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作者：书香文雅

出版社：天津古籍出版社

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新能源的崛起试读：

前言

人类经过了原始文明、农业文明，现在已迈入工业文明，而随之产生的是全球人口不断增长，能源日益紧张等问题。除此之外，因过量使用传统能源带来的环境问题也正不断地为人们所认识，不只是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳浓度升高带来的全球气候变化，都成为严重影响人类生活质量的现实问题。在此背景下，“低碳经济”、“低碳生活方式”、“低碳社会”等概念出现，新能源的发现与使用摆在人们面前。

随着生物质能、风能、太阳能、水能、化石能、核能等的使用，人类的文明进程将会走向一个新台阶，本书就将向小读者们介绍一下这些新能源。

第一章　自然的恩赐——传统能源

潜力巨大的生物质能源

什么是生物质能源呢？小朋友们大多会摇头说不知道。其实生物质能源就在我们身边，只不过我们还没有认识它。现在就让我们一起来认识一下吧。

在神奇的大自然里，生长着无数的绿色植物。这些植物的叶片可以产生叶绿素，而叶绿素在光合作用下，能够将水和二氧化碳转化成碳水化合物，以此形成化学能；当人们将干燥的草木当做燃料烧火煮饭，又把这种化学能转化成了热能。除了秸秆和柴草这些农作物外，像海带和藻类等生物也能通过微生物发酵技术制成酒精和沼气，使人们能够从中获得甲醇与合成气；人们甚至还能从植物中提取到植物燃料油。小朋友们，这些都是存在于我们世界中的生物，由它们转化而成的能源，便是世上存在最为广泛的再生能源——生物质能。

国际能源局曾经就生物质能做过一个相关的调查。调查报告显示，地球上每年可产生的生物质能可以达到人类年消费能源总量的上千倍。因此可以看出，生物质能是我们地球上储藏量最为丰富的一种能源，而全世界25亿人口所使用的能源中，有90%以上都是生物质能。

对于生物质能的使用，发展中国家要远远高于发达国家。因为发展中国家的经济还比较落后，尤其是广大的农村，人口众多，他们日常生活中的普遍燃料就是薪柴，有的甚至还在烧牛马羊的粪便。例如，我国消耗的生物质能源大约就要占总能源消耗的30%，而在非洲一些国家，这个数字则更高。

据估计，生物质在地球上的储量为1.8万亿吨，这是一个很庞大的数字，而这些生物质所生成的生物质能总量高达1440亿～1800亿吨，这大概已经相当于世界能源消耗总量的十倍了。如果把动物排泄的粪便也算入生物质能源的话，那数量则更加惊人。

尽管生物质能的储量是如此丰富，但目前人们对它的利用量还非常小，并且利用率也很低，至多也不过只占了世界总能耗的15%左右。

其实在人类的历史中，生物质能就是人类所使用过的最初的能源。当煤炭和石油等能源迅速被消耗，能源出现危机的时候，生物质能便重新得到了人们的重视。关于生物质能的发展，一是要扩大种植能源作物，比如薪炭林和石油树等；二是要加大对生物质的开发，提高生物质能的转化效率。

当人们开始重视生物质能的时候，也同样重视了对环境的保护，比如人们想要重新利用薪炭能，但却决不会去破坏原始的薪炭林，而是采用人工栽种的林木或种植含油量高的植物。这样的能源才是绿色的能源，它会让我们的地球更加美丽，更加繁荣。大开眼界叶绿素位于类囊体膜，它属于一类含脂的色素，是植物吸收阳光，进行光合作用的主要功臣。叶绿素可以吸收阳光中的大部分紫光和红光，反射出绿光，这让叶片能够呈现出动人的绿色，为我们的世界增添了无尽的美丽。叶绿素是镁卟啉化合物，其中包括原叶绿素，叶绿素a、b、c、d、f和细菌叶绿素等。叶绿素同时也是一种不太稳定的物质，酸、碱、光等都可以使它分解，例如在酸性环境下，叶绿素分子便很容易被夺去卟啉环中的镁，从而成为去镁叶绿素。叶绿素的用途也不少，它能够提供维生素、造血、抗病、解毒等。

怎样发展生物质能工程

生物质能是存在于自然界中最为广泛的能源，以此作为能源，可以大大减少二氧化碳的产生，让我们的世界变得更加清洁纯净。它还能替代煤炭、天然气和石油等，为我们的生活提供必不可少的能源支持。

生物质的作用真的如此大吗？很多小朋友一定还在怀疑。没有关系，我们可以一起看看下面的这些研究成果。

生物质可生产出生物原油。某些国家已经研制出了这种非常有价值的新技术，它能够将含有丰富纤维素的废料和能源作物转化成一种甜腻带色，并且具有相容性的浓浆液物质，这就是生物原油。它是制造众多化学品的原料，并且在使用过程中很少会排出有毒气体污染空气。在未来，再造汽油很可能会替代我们现在使用的污染型汽油，成为我们生活的必需品。

生物质可以发电。在1992年的时候，美国就已经研制出了用木材和其他植物原料发电的技术，其电量相当于六个核电站。目前，大部分小型生物能电站规模仅为标准燃煤电站的1/10，而且多为蒸汽机和锅炉发电。各国的能源开发组织也在加紧对生物质发电技术的研究。在夏威夷太平洋国际高科技研究中心，人们便建成了一座小型的工业汽化器，它可将甘蔗废料通过转换生成一种气体，这种气体能够在涡轮机中燃烧发电。由此看来，生物质能的潜力是巨大的，并且是可再生资源，它在未来必然会发挥出更加巨大的潜力。

