模型。共生的植物群和动物群的产业生态系统的生态系统，适用于工业活动的原则，企业共存“的产业链。”卡伦堡生态工业园区，不同的废物转化为原料贸易公司是紧密相连的卡伦堡生态工业园，主要工业企业，电厂，炼油厂，制药厂和石膏板厂。这四家企业为核心，废物或产品在生产过程中，通过各种形式的贸易为其他公司使用的原材料，或取代部分的原料，企业链的温室农场，农场，硫酸厂供热站，水泥工厂农场

循环经济的内涵及产生背景

周期“循环经济”的生态意义周期，而不是??？？在经济意义上的循环。生态的良性循环，经济活动中的物质循环和新陈代谢，这是循环经济的讨论的焦点主要是在经济意义上的时间点，从物质流的循环，反映中的交互面积？回路的要求，从空间

循环经济是人类发展模式的反映，它是一个不断发展的过程。在第一次工业革命之前，人类干预自然，环境的污染和生态破坏的能力仅仅是局部的，小的，不起眼的，其影响是有限的工业革命后，社会生产力的快速发展，人口的迅速增长，人类社会活动的规模不断扩大，能力自然寻求干预的环境也越来越大，资源消耗，速度，显着增加，废弃物的排放，限制和睡眠的主观认识相结合，从而导致更多的，更为严重的环境污染问题，污染事故发生频繁，人的生命构成更大的威胁的财产，以及社会经济的发展，在1962年，美国生物学家瑞秋卡森的“寂静春天出版的??，”一书中所描述的杀虫剂的广泛使用对人类健康和对环境的危害令人震惊的案例，生动的语言，敲响了工业社会，环境危机预警1970年4月22日，美国举行了大规模的游行示威，在保护全球环境，它标志着在1972年的全球性环境问题的高度关注，非政府学术组织，科学家，经济学家和企业家 - 罗马俱乐部发表“增长的极限”的报告，第一次正式发出警告世界：“如果世界人口，工业化，污染，粮食生产和资源消耗的趋势继续的限制，在这个星球上的增长将在未来的一百年。“这是第一个系统的经济增长和人口，自然资源，生态环境，科学和技术的进步报表视图之间的关系自然资源和环境容量的片面和悲观的一小部分，但外延生长的供应不切合点，但也提醒人们，从那时起，举世瞩目的生态环境作为经济增长的限制因素在同一年，联合国发表了“人类环境宣言”，郑重声明只有一个地球，人类对自然的开发和利用，同时也承担义务保持自然。

70年代20世纪以来，三大石油危机，让人们感受到了危机在资源供给，提高资源的利用效率已成为人们的追求。在同一时间，这是在海外发展循环经济，建立循环面向社会的西方国家，首先，在工业化的过程中，消耗了大量的自然资源，经历了一个漫长的时期，工业固体废物管理策略，在快速增长的发展中积累了大量的废弃物，如废钢铁旧汽车，废旧家电，废纸，废物回收利用的目标和要求，以降低经济发展的成本。事实上，正是因为这些废物的基础上，恢复，发展的物质基础循环经济发展。

/>最近几年，中国的宣传，促进世界经济周期的研究和发展。发表在家里和国外一方面，大量的工业生态学专着的生态和经济方面的或文章，但几乎没有循环经济专着，并没有看到国外高等教育的学科设置的循环经济。另一方面，截至2004年底，中国不仅有循环经济的文章，已发表论文近编译和出版的专着，循环经济可以说，循环经济是一个彻头彻尾的中国学者的概念，根据自己的国情，创新与发展理论和发展模式，出版业在2005年的热门话题。同时，经济形势，在越来越全球化的推进，循环经济是国外学者已经把前进的“中国因素”是没有例外，在深化周期理论到研究的世界经济，中国的圆形经济概念外国专家参与中国国际合作委员会（CCICED）环境与发展合作的中国专家，外国专家，促进循环经济在中国的发展，吸引了国际组织和外国政府的关注，并成为的关键领域之一与中国的合作。