那么如何利用生物工程大力开发生物质能呢？这成为了目前人们的重点研究课题，很多科学家都为此提出了自己的看法。有人提出，如果可以将植物的光合效率提高到5‰以上，那么就能让植物大大加快生长速度。这种利用生物工程来开发生物质能的研究，目前已经出现了一些不错的成果。

例如，在美国加利福尼亚大学，人们培育出了一种热带大戟科植物，这种植物每公顷能够出产大约100桶油；而在美国的宾夕法尼亚州立大学，人们培育出了一种杂交杨树，这种树可以将6‰的太阳能转化成碳水化合物；新西兰也培育出了一种新型植物，它可以在一年内繁殖出100万株树苗，并且幼树可以在3个月内长高到1.5米；我国科学院石家庄农业现代化研究所研究出了高度集约化立体培养的方法，每平方米的空间，一次可生产出试管苗1万株，每年可繁殖150万株树苗，这相当于常规密植育苗功率的10倍以上了。

人们研究出的这些高科技成果，预示着我们在未来将可以从植物身上获取更多的绿色燃料，而这种生物质能源的发展前景必将是非常广阔的。

生物质气化的秘密

小朋友们有没有看到过湖泊、沼泽，或者池塘中经常冒出的那一串串大大小小的气泡呢？这些小气泡看起来一点儿也不起眼，但它们其中蕴含的气体却是可以燃烧的。因为这种可以燃烧的气体最早是在池塘或沼泽中被发现的，所以人们将它称为“沼气”。“沼气”就是生物质气化的一种表现。

科学家们经过研究，发现了沼气的成分。构成沼气的化学成分十分复杂，一般是以甲烷气体为主，其次是二氧化碳，另外还含有少量的氮气、氢气、硫化氢气、一氧化碳、水蒸气和一点点碳氢化合物。

那沼气到底是如何产生的呢？让我来告诉大家吧。生成沼气的原料就是一些在我们身边随处可见的生物质，例如粪便、杂草、树叶、作物的秸秆、水生植物，以及一些含有木质素较多的物质。通过生物化学反应，这些物质中包含的有机物便可以转化为二氧化碳和甲烷的混合气体了。

沼气可以发出的热量比较高。据统计，每立方米沼气可以发出5000～60000大卡的热量，因此沼气可以说是一种非常适合用作动力和炊事的燃料。

生物质除了可以通过生物化学反应转化为沼气外，还可以通过热化学反应，转化为煤气，也可以叫做木煤气。形成木煤气的原料是农作物秸秆和柴草等。人们把这些原料放入汽化器里，通过高温、缺氧和汽化剂的多重作用，使原材料分解，并产生出氢气和一氧化碳。每立方米的木煤气可以发出大约900～2700大卡的热量。虽然通过热解的方式产生的木煤气中，还含有水蒸气和二氧化碳等杂质，属于低热值气体燃料，但它完全可以用来取暖、烧锅炉，以及烧火做饭。如果人们想要获得更加高效的木煤气，也可以将之进行净化处理，这样它便可以成为内燃机的燃料了。

了解这些，有利于小朋友们更好地认识生物质能源，因为它必将成为未来能源世界中最为受宠的一员。大开眼界一氧化碳是一种无色、无臭、无刺激性气味的气体。当一氧化碳进入人体之后，便会和血液中的血红蛋白相融合，使血红蛋白无法与氧气结合，从而致使人的机体组织出现缺氧的现象，严重的甚至会导致人窒息而亡。1846年，法国的生理学家克劳德·伯纳德最早对一氧化碳的毒性进行了彻底地研究。他让狗吸入一氧化碳，因此发现狗的血液变得更加鲜红。现在我们已经知道，这种“樱桃红色”的血液，正是一氧化碳中毒的临床症状之一。

神奇的沼气

小朋友们，你们有没有闻到过那种由粪便，或者腐烂的植物所生成的臭臭的难闻气味呢？是不是也会对那种难闻的味道感到厌恶？我想答案是肯定的，但我今天要告诉小朋友们的是，那种臭臭的气体，其实是一种非常环保的能源，它的名字叫做沼气。

1857年的时候，德国化学凯库勒经过研究，发现沼气的主要成分是甲烷，还有一定量的二氧化碳，微量的氧气、氢气和一氧化碳气体等。其中，甲烷是一种非常易燃的气体，如果将它与空气按一定比例进行混合，便会引起剧烈的爆炸。正是由于甲烷，沼气才具有了很高的发热值。如果在沼气附近点火的话，就会引起剧烈的燃烧。

那么小朋友们肯定会问，沼气又是怎么产生的呢？科学家们通过不懈地研究，终于发现沼气的能量来自于神奇的太阳。自然界的植物中含有大量的叶绿素，而叶绿素能够与二氧化碳和水合成有机物，从而不断地将太阳能吸收，并加以储存。人和动物都会吃植物，但除了一部分被吸收掉的营养以外，还有大约一半的能量会随着粪便被排出来，然后它们会在微生物的帮助下发酵，最终转化成了可燃烧的清洁能源——

沼气。

在自然界中存在着很多能够产生出沼气的原材料，比如人与动物的粪便，还有工农业产生的有机物废料等。它们在一定的温度、酸度和缺氧环境下，便会经由微生物的发酵而转化为沼气。

沼气虽然是一种可再生的能源，但它以前并不为人们所重视。工业革命开始的时候，煤炭和石油的储量巨大，人们对其他能源的需求相对要小很多，加上沼气的味道和原料又臭又脏，便更加被人们所厌恶。但是在今天，石油危机已经影响了我们日常生活的方方面面，而沼气作为一种可再生能源，便越来越多得为人们所关注。石油危机让人们认识到，能源的匮乏将成为制约人类发展的一大阻碍。当煤炭和石油的储量锐减，从而引起价格大幅上涨的时候，农村等偏远地区的能源供应必将因为交通不便和成本过高等因素，变得越来越困难。这时候就是臭臭的沼气大显身手之时了，而生成沼气的原料在农村更是应有尽有，所以它必将被人们所重视。

现在，在法国、美国、日本、德国、印度等国，沼气正在得到越来越积极地开发和利用。在美国的芝加哥，人们建设了一个可以连接城市各个垃圾坑的地下管道网。当垃圾腐烂并产生出沼气后，就可以将它们通过这个管道网输送到芝加哥的千家万户。尼泊尔有很多的牛，如果能够将全国的牛粪都用来制取沼气的话，那么这些沼气足可以满足尼泊尔国家一半以上的生活燃料所需。

我国幅员辽阔，地大物博，沼气资源更是极其丰富。据科学家预估，每年只需我国人畜粪便和秸秆的一半，就可以制出650亿立方米的沼气，它可以释放出相当于1亿多吨标准煤所产生的热能，不但可以满足家庭的需要，还能成为农业机械生产的绿色动力。现在，在多方的大力推广下，我国已有1800多个县的农民用上了环保的沼气能源，沼气池的建立也达到了1800多万个，年产沼气量高达65亿立方米。在某些地区，已然出现了以沼气作为动力的汽车和拖拉机。沼气这种能源的最大优点就是绿色环保，而且成本非常低，因此沼气能源必将得到更大力度地开发，并最终成为我国农村能源的主力军。

可以产生燃料的植物

小朋友们，你们听说过可以产生燃料的植物吗？它可不是那些用来烧火的树枝，而是可以直接生产出类似石油、汽油等液体的植物，这种植物也被叫做“石油树”或“石油植物”。

石油植物遍布世界各地，在我国的海南就有这样的植物。在海南的一大片原始森林中，生长着一种约有10层楼高的高大植物，它的名字叫做油楠树，它能产生出一种可燃性液体，就像汽车里面的柴油一样。当这种树长到三层楼那么高的时候，它就可以产油了，大约每棵树可以产生50～100斤油。如果我们把这些油全都收集起来进行加工，那么就可以替代柴油来用了，如此一来，就能为我们的国家节省不少的能源哦。

从地球仪上看，在我们国家的对面，有一个国家叫做巴西。巴西的叔叔阿姨们正在种植一种名叫苦配巴的“柴油树”，苦配巴能够产生出一种金黄色的液体，这种液体能够直接加入到车子的油箱中作为动力使用，并且它环保无污染。在我国海南岛的东南部有一个叫做菲律宾的国家，也存在一种柴油树，这种树的神奇之处是，它的果实能够产生可燃烧的液体。当然，这种树的叶子、树干，也可以产油，它跟汽油一样可以点燃。在澳洲，人们也发现了能产油的植物，但它不是树，而是一种野草。这种野草能够提炼出类似石油的物质，并且由于澳大利亚温度高，雨水多，它们的生长十分迅速，年产量特别高。

很多国家都已经看到了这些石油树的发展前景，所以他们想大面积地种植这些树，并将其建成一个农场，就叫做“能源农场”、“石油植物园”。但是，这几年石油树还处于试种阶段，由几个主要的国家进行实验种植，预计在未来才可以推广到其他国家，人们都十分看好石油树的前景。

在“能源农场”里面，照看石油树的人已经不再是传统的农民伯伯了。人们开始运用高科技手段培育这些树木，以使它们可以更迅速、更健康地成长，产油量也将得到提升。

放眼未来，我们的石油也会变成一种可再生的资源，因为此时的“石油”是植物通过光合作用而产生的，消耗的是阳光和水。因此，我们未来所使用的电、柴油等一系列由石油派生出来的东西都可以通过“石油植物”来生产。

谈到未来，祖国未来的花朵是你们，因此种植和研究这种石油植物都离不开你们哦！所以你们要好好学习，成为祖国未来的栋梁。大开眼界石油也被称作“原油”，它是古代湖泊、海洋中的生物，在经过了漫长的演化后形成的，属于一种化石燃料。石油色泽深褐，液体黏稠，在地壳上层部分就蕴藏着丰富的石油资源。石油的主要成分是环烷烃、各种烷烃和芳香烃。石油的性质因产地不同而存在着差异，黏稠度范围很宽，凝固点差别也很大，沸点差异为常温至500摄氏度以上。石油不溶于水，却可溶于多种有机溶剂。不同油田石油的外貌和成分也存在着不小的差异。用石油提炼而成的燃料油和汽油是目前世界上最为重要的一种能源，同时石油也为化学工业产品提供了原料。石油的历史开始于1846年，加拿大的亚布拉罕·季斯纳发现了从煤中提取煤油的奥秘。而后波兰人依格纳茨·卢卡西维茨找到了使用石油提取煤油的方法。次年，波兰南部的克洛斯诺附近就建立了现代第一座油矿。目前，石油开采量的88%都被用做了燃料使用，而剩下的12%则被作为了化工原料。

“绿色油田”的作用

小朋友们以前听说过“绿色油田”吗？“绿色油田”到底是什么呢？它又有什么用处呢？今天我来告诉大家，认真听哦！“绿色油田”在哪里“绿色油田”是燃料酒精的代名词，这种新型能源提取自绿色植物，比如木片、秸秆、草类、甘蔗、粮食、水果等包含纤维素的物质。使用酒精燃料的成本与汽油差不多，但对环境的污染却小得多。如果将20%的酒精与汽油相混合，那么汽车发动机就算不改装，也会经济又环保，还能省去诸多的麻烦。燃料就在植物中