在执行的每一个公民，每一个家庭，每一个社区，每一个企业，每一个地区，甚至中国的国家作为一个整体的经济周期，例如，一个家庭的节能，节水，垃圾分类活动，节约能源的办公楼，正面和背面的复印纸，硒鼓，水资源利用，清洁生产企业，资源综合利用的发展行业，废物分类及回收的社会，利用太阳能，这些活动可以重新使用，以减少产生的影响，这是一个圆形区域？经济系统的物质流。随着工业化和是不是就是中国的城市化进程还没有完成，它可以实现材料，降低了经济活动，除非它不再发展，这是违反了我们的立场和促进循环经济的出发点，这是说，有没有集中中国，以促进循环经济的发展。所谓的窄废物的回收利用循环经济，循环经济的发展，相当于“垃圾经济在垃圾经济”，日本提出建设循环型社会，强调废物减量化，再利用和回收，以及相应的静脉产业。周围形成所谓的“静脉工业废料回收行业，动脉产业动脉产业”，是指对自然资源的开发和利用，形成行业

研究基金会循环经济

，讨论纪律处分循环经济的基础，全面的自然科学和社会科学不能离开。

1生态基础

生态研究。随着仿生学循环经济的生物和环境科学是研究人的自然代谢循环，共生和组织经济活动的法律为蓝本，英国学者坦斯利（AG坦斯利）1936生态系统的概念，强调自然生物，地理，生物和非生物环境统一的生态系统，包括生物和周围所有的空间和所有的生物，直接或间接地影响机体的生物功能的影响经济增长，发展，复制，形态，生理功能和地理分布的环境条件，生态因素。法律生态系统可以概括如下：“整体，协调，循环，再生的生态规律被应用的领域，如农业，工业，循环经济的实践。 BR />

2，经济基础

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经济学的出生之日起，资源的分配，特别是分配稀缺资源的经济学研究。渐渐稀少的生态条件经济将扩张对生态环境的研究对象也就不足为奇了。

资源经济学，资源经济学，经济性质的，将被转换为一个自然生物资源的数据。自然资源和社会资源，社会资源，包括人力，知识，信息，科学和技术，以及资本的积累和社会的财富，其最大的特点是累积性的自然资源，包括土地，森林，草原和可变性。 ，降水，河流和湖泊，能源，矿产资源的基本功能仅限于某些类型的非可再生资源，包括经济研究和资源经济学的供给和需求周期，价格之间的关系和影响之间的关系税的供应和需求。废物原料“之间的联系行业的能力，形成和资源经济学的最终决定。

环境经济学，各国政府为促进循环经济的发展，因为它涉及到的外部问题的原因。福利经济学告诉我们：如果一种商品的生产或消费带来的成本不能反映在市场价格产生外部效应，外部是不直接参与这样的活动，企业或个人，一些有害或有益的影响的产品的生产和消费，外部经济“的有利影响，否则”外部不经济“生态环境是一项公益事业。作为一个公共的环境下，”公地悲剧“ - 过度使用非独家的消费者往往是由于供应不足，导致“搭便车”心理 - 往往会导致消费的非竞争性。通过发展循环经济，同时提高自然资源的使用效率，保护环境的目的。/>

3，工业生态

产业生态化，模拟自然生态的纪律，耶鲁大学和麻省理工学院于1997年发布了世界上第一个工业生态学报编辑里德Lifset第一个问题：“工业生态系统是一个迅速发展的科学分支，从本地，区域和全球层面，它是一个系统的能量流动，在产品，工艺，工业部门和工业经济，其重点是研究和物质流减少对环境的压力，行业在产品生命周期中的作用。 “工业生态学试图仿照自然的物质循环，企业制度的性质，生态链，产业链，实现多级传输，物质循环和能量效率的产出和资源的可持续利用。在自然生态系统中，生产者，消费者支出和可再生能源的生产相对简单，稳定，生态产业体系，无论是技术水平，但还远未达到水平之间的自然世界。

4，生态经济学 BR />

生态经济学整个社会科学（经济学），一个跨学科的自然科学（生态学）。生态经济学是研究再生产的过程中，经济系统和生态系统的物质循环利用，能量转换和价值观？ ？的扩散规律和科学的生态环境中的应用已经从纯天然意义上的人类生存的因子在社会意义上的经济因素，在人的一生有两方面的含义，需要良好的生态环境已经出现供不应求的良好环境，人们追求的幸福已成为在自然生态环境的废物吸收能力目标的1或接近饱和，和甚至在某些方面已经被重载，以继续其生产必须被复制到了新的环境容量，在需要投资良好的生态环境（生态恢复与污染控制）的建设，已成为一个“产品”的劳动。换句话说，良好的生态环境为目标，从生产的角度，具有双重功能，也就是说，从点对生命的看法，已成为生产要素和条件