从植物中提取燃料，这个方法听起来虽然有些不可思议，好像一个神话，但其实早在第二次世界大战期间，人们就已经开始使用它了，只不过那时使用的只是“木材酒精”，并且只在汽车上投入了应用。随着科技的进步，现代生物技术也随之发展。许多拥有先进技术的国家纷纷用淀粉酶代替液体曲和麸曲，用酶法糖化液生产酒精，增加了酒的出产率，并因此节省了很多的资源。

因为各个国家的情况不太一样，因此每个国家提取酒精的材料也不尽相同。有的国家拥有广阔的森林，于是就会采用亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精，例如挪威、瑞典、芬兰等国。其中瑞典就是一个非常重视“绿色油田”的国家，该国甚至打算人工制造一个巨大的“绿色油田”，可以在其中种植15000平方千米的速生树，以白杨树和柳树为主。这些木材都可以用来制造酒精、甲醇及燃油，这样可以大大缓解国内的能源危机。瑞典还计划种植大片的“能源”森林，为生物质能发电做准备。另外有些国家，例如古巴和巴西等国，都盛产甘蔗，他们就可以用甘蔗糖作为原料来生产酒精，巴西就在使用酒精及其混合液体作为汽车燃料方面取得了很大的成果。目前，巴西仍在大力发展发酵技术，试图从植物中获取更多的酒精。据估计，1吨甘蔗已经能够生产出65升纯度为96%的酒精了。如果人们将1公顷的土地都种上甘蔗，那么就可以提取出28吨的酒精。新兴的能源产业

自1979年以来，美国已经建立起了一整套的工业体系。该工业体系动员了社会各个部门参与，着重力度研究可以提高树木生长周期的有效方法，并试图用快速生长的杂交白杨来建造一座“能源林场”，这样就可以提高“绿色油田”的利用率了。

在燃料酒精的研究和开发工作上，我国也没有落后。相关研究机构早在黑龙江、吉林和河南等省相继下拨了专项资金，以建立示范基地。随着人们对能源需求的不断增加，汽油醇便得到了更加广泛的推广和应用，于是酒精的需求必将跟着增加。大家对这种新能源酒精十分认同，相信它在不久的将来必定被广泛应用。

甲醇在能源领域中的地位

小朋友们，你们知道甲醇是什么吗？知道它可以运用在哪些领域吗？不是酒的酒精

甲醇也被称之为“木精”，因为它是用木质纤维素通过蒸馏获得的，是由植物纤维素转化而成的绿色能源之一。甲醇属于易燃物，它可以通过燃烧生成水蒸气和二氧化碳，同时释放出热量，所以如果将甲醇的蒸气与空气混合，便很容易发生爆炸。甲醇还可以作为燃料和溶剂，同时它也可以成为一种化工原料，用于甲醛的生产。作为一种可以燃烧而又很少会污染环境的液体燃料能源，甲醇在经过深加工后完全可以作为一种新型清洁的燃料使用。原油的替代品

当前，甲醇作为燃料的价值已经为很多国家所重视，一些国家已经将它作为了汽车燃料使用。甲醇汽油就是把少量的甲醇添加在汽油里所制成的混合燃料。其中车用燃料是在汽油里添加15%的甲醇所制成的清洁甲醇汽油，它能够很方便地在不改变发动机结构的基础上，代替成品汽油作为汽车燃料，同时还能与成品油混用。甲醇混合燃料具有热效率、动力性、启动性、经济性良好，降低排放，安全方便，节省石油等优秀的特质。

鉴于此，世界各国分别研发了M3、M5、M15、M20、M50、M85、M100等掺和不同比例甲醇制成的甲醇汽油。目前，商用甲醇主要使用的是85%的甲醇加15%的汽油制成的M85甲醇汽油和M100甲醇汽油；相比而言，M100的性能要比M85更好一些，也就是说M100具有更大的环境优越性。

美国政府非常注重对环境的保护，为了减少空气污染，他们已经批准了100万辆汽车使用代用燃料。按这个规定，一些如华盛顿、纽约、洛杉矶和费城等大城市，都要在规定时间内将市内的汽车燃料改为甲醇燃料。一些如通用、福特等大型汽车公司也正在加紧时间研制可以使用甲醇燃料的汽车。日本生产的首批甲醇汽车也在20世纪90年代初于东京正式投入使用了。用甲醇来发电

甲醇同样也可以应用于发电上。那么它是怎样产生电能的呢？一般的方法是：通过加热使甲醇气化，而后水蒸气就会与气化后的甲醇发生反应，产生出氢气。人们可以利用氢作为燃料，燃烧生成燃气，这样就可以驱动燃气轮机，从而带动发电机组发电了。

如果甲醇发电真像理论计算得那样高效，那么当进口燃气温度提高到1300℃时，就可以将发电效率提高到45%。日本政府一直都很积极地在推进着这项研究，他们计划下一步将会采用1万千瓦级的试验机组容量和1150℃高温的燃气，使发电效率先达到41.6%。同时日本政府也在研究安全系统的性能和可靠性，并加紧攻克各种技术难关。