5，皮尔斯模型

在1965年，美国学者肯尼思·鲍尔丁（肯尼斯·尤尔特波，D）地球像飞船的SPASH船博尔丁（地球理论飞船）“一文中提出，人们不应该看地球作为一个垃圾场，是一个生态系统，回收废物回收废物及循环再造流（循环流动），可行性取决于一种共生关系，全球生态系统的闭环的所有元素和特性。但是，有没有长期的经济复苏，但与中央计划经济的中央计划经济。博尔丁的文章发表在1966年的地球太空船（太空船地球经济学）。这些建议在未来经济发展的飞船地球“类似的”太空人“的经济地球是一个寂寞的太空船，资料库将不会有无限的物质，无论是发达国家还是污染，人类必须找到自己的位置，在生态系统的物质再生产的周期博尔丁视为生态经济学，中国学者认为，循环经济的概念最早的倡导者。

英国环境经济学家大卫·皮尔斯图钦奈（皮尔斯，DW＆特纳，RK）1990年第一次使用的字循环经济（循环经济）。这两位作者在天然资源与环境经济学“，这本书的第二章题为”循环经济（循环经济），他们正试图建立可持续发展的原则的基础上，发展，建立资源管理的规则和物料流模型。任一回路废物 - 资源的可用性发挥了积极作用，或直接在自然吸收能力的压力，在后一种情况下，比自然的废水直接排放的吸收能力的工具或资源的可用性产生负面影响。基于这样的理念，包括吸收能力，皮尔斯和管理自然资源的两个规则：可再生能源的可再生资源的开采速度不降低它的速度，更小的排放量他们还介绍了对环境的废物流中的大于或等于环境的吸收能力。增加可再生资源的资源股：可耗竭资源（可持续发展）的特点，应赔偿，达到一定标准的生活我们必须减少消耗的资源或可再生资源类股票（提高效率）

类似的工业代谢，自然循环和工业循环循环经济模式。两个繁殖周期，也就是，复制和消费提供了物质基础产生超过直接消费效用的原料（如美的欣赏）。废物，废物环境消化吸收自然循环被吸收到经济系统的收入来源，假设的自然同化能力的行业周期，更多的资源，以减少压力。此外，还可以帮助血液循环，以减少对环境的同化能力的压力。产业周期，但是，需要资金投入，并产生额外的压力吸收能力。意味着二次污染，导致下降的吸收能力。

循环经济发展的过程

在中国发展循环经济的逐渐清晰的内涵扩大的焦点进行调整，不仅为国家和执行环境法律，法规和标准，并制定了一系列的优惠政策，约束，并鼓励企业开展资源节约和综合利用，工业“三废”，促进，吃干榨尽“。可以推断，循环经济将成为实现可持续发展的途径之一。

已经做了很多的工作，在我们的国家，为了提高资源的利用效率

/ >>改革开放以来国家制定了一系列促进企业的能源，水，土地，材料和资源保护法规，政策，标准和管理措施，加大结构调整和技术改造力度，节约能源，并推广先进适用的技术，工艺和设备的开发，资源利用效率已大大提高。统计数据显示，：在2003年，中国的能源消费量每万元国内生产总值（GDP）（GDP）在1980年，下降65.5％万元GDP用水量下降84.7％，比1980年的综合利用，工业废物“的14.6倍，1985年产值12.4倍的总价值废品回收的材料，1985年，经济，社会和环境效益的有机统一。

首先，工业废物的综合利用。在重新冶炼渣屑制砖或烧制水泥，废钢回收税收减免等政策激励，在中国，一些企业和冷却水的再利用，和其他措施，以进行企业资源的再生或循环再造。全国工业“三废”十亿人民币在2003年的产值综合利用，工业固体废物综合利用率达到53％，综合利用率约65％？粉煤灰，煤矸石综合利用率约56％。

回报。我们的城市，包装材料，如酒精和烟草包装纸箱回收废旧物资回收已经形成了相对的废物流零售商供应商，制造商返回给批发商，批发商，然后专注于分散的一些废料集中的废品分类回收再利用，金属到冶炼厂，旧家具，废纸，塑料，废木材，废旧家电回收行业，已形成了网络和规模，在2003年，超过5000名各类废旧物资回收企业，回收网点160 000 3000回收和加工企业，从业人员140余人，可再生资源的回收价值约50亿元人民币，并调整的废物和回收网点遍布全国各地的发展模式。过程

重用的生产和消费，无论我们的维修队伍，从事机械生产的消费领域，电器等产品领域，近年来，一些公司进行了探索和实践开始，在一个手报废汽车发动机使用的机电产品再制造，资源循环利用的包装材料，如玻璃容器，纸箱，周转箱回收和循环利用。提高资源的利用效率，另一方面，老款车型，以解决供应配件停产的产品更新，可谓一举多得。此外，国家鼓励发展的跳蚤市场，充分利用的跳蚤资源，满足低收入消费群体的需求。

四，环保产业的快速发展。 “结束”不属于循环经济领域，但循环经济的内容。城市生活垃圾分类热利用，回收和最终处置的垃圾堆肥和垃圾填埋气，废物转化为能源，并形成产业链，循环经济的内容，在2003年，超过40个利用垃圾发电或热力公司。速度？了沿海地区形成了小型和中型的企业进入园区，集中式污水处理模式的过程中，以市场为导向，工业废水和污水处理。不仅是为了减少污水处理的资金，一些企业成为当地的纳税大户。

努力促进循环经济，加强宣传国家的发展在最近几年有所增加。循环经济作为一个新的概念，是一个渐进的认识和深化的过程。近年来，国家有关部门，新闻单位要加强循环经济的概念，这个想法吗？宣传，发展循环经济，绿色服务（第三产业），环境标志认证体系，绿色学校，绿色社区，绿色政府采购促进循环经济的方向，在一些地方创造一个良好的社会氛围。

组织试点示范工作。中国的循环经济试点工作在三个层次上进行。促进在企业层面的清洁生产和生态工业园区，建立工业园区，发展循环经济省，市试点，并取得了初步成效。

积极推行清洁生产。中国是国际上公认的清洁生产，更好地在发展中国家。 1993年，中国利用世界银行开展清洁生产试点项目，酿造，造纸，化工等行业，通过不断改进设计，使用清洁的能源和原料，采用先进的技术和设备，完善的管理和其他措施，以提高资源利用效率，减少或避免污染物的产生。国家有关部门，把重点放在一些主要的清洁生产技术的开发和产业化示范工程，并在全国20多个省（自治区，直辖市直属中央政府），20多个行业，400多家企业开展清洁生产审计，建立了20个行业或地方的清洁生产中心，超过10000人参加了清洁生产的不同类型的培训，以提高工业污染预防和控制的能力。

在一个集中的区域，以促进生态产业发展。行业的上游和下游企业，经济开发区积极发展生态工业废料，这些园区的生态原则的基础上，延长产业链条，从上游企业，组织生产，高效率的区域或企业集团，废物代，甚至之间的最低限度的“零排放”的资源分配，国家环境保护总局（SEPA）已批准的14种在江苏省生态工业园区建设的公园有不同的功能，基本浪费盒回收产业链在上海，天津开发区形成无废物排放园区。这些做法可以总结和推广。

生态农业的发展取得了长足进步。 20世纪90年代以来，两组51个生态农业示范县，农业部部，国家批准。经过积极探索领域的农业，水产养殖业，农产品加工业，总结了数以百计的生态农业的接触角的材料，生态农业模式的物质代谢型模式。工业共生和混合三大类。

法律，法规和政策，创造体制环境

改革开放以来，中国政府的法律，法规，政策，标准和发展循环经济的措施，建立一个有利于资源节约和环境保护的约束和激励机制引入的制度环境。

首先，法律和法规不断完善。 “清洁生产促进法”，2003年1月1日实施第九条规定：“调整产业结构，发展循环经济，促进资源和废物综合利用，再生资源和更有效地利用环境影响评价法”， “节约能源法”，“可再生能源法”，发展循环经济的要求，在2004年修订的固体废物污染环境法的预防和控制：“国家固体废物污染环境的防治，实行减少固体废物和危险的充分合理利用固体废物和无害化处置固体废物的原则，促进清洁生产和循环经济发展。 “国家也推出了节能和长期规划。废弃电器电子产品回收处理，清洁生产审计方法，勾勒出规定的节水技术介绍当地的法律法规还介绍了2003年左右，陕西，辽宁，江苏，其他省份和城市，如沉阳，太原已经制定了地方清洁生产政策和法规。贵阳市建设循环经济生态城市条例“的颁布和实施。这些都是在依法奠定了基础，并促进循环经济的发展。