我们不得不承认，甲醇发电的优越性巨大。目前甲醇发电的成本虽然比石油或天然气要高，但随着高光效植物的大面积种植，便可大大降低甲醇的制造成本，其发电成本也会随之降低。同时，“植物甲醇”更不会像石油、天然气那样有着枯竭的危险。甲醇的储存和运输也很方便，因为它在常温下呈液态。此外，甲醇的污染特性很低。以此来看，21世纪，甲醇作为一种绿色能源，很有可能会成为常规矿物能源的替代品，被运用到发电中去。大开眼界二氧化碳是空气中的一种化合物，它是由一个碳原子与两个氧原子通过共价键连接而成的，其分子式为CO。二氧化碳在常温下是一种无2色无味气体，密度略高于空气，可溶于水。当二氧化碳与水产生反应，就会生成一种弱酸——碳酸。液态的二氧化碳在蒸发时能够吸收周围大量的热，而当它把这些热量散发出去的时候，就会形成固体二氧化碳，也被人们称为干冰。空气中含有的二氧化碳量很小，约占0.039%。大气中二氧化碳的含量不是固定不变的，它会随着季节变化而变化，这主要是因为植物生长有着季节性变化。当春夏到来之时，植物通过光合作用消耗二氧化碳，所以二氧化碳的含量就会随之减少；当秋冬到来之时，植物不再进行光合作用，反而要生成二氧化碳，所以二氧化碳的含量就随之上升。二氧化碳在常压下无臭、无色、不可燃。气体二氧化碳常被用于制糖工业、制碱工业、铅白的制造和钢铸件的淬火等。它也被认为是造成温室效应的主要来源。

氢能有什么作用

你知道什么是氢能吗？它又有哪些不为人知的作用呢？让我们一起来了解一下吧。

据科学家研究发现，氢是存在于宇宙间最普遍的一种元素，宇宙质量的75%都是由氢构成的。在我们生活的地球上，空气和水中都含有氢，两个氢原子与一个氧原子结合，就会生成水，而水则占据了地球表面积的71%，所以说氢是地球上存在最广泛的物质。如果人类的科技发达到可以将海水中的氢全部提取出来的话，那么它所产生的热量将是煤炭、石油、天然气等释放热量的9000倍还多。1000克氢气释放出的热量可以与3000克汽油的发热量相当，可见它的发热值是除去核燃料外，所有燃料中最高的。更神奇的是，汽油燃料在燃烧时会产生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等污染环境的有害物质，而燃烧氢气则只会产生水，所以氢是人们公认的世界上最洁净的燃料。是谁发现了氢能

说起氢能最初被人们发现的过程，那么就不得不给大家讲一个小故事了。据说在17世纪中期，一位化学家在做实验的过程中将锌粒放进了已经装有稀硫酸的试管里，没想到他竟然发现锌粒上有许多小气泡。因为好奇，他凑近去查看那些气泡，由于试管口不小心接近了酒精灯，只听噗的一声，试管口上居然着起了火苗。化学家赶紧用湿布盖住了试管口，这才将火慢慢熄灭。平静之后，化学家还是觉得有些蹊跷，于是他又重复了这个实验，没想到却因此得到了一种可燃的新气体！此后，这位化学家还曾经向其他人演示了这个小实验，让很多人惊奇不已。这种被无意中发现的可燃气体就是“氢气”。氢气能已经得到重视

在科学家孜孜不断地研究下，氢气逐渐得到了人们的重视，并被人们加以运用。氢气的第一次应用是被充到了气球中，但那时它只是作为孩子们的玩具。直到1928年，德国齐柏林公司将氢气充进了飞艇，以此建造成了世界上第一艘齐柏林飞艇，并试飞成功，完成了人类历史上一次成功的空中之旅。1965年起，“氢能汽车”也被人们开上了公路。20世纪70年代，美国有30多家厂商在从事氢燃料电池的开发，日本等国也着重开始研究各种燃料电池，并建立了万千瓦级的氢燃料电池发电站。英国、德国、法国等欧洲国家也纷纷开始了对氢燃料电池的研究。我国在1980年也成功试制出第一辆可载12人的氢能汽车。

为了得到更多的氢能，以色列、德国、俄罗斯等国家也纷纷开始了微生物制氢技术以及生物质制氢技术的研究。美国、日本等国家还专门成立了相关机构，从事藻类植物及细菌制氢的研究。这些生物技术既环保又经济实惠，因此，在未来的市场上会有很大的发展前景。

一些科学家认为，如果我们可以制取出大量的廉价氢气，那么就可以建立烧氢气的氢气发电站。这个发电站不需要复杂的操作系统，结构简单，维护方便。在电网低负荷时，还可以用多余的电进行水的电解，生产氢和氧，以备用电高峰时期发电用。

随着石油、煤等化石能源的日益匮乏，新型能源——氢能早晚会进入千家万户，我们深信，氢气作为一种来源最广泛、最丰富而又最洁净环保的能源，在人类社会未来的发展道路上将会扮演很重要的角色。

薪炭林的开发与利用

薪炭林作为一种新型的能源，具有很高的生态效益、生产效益和社会效益。那么对于薪炭林的开发和利用，我们人类又都做了哪些努力呢？

现阶段，许多发展中国家都在种植薪炭林；不仅如此，就连许多发达国家也在增加薪炭林的种植面积。如今人们种植薪炭林的目的早已不是为了单纯地解决生活用能问题，而是为了将它作为某些生产的辅助能源，并且还用它发电。这样就可以尽量减少人们对煤炭和石油等不可再生资源的依赖。

美国现在已经采取集约经营林地的方式来培育品种优良、生长速度快的高产树种和苗木了。他们采用新型的农业园艺耕作技术和造林工艺来发展薪炭林，并在每公顷经过耕作的土地上密植树苗，还运用浇灌、施肥等措施，使树苗能够更加快速地生长。树苗在经过2～10年的培育后就可砍伐作为薪炭使用了。

对于薪炭林的发展来说，最关键的是要选好树种。要根据薪炭林种植地的土壤情况和气候条件，选择适合的树种，合理种植。对于从外面引进的树种要先驯化，再试种，最后才能大面积推广，还要特别重视对当地树种的改良，使其能够快速生长，高产、高效。