通过优惠政策，鼓励企业发展循环经济，综合利用资源，废料，回收利用和环保产业，循环经济的重要组成部分，一直是国家鼓励和支持的工作积极性和主动性。为了调动企业开展资源综合利用，国家制定并实施了一系列优惠政策，以鼓励资源综合利用。例如，在1996年，由国家经贸委等部门的批准国务院（国发[1996] 36号），综合利用资源，为进一步发展的“意见”，国家资源的综合利用，经济和社会发展的长期战略方针。

申报程序

1、地方项目申报。由申报单位向项目所在地财政、住房城乡建设主管部门提交项目申报材料，申请中央财政补助资金；当地财政、住房城乡建设主管部门盖章后报所在省、自治区、直辖市、计划单列市的财政、住房城乡建设主管部门。省级财政、住房城乡建设主管部门对辖区范围内的申报项目进行审查汇总，并在规定时间内，将项目申报文件及项目资金申请汇总表（见附3）报送至财政部经济建设司、住房和城乡建设部建筑节能与科技司；将有关项目申报材料及其电子文档报送至可再生能源建筑应用项目管理办公室（地址：北京海淀区三里河路13号中国建筑文化中心409室，邮编：100037）。

2、中央项目，由中央部门对本部门项目进行汇总后向财政部、住房城乡建设部申报。

立足我国能源资源禀赋坚持先立后破有计划分步骤实施碳中和行动（正确）。

碳中和，是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。它作为一种新型环保形式，被越来越多的大型活动和会议采用，推动了绿色的生活、生产，实现全社会绿色发展。

减少二氧化碳排放量的手段，一是碳封存，主要由土壤、森林和海洋等天然碳汇吸收储存空气中的二氧化碳，人类所能做的是植树造林；二是碳抵消，通过投资开发可再生能源和低碳清洁技术，减少一个行业的二氧化碳排放量来抵消另一个行业的排放量，抵消量的计算单位是二氧化碳当量吨数。

碳简介：

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。

碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物—有机物更是生命的根本。

碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内绝大多数分子都含有碳元素。

氢能利用，是指将氢能转化为电能、热能等加以利用。

氢能是一种二次能源，它是通过天然气重整、电解水、太阳能光合作用、生物制氢等其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。

基本介绍中文名 ：氢能利用 外文名 ：Hydrogen utilization 优点 ：安全、环保 套用 ：广泛 历史 ：二战开始就已利用 利用方向 ：燃料、发电等 氢能利用历史,开发现状,氢能制备方法,特点,氢能利用安全问题,氢能利用方向,展望, 氢能利用历史 在化学史上，人们把氢元素的发现，主要归功于英国化学家和物理学家卡文迪许（Cavendish，H.1731-1810）。但早在16世纪，瑞士著名医生帕拉塞斯就描述过铁屑与酸接触时有一种气体产生；17世纪时，比利时著名的医疗化学派学者海尔蒙特（van Helmont，J.B.1579-1644）曾偶然接触过这种气体，但没有把它离析、收集起来；波义耳虽偶然收集过这种气体，但并未进行研究。他们只知道它可燃，此外就很少了解；1700年，法国药剂师勒梅里（Lemery，N.1645-1715）在巴黎科学院的《报告》上也提到过它。 第一个对氢气进行收集并认真研究的卡文迪许，但卡文迪许对氢气的认识并不正确，他认为水是一种元素而氢则是含有过多燃素的水。直到1782年，拉瓦锡明确提出水并非元素而是化合物。1787年，他把过去称作“易燃空气”的这种气体命名为“Hydrogen”（氢），意思是“产生水的”，并确认它是一种元素。 氢作为内燃机的燃料并是人类最近的发明。在内燃机中使用氢气已有相当长的历史。 人类历史上第一款氢气内燃机的历史可以上溯到 1807 年，瑞士人伊萨克·代·李瓦茨制成了单缸氢气内燃机。他把氢气充进气缸，氢气在气缸内燃烧最终推动活塞往复运动。该项发明在 1807 年 1 月 30 日获得法国专利，这是第一个关于汽车产品的专利。但由于受当时的技术水平所限，制造和使用氢气远比使用蒸汽和汽油等资源复杂，氢气内燃机于是被蒸汽机、柴油机以及汽油机“淹没” 在第二次世界大战期间，氢就被用做A-2火箭发动机的液体推进剂。 1960年液氢首次用作航天动力燃料，1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料，现在氢已是火箭领域的常用燃料了。 对现代太空梭而言，减轻燃料自重，增加有效载荷变得更为重要。氢的能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着太空梭以氢作为燃料，其自重可减轻2/3，这对太空梭无疑是极为有利的。除此之外，氢还可以用于宇宙飞船。 现在科学家们正在研究一种“固态氢”的宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料，在飞行期间，飞船上所有的非重要零件都可以转作能源而“消耗掉”，这样飞船在宇宙中就能飞行更长的时间。 80年代后期多种燃料电池汽车被公开示范. 90年代后期小型燃料电池取代蓄电池的可行性得到证实。 进入21世纪，在面对环境污染等危机下，氢能燃料电池快速发展，并且更多成型的氢燃料电池汽车正开始走向市场。 开发现状 氢能作为倔强当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象，据美国能源部（DOE）新能源开发中心调查，过去5年，全世界工业化国家对氢能的开发投入年均递增20.5%。美国一直重视氢能。2003年，布希 *** 投资17亿美元，启动氢燃料开发计画，该计画提出了氢能工业化生产技术、氢能储存技术、氢能套用等重点开发项目。2004年2月，美国能源部公布了《氢能技术研究、开发与示范行动计画》，该计画详细阐述了发展氢经济的步骤和向氢经济过渡的时间表，该计画的出台是美国推动氢经济发展的又一重大举措，标准著美国发展氢经济已经从政策评估、制定阶段进入到了系统化实施阶段。2004年5月美国建立了第一座氢气站，加利福尼亚州的一个固定制氢发电装置“家庭能量站第三代”开始试用。2005年7月，世界上第一批生产氢能燃料电池的公司之一------戴姆勒----克莱斯勒（Daimler Chrysler）公司研制的“第五代新电池车”成功横跨美国，刷新了燃料电池车在公路上的行驶记录，该车以氢气为动力，全程行驶距离为5245km，最高速度145km/h。 对我国来说，能源建设战略是国民经济发展之重点战略，我国化石能源探明可采储量中，煤炭量为1145亿t、石油量为38亿t、天然气储量为1.37万亿m3，分别占世界储量的11.6%、2.6%、0.9%。我国人口多，人均资源不足，人均煤炭探明可采储量仅为世界平均值的1/2，石油仅为1 /10左右，人均能源占有量明显落后；同时，我国近年来交通运输的能还所占比重愈来愈大，与此同时，汽车尾气污染已经成为大气污染特别是城市大气污染最重要的因素，以此，寻找新的清洁能源对我国的可持续发展有着特别重要的意义。“九五”和“十五”期间，科技部都把燃料电池汽车及相关技术研究开发列入国建科技计画，2002年1月，中国科学院启动科技创新战略行动计画重大项目---------大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢能源技术，由中科院大连化学物理研究所主持的这个重大科研项目，主要以科技部国家高技术发展计画（“863”）“电动汽车重大专项”为背景，研究和开发具有自主智慧财产权的75KW和150KW燃料电池发动机及氢能源成套技术，这项世界前沿的技术将有助于我国早日进入氢能时代。目前我国已成功研制除燃料电池轿车和客车，累计实验运行超过2000km，这标志着我国具备开发氢动力燃料电池发动机的能力，2008年奥运会和2010年世博会召开时，燃料电池轿车已经小批量示范性的行驶在街头。 氢能制备方法 1、矿物燃料制氢 在传统的制氢工业中，矿物燃料制氢是采用最多的方法，并已有成熟的技术及工业装置。