选择薪炭林树种的原则有四点。第一，木材的热值要高。木材的比重可以用以衡量其热值，这对于作为木炭原料的薪炭材尤其重要。第二，要种植生长速度快的薪炭林。薪炭材要具备轮伐期短，产量高的特质，才是上品。第三，树种的生存能力要强。要种植耐旱，耐土壤盐碱，不怕动物、昆虫啃食，能抵抗不利环境的树种。第四，树种的萌生力要强。造林一次便可常年采伐。

目前，人们发现的比较优良的薪炭树种有：意大利杨、加拿大杨、美国梧桐、红桤木、桉、松、冷杉、刺槐、柳、乌柏、沼泽桦、火炬树、梓树、牧豆树、大叶相思等。近来我国培育出的适合作为薪炭的树种有：柴穗槐、银合欢、旱柳、沙枣、泡桐树、杞柳等，某些地方种植的薪炭林只需要三五年就能见到成效，薪炭林亩产干柴可达一吨左右。

未来，在农村，人们将把发展薪炭林同发展其他畜牧业相结合，使森林资源永不枯竭。

开发森林能源对森林的更新、提高森林经营水平、促进林木采运都有着巨大的好处。大开眼界海南岛是我国海南省的主岛。海南省位于我国最南端，简称琼。海南岛的面积约3.39万平方公里，是我国的第二大岛。由于海南岛内山势巍峨，五指参天，又临近大陆，因此每当万里无云、天气晴朗的时候，站在雷州半岛的南部海岸，都能遥遥看到远方的海南岛。历史上的海南岛曾有过三个名字：儋耳、珠崖、琼台。根据相关文献记载，“儋耳”这个名字源自于海南岛的古老部落风俗；“珠崖”这个名字源自于“郡在大海崖岸之边，出珍珠”，因而得名“珠崖”；“琼台”这个名字源自于“境内白石有琼山，土石皆白而润”，遂称为琼台。根据考古工作者在海南岛上发现的历史文献和200多处新石器时代遗址来推断，至少在六千年前，海南岛上就有人类生活的足迹了。据《琼州府志》中所载，秦代的时候，海南便已属其遥领范围。在现如今，海南已经成为了一个旅游胜地，更涌现出了一批旅游景点，打破了中国世界纪录协会多项中国纪录和世界纪录，并获得多项“中国之最”和“世界之最”的殊荣。

神奇能源之巨藻

小朋友们知道巨藻是什么吗？巨藻又可以用来做什么呢？下面就让我们一起去一探究竟吧！

巨藻是最长的一种藻类，大多数巨藻可长到几十米长，最长的甚至能够达到200～300米。巨藻以1米多长的固着器将自己固定在礁石上，中心处生长着一条拥有100多个树枝状小柄的主干，那些小柄上还都生有小叶片，这些叶片有的长1米多，有6～17厘米宽。叶片中含有可以产生浮力的气囊，这些浮力甚至能够将整个藻体托举起来。气囊主要排列在叶片主叶脉的两侧。如果有机会看到巨藻，小朋友们一定会感到十分壮观，在巨藻生长茂盛的地方，它那巨大的叶片层层叠叠，甚至能够铺满几百平方公里的海面。而且，巨藻的生长速度非常快，在适宜的生长条件下，一天便可长30～60厘米，一年就能够长50多米，而且可以收获3次。

那么，这样奇特的植物究竟有哪些功效呢？原来巨藻可以制成药品来用，也可以从中提炼出藻胶，成为制造塑料和纤维板的原料。特别是近几年，科学家们通过对巨藻的深入研究发现，巨藻的内部包含着丰富的甲烷，那可是制造煤气的重要原料。美国人甚至认为巨藻可以满足美国国内关于甲烷的需求。

对于巨藻的利用，也是十分便利的。大陆架海域可以大规模养殖巨藻，而且由于成藻的叶片集中于海水表面，便于机械化收割。在这方面，美国已经先行一步了，他们在西海岸培育了一种植根于海底岩石的巨型海藻，它的生长速度甚至超过一般的巨藻，达到了一昼夜生长60厘米的速度。

淡水藻也具有相当大的能源作用，它可以将十到百个藻体集中起来，形成0.1毫米的藻块。这些藻块每10天增长的重量中，有一半是石油，通过与特殊溶剂的搅拌，就可以提炼出纯净的石油，这些淡水藻数量惊人，广泛分布在世界各地的湖泊沼泽中。

美国能源学家还在进行一种用海藻提炼汽油或柴油的实验，如果成功，将会大大降低油价，产生不可估量的经济效益。

大自然界就像一个巨大的宝库一样，为我们人类的发展提供了所需的一切，只需要我们去不断地发掘。传统能源：传统能源也叫常规能源，是指在现阶段科学技术水平条件下，人们已经广泛使用、技术上比较成熟的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、木材等。人类在原始社会就知道燃烧木柴取暖烧饭。在汉代，中国人就有关于煤炭利用的记载，此后煤炭和木柴一直是主要的燃料。1659年天然气在英国被发现，这种新型的燃料直到1790年，才得到广泛利用，当时欧洲街道有很多煤气灯就是借助天然气照明的。1776年意大利物理学家A.沃尔塔在沼泽发现了沼气，将人类对天然能源的使用又推进了一步。1799年法国人菲利普·鲁本又发明了煤气灶，此后人们才开始用上液化气。