其方法主要有重油部分氧化重整制氢，天然气水蒸气重整和煤气化制氢。用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为：CH 4 +2H 2 O=CO 2 +4H 2 .用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：C+2H 2 O=CO 2 +2H 2 。虽然目前90%以上的制氢都是以天然气和煤为原料。但天然气和煤储量有限，且制氢过程回对环境造成污染，按照科学发展观的要求，显然在未来的制氢技术中该方法不是最佳的选择。 2、电解水制氢 电解水制氢工业历史较长，这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：2H 2 O=2H 2 +O 2 目前常用的电解槽一般采用压滤式复极结构，或箱式单级结构，每对电解槽压在1.8～2.0V之间，制取1m3H2的能耗在4.0～4.5Kwh。箱式结构的优点是装备简单，易于维修，投资少，缺点是占地面积大，时空产率低；压滤式结构较为复杂，优点是紧凑、占地面积，小、时空产率高，缺点是难维修，投资大。随着科学技术的发展，出现了固体聚合物电解质（SPE）电解槽。SPE槽材料易得，适合大批量生产，而且使用相同数量的阴阳极进行H 2 、O 2 的分离，其效率比常规碱式电解槽要高，另外，SPE槽液相流量是常规碱式电解槽的1/10，使用寿命约为300天。缺点是水电解的能耗仍然非常高。目前，我国水电解工业扔停留在压滤式复极结构电解槽或单级箱式电解槽的水平上，与国外工业和研究的水平差距还很大。 3、甲烷催化热分解制氢 传统的甲烷裂解制造氢气过程都伴有大量的二氧化碳排放，但近年来，甲烷因热分解制氢能避免CO 2 的排放，而成为人们研究的热点。甲烷分解1mol氢气需要37.8KJ的能量，排放CO 2 0.05mol。该法主要优点在于制取高纯氢气的同时，制的更有经济价值、易于出场的固体碳，从而不向大气排放二氧化碳，减轻了温室效应。由于基本不产生CO 2 ，被认为是连线化石燃料和可再生能源之间的过渡工艺。但生产成本不低，如果副产物碳能具有广阔的市场前景，该法将会成为一种很有前途的制氢方法。 4、生物制氢 利用生物制氢技术，可节约不可再生能源，减少黄精污染，可能成为未来能源制备技术的主要发展方向之一。生物制氢是利用微生物在常温、常压下以含氢元素物质（包括植物淀粉、纤维素、糖等有机物及水）为底物进行酶生化反应来制的氢气。迄今为止，以研究报导的产氢生物可分为两大类：光合生物（厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻）和非光合生物（严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌）。 光合生物蓝细菌和绿藻可利用体内巧妙的光合结构转化太阳能为氢能，故其产氢研究远较非光合生物深入。二者均可光裂解水产生氢气，光裂解水产氢是理想的制氢途径，但蓝细菌和绿藻在光合放氢的同时，伴随氧的释放，除产氢效率较低外，如何解决氢酶遇氧失活是该技术应解决的关键问题。厌氧光合细菌与蓝细菌和绿藻相比，其厌氧光合放氢过程不产生氧，故工艺简单。目前鉴于光合放氢过程的复杂性和精密性，研究内容仍主要集中在高活性产氢菌株的筛选或选育、育化和控制环境条件以提高产氢量，其研究水平和规模还基本处于实验室水平。 非光合生物可降解大分子有机物而产氢，使其生物转化可再生能源物质（纤维素及其降解产物和淀粉等）生产氢能研究中显示出优越于光合生物的优势。该类微生物作为氢来源的研究始于20世纪60年代，至20世纪90年代末，我国科学家任南琪等研究开发了以厌氧活性污泥和有机质废水为原料的“有机废水发酵法生物制氢技术”，该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，中试试验结果表明，生物制氢反应器最高持续产氢能力达到5.7m 3 /（m 3 ·d），生产成本约为目前采用的电解水法制氢成本的一半。 特点 (1)氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质 (2)所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体 (3)氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，3%－97%范围内均可燃。而且燃点高，燃烧速度快 (4)除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，达142.35lkJ/kg，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 (5)所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/L；氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种套用环境的不同要求 (6)氢本身无毒，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，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用 氢能利用安全问题 氢是安全燃料。大量使用实践表明，氢有着安全的使用记录。美国1967~1977年间发生145起氢事故，都是发生在石油精炼、氯碱工业或核电厂中，并未真正涉及能源套用。 