第二章　地球的馈赠——地热能源

地热蕴含的巨大能量

现在随着能源危机的日益加重，更多的新能源被人们重视起来，地热能就是其中的一种。下面我为大家简单介绍一下这是怎么回事。地球也会发热

地热就是蕴藏在地球内部的热能，它分为两种，一种是地热水或蒸汽水形式的水热型，另一种是干热岩体形式的干热型。将来大规模应用地热发电将是以干热岩体形式的热能为主。中国著名地质学家李四光认为，对地热资源的开发和开采石油、煤一样重要。他在《地热》当中对这一问题作了重要的阐释：“从钻探和开矿的经验看来，越到地下的深处，温度确实越来越高。

亚洲大致40米上下增加1摄氏度（中国大庆20米，房山50米），在欧洲绝大多数地区是28～36米增加1摄氏度，在北美绝大多数地区40～50米增加1摄氏度。我们假定每深100米地温增加3摄氏度，那么只要往下走40千米，地下温度就可以到1200摄氏度……”因此，他经常对人们说：“地球是一个庞大的热库，有源源不绝的热源。”

对于地质学家李四光的论断，有人曾做过详细的计算。他们得出的结论是，假如地球上存储的煤燃烧时释放的热量为100，那么核燃料是煤的15%，石油将是煤的3%，但地热却能高达煤的1.7亿倍。面对这样的科研结果，李四光也大声呼吁，认为我们应该利用地下储存的庞大热能，而不是将地球遗留给我们的珍贵的不可再生资源当成燃料烧掉，否则会带来无可弥补的损失。地热资源很丰富

相比化石燃料，地热能提供的能量是油气资源的5万倍，每天从地球内部传到地面的能量能够满足全人类两天半的所需。

对于地热资源的利用也是一个悠久的历史过程。在人类早期，地热能的原始利用比煤和石油早许多，但大规模地科学利用地热能却始于20世纪。1904年，意大利首次将地热用于发电，并获得成功。20世纪30年代的冰岛也已经初步地采用了地热为城市供暖。在短短的二十年间，地热发电量以每年9%的速度快速增长。相对发电量而言，地热的直接利用率稍逊一筹，大概为6%。2000年年初，全球地热发电总装机容量逼近8000兆瓦大关。

地热能不仅资源丰富，而且和化石燃料相比，更为清洁环保、经济实惠，但它在目前的整个能源结构当中所占的比重还比较小。不过，随着科学技术、社会、经济的进步，地热作为一种新能源，将会迅速发展起来，因此我们有理由相信，地热在未来将会是整个人类能源利用结构的顶梁柱！大开眼界李四光是我国著名地质学家，他是湖北省黄冈县回龙山香炉湾人，曾赴英国留学，于英国伯明翰大学获得博士学位。李四光首创了地质力学，这也是他最大的贡献。他以力学的观点探讨地壳的运动现象，并研究地质运动与矿产分布之间的规律。李四光最终确立了新华夏构造体系这一概念，并分析了其特点，他还运用这些理论知识探讨了我国地质条件与石油形成的条件，从理论角度驳斥了西方所谓的中国贫油观点。李四光担任过中国科学院院士、中央研究院院士。1932年李四光担任了中央大学代理校长，又任重庆大学教授，他为中国创立地质力学理论，甩掉“贫油”帽子，以及“两弹”的研发做出了突出贡献。1958年，李四光加入了中国共产党。他的著作有《地质力学概论》《中国地质学》《天文、地质、古生物》《地震地质》等。此后李四光的事迹还被搬上了电影屏幕。

地热资源分布在哪里

地球母亲无私地为我们提供了各类资源，可是无限度的不合理的开发利用，使我们不得不面对巨大的能源危机。于是环保的新能源开始受到了重视，地热资源就是其中重要的一种。

地热资源是指处于地壳表层以下3000～5000米深度，所聚集的15℃以上的热流体和岩石所蕴含的总热量。曾经有人做过这样的计算：如果全球地热资源的总量是2554×1024焦耳，那么它将是煤炭的2000多倍。地热资源的总储量在整个能源家族中也属于异常丰富的一个，它主要分布在板块构造的衔接区域，但是分布极不均衡。

环球性的地热带主要有红海—亚丁湾—东非裂谷地热带、地中海—喜马拉雅地热带、环太平洋地热带以及大西洋中脊地热带四个。红海—亚丁湾—东非裂谷地热带主要分布在埃塞俄比亚、肯尼亚、吉布提等国；地中海—喜马拉雅地热带主要分布在我国西藏羊八井、云南腾冲地热田以及意大利的拉得瑞罗等地（值得一提的是，世界上第一座地热发电站就诞生于意大利的拉得瑞罗地热田）；环太平洋地热带主要分布在墨西哥的赛罗、普列托，新西兰的怀腊开，中国的台湾马槽，以及美国的盖瑟尔斯、罗斯福、长谷等地；大西洋中脊地热带主要分布在冰岛的亚速尔、克拉弗拉和纳马菲亚尔等地。

地热资源在我国的分布虽然众多，但是和它的整体性特征一样，也是相当不均衡的。目前我国已知的热水点总量有3430个，以西藏、云南带和东部沿海带两大密集带分布为总体趋势，细分的话有六个，分别是东南沿海地热带、台湾地热带、祁吕弧形地热带、川滇南北向地热带、山东—安徽庐江断裂地热带和藏滇地热带。其中，山东—安徽庐江断裂地热带的地壳断裂带至今还有活动。集中在东西两条强震发生区的台湾地热带热田发电潜力巨大，当中的北部大屯复式火山区就有8～20万千瓦的能力。藏滇地热带水热活动强烈，地热集中，主要范围在冈底斯山、念青唐古拉山以南，雅鲁藏布江沿岸，东至怒江和澜沧江，南入云南腾冲火山区。在拉萨附近建设的羊八井地热发电站于1985年开始电力供应。川滇南北向地热带，以低温热水型资源为主，主要分布在昆明到康定一线的南北向狭长地带。祁吕弧形地热带，主要分布在秦岭、祁连山、汾渭谷地、河北以及山西等地，甚至向东北延伸到辽南一带。东南沿海地热带分布在湖南、江西、福建、广东和浙江的一部分地区。

地热的多重“身份”

地热能越来越多地被我们应用在我们的生活当中，那你们知道地热能究竟是什么样的吗？

地热能是一种非常复杂的能源，它在地下的储存状态可以说各不相同。它们主要分为干热岩型、地压型、岩浆型、热水型和蒸汽型五种。

下面我们来一一探究：

热水型地热能的主要形式是水汽或热水混合的湿蒸汽形式，它的分布范围遍及世界各地，占地热资源总量的10%，相当于蒸汽型的20多倍。世界上热水型地热能存储量最大的地方是阿拉斯加的“万烟谷”。“万烟谷”的范围有24平方千米，在这里广泛分布着数万个天然蒸汽和热水的喷孔，每秒可喷出2300万千克的热水和蒸汽，它们每年具有的热能相当于600万吨煤燃烧释放的热能，可见它们的温度有多高，即便是最低温度，也有97℃，最高温度足足有645℃。其他国家也有数量众多的高温热水型地热区，例如，日本的大岳地热区、新西兰的怀拉基地热区、中国西藏的羊八井地热区、冰岛的克拉弗拉地热区和墨西哥的塞罗普里特地热区。盆地型中低温热水型地热区则更多，像法国的巴黎盆地，中国的松辽盆地和华北盆地，等等。

岩浆型地热能的储量非常大，占地热总量的40%，主要存在于熔融或者半熔融状态下的地下岩浆中，温度高达1500℃，多数分布在10千米的地下。那么多热滚滚的岩浆，就像地球的血液，为其提供热量。由于岩浆的高温和高侵蚀性特征，针对它的科学论证尚不充分，所以它离被人类成功利用还有很长的一段距离。

然后是蒸汽型地热能，开发便利，储量较少，占总量的0.5%。高温蒸汽型地热能主要是以压力和温度较高的蒸汽形式存在的，特殊情况下会含有少量其他气体。对于它的利用已日渐成熟，可以充当直接的机械动力和电力来源。世界上比较著名的高温蒸汽型地区主要有以下几个：美国加利福尼亚州盖塞尔斯地热区、日本岩手县松川地热区和意大利的拉德雷诺地热区等。

地压型地热能中富含化学能、高压机械能和高温热能，储量也十分丰富，占总量的20%。对于它的开发有重要意义。它就像一个地下高压热水库，主要以高压水的状态存在于2000～3000米深的沉积盆地中，它的周围有一种不透水的岩包保持这一高压。这些盆地的面积也是相当大的，最大的可长达1000多千米，宽几十千米。

干热岩体地热能的储量也非常大，普遍存在于地下炙热的岩石层中，占总量的30%。但对它的开发利用面临干热岩破碎和人工热水循环等一系列的困难，还需要我们进一步努力去解决。大开眼界羊八井就是羊八井镇，它位于西藏拉萨市西北方的当雄县境内，是念青唐拉山南边的一个带状断陷盆地，宽约1～10公里，长约90公里，其面积约为450公里。其附近一带经济以牧业为主，只有少量农业。中尼和青藏两条公路分别从热田的北部和东部通过，交通比较方便。羊八井的热田中地热现象非常丰富，热田盆地中水热活动非常剧烈，其地热表现也是多种多样，有热泉、温泉、喷泉孔、沸泉、水热爆炸穴、热地、热水上升的间歇喷气井、热水塘和热水沼泽等。热田的北部地势比较高，因此地下水也埋藏得比较深。羊八井的水热形迹在早期呈现泉华堆积，而到了现代则以地面放热为主。1974年起，羊八井成为了我国重点科技攻关项目，国家先后出资2亿多元，经过工程技术人员的艰苦奋斗，终于将这里丰富的地热资源开发利用起来。1975年，西藏第三地质大队在羊八井打出了我国第一口湿蒸汽井。次年，我国第一台兆瓦级地热发电机组成功在这里发电，开创了世界中温浅层热储资源发电的先例。

怎样合理地利用地热资源

不知道有没有人听说过地热资源？如果没有，那么就听我来说一说吧。

人们把100℃以下的地热水称为“低温地热”，它就是一种地热资源。据估计，在20世纪90年代时，世界各国直接利用低温地热的能量，大概可以发电240亿千瓦/小时，也就是720万千瓦，其中法国、日本、冰岛、匈牙利和中国使用低温地热的量最大，直接利用就有大约34万千瓦。

地热资源的利用方法很多，其中就有以地热为主要热源采暖的地热温室。它的采暖方法可以分为：热水采暖、热风采暖和地下采暖。除此之外，低温地热水在水产养殖、温泉水医疗等领域也有所使用。

在一些有地热资源的地方，利用地热供暖比烧锅炉供暖更具有优势。因为利用地热不仅可以节约煤炭等燃料，最重要的是它还是一种清洁能源，可以改善环境，防止城市频频出现烟尘污染。

利用地热制冷也是我们利用地热的一种方法，它的基本原理与太阳能制冷接近。由于地热水比较稳定，所以制冷效果不断提高。

20世纪70年代初期，世界范围内的地热发电热潮一浪接着一浪。各地根据自己的需要和低温地热温度梯级的不同，对地热水实行综合开发利用，实现一水多用。也就是说，地热水从出口流出来，从较高温度开始直到较低温度，一级一级地取热。举个例子说，一些地方把地热水按如下顺序使用：制冷—采暖—干燥—温室—养殖—洗

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