国内外用氢经验显示，氢常见事故可归纳为:未察觉的泄漏阀门故障或泄漏安全阀失灵排空系统故障管道或容器破裂材料损坏置换不良、空气或氧气等杂质残留在系统中氢气排放速率太高管路接头或波纹管损坏输氢过程发生撞车或翻车事故。 这些事故需要补充两个条件才能发生火灾，一是火源，二是氢气与空气或氧气的混合物要处于当时、当地的着火或暴震的极限当中，没有这两个条件，不能酿成事故。实际上，严格管理和认真执行操作规程，绝大多数事故是可以避免的。 氢能利用方向 氢能的利用方式主要有三种： ①直接燃烧； ②通过燃烧电池转化为电能； ③核聚变。 其中最安全高效的使用方式是通过燃料电池将氢能转化为电能。目前，氢能的开发正在引发一场深刻的能源革命，并将可能成为21世纪的主要能源。美、欧、日等已开发国家都从国家可持续发展和安全战略的高度，制定了长期的氢能发展战略。 1、氢内燃机 氢内燃机的基本原理于汽油或者柴油内燃机原理一样。氢内燃机是传统汽油内燃机的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。氢内燃机不需要任何昂贵的特殊环境或者催化剂就能完全做功，这样就不会存在造价过高的为题。现在很多研发成功的氢内燃机都是混合动力的，也就是既可以使用液氢，也可以使用汽油等作为燃料。这样氢内燃机就成了一种很好的过渡产品。例如，在一次补充燃料后不能到达目的地，但能找到加氢站的情况下就使用氢为燃料；或者先使用液氢，然后找到普通加油站加汽油。这样就不会出现加氢站还不普及的时候人们不敢放心使用氢动力汽车的情况。氢内燃机由于其点火能量小，易实现稀薄燃烧，故可在更宽阔的工况内得到较好的燃油经济性。 2、燃料电池 氢能的套用主要通过燃料电池来实现的。氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。氢燃料电池与普通电池的区别主要在于：干电池、蓄电池是一种储能装置，它把电能储存起来，需要的时候再释放出来而氢燃料电池严格的说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。而使用氢燃料电池发电，是将燃烧的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%～80%，而且污染少，噪声小，装置可大可小，非常灵活。从本质上看，氢燃烧电池的工作方式不同于内燃机，氢燃烧电池通过化学反应产生电能来推动汽车，而内燃机则是通过燃烧热能来推动汽车。由于燃料电池汽车工作过程不涉及燃烧，因此无机械损耗及腐蚀，氢燃烧电池产生的电能可以直接被用于推动汽车的四轮上，从而省略了机械传动装置。现在，各已开发国家的研究者都已强烈意识到氢燃烧电池将结束内燃机时代这一必然趋势，已经开发研究成功氢燃烧电池汽车的汽车厂商包括通用（GM）、福特、丰田（Toyota）、宾士（Benz）、宝马（BMW）等国际大公司。 3、核聚变 核聚变，即氢原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时放出巨大的能量。 热核反应，或原子核的巨变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的氢原子核，如氢、氘、氟、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但目前尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制的产生于进行，即可实现受控热核反应。这正是目前在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又取之不尽的能源。 目前，可行性较大的可控核聚变反应堆就是托卡马克装置。托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。他的名字Tokamak来源于环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnit）、线圈（kotushka）。最初是有位苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿奇莫维奇等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部回产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子加热到很高的温度，已达到核聚变的目的。我国也由两座核聚变实验装置。 展望 能源、资源及环境问题迫切需要氢能源来化解这种危机，但目前氢能源的制备还不成熟，储氢材料的研究大多仍处于实验室的探索阶段。氢能源的制备应主要集中在生物制氢这一方面，其他制氢方法，是不可持续的，不符合科学发展的要求。生物制氢中的微生物制氢需要基因工程同化学工程的有机结合，这样才能充分利用现有科技尽快开发出符合要求的产氢生物。生物质制氢需要技术的不断改进和大力推广，这些都是一个艰难的过程。 氢气的储存主要集中在新材料的发现方面，对材料的规模化或工业制备还未及考虑，对不同储氢材料的储氢机理也有待于进一步研究。另外，因为每一种储氢材料都有其优缺点，且大部分储氢材料的性能都有加合性的特点，而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识。因此认为，应该研制出集多种单一储氢材料储氢优点于一体的复合储氢材料是未来储氢材料发展的一个方向。