能源與環境
黃就順*
能源是一個包括著所有燃料、流水、陽光、風能的術語，人類用適當的轉換手段，給人類自己提供所需要的能量
能源是能量資源的簡稱，此詞雖已廣泛使用，但至今其定義仍無統一的説法；“能源是可以從其獲得熱、光和動力之類能量的資源”(科學技術百科全書)；“能源是一個包括著所有燃料、流水、陽光、風能的術語，人類用適當的轉換手段，給人類自己提供所需要的能量”(大英百科全書)。因此，能源可概括為，凡是能夠向人們生産和生活提供能量的物質或物質的運動，都可稱為能源，如陽光、風、流水、地熱、潮汐、木材、煤、石油、天然氣等。
一.能源的分類
1.按能源的來源，可分三大類：
第一類：是來自太陽的能量，除直接的太陽輻射能之外，煤炭、石油、天然氣、油頁岩以及生物質能、水能、風能、雷電能、海洋能等都是太陽輻射能轉換的結果。例如，綠色植物通過光合作用，把太陽能轉變為植物體內的化學能貯存起來，為人類和各種動物提供了生存所必須的能源；又如礦物燃料，它們是古代生物沉積在地下經過物理化學變化演變而來的，實際上也是間接來自太陽能、風能和水能等，這些也是太陽輻射作用轉化的結果。
第二類：
是來自地球本身的能量，主要是熱能和原子能。地球內部是一個巨大的熱庫，地下熱水、蒸氣、乾熱、岩體以及還未被利用的火山能、地震能等，都是地熱能的不同表現形式。另外地球內部的鈾，釷等核燃料所具有的能量 - 原子能，也是地球內部蘊藏著的巨大能量。
第三類：
是來自地球與其他天體相互作用所引起的能量，主要是月球和太陽對地球的吸引力産生的潮汐能。
2.一次能源和二次能源
以上三類能源都是自然界現存的。可直接取得而不改變基本形態的天然能源，統稱為一次能源。其中以每年進入地球的第一類太陽輻射能為最多，達54.4×1017兆焦，相當於186萬億噸標準煤的發熱量，而每年進入地球的二、三類能量只有它的五千分之一。在所有進入地球的一次能源中，30%的太陽能由於受到天空中雲層、氣溶膠粒子等影響，反射和散射返回宇宙空間，47%被大氣、陸地、海洋所吸收並轉變為熱能，一般所指的太陽能就是這部份的能量，而23%消耗在水份蒸發，雨雪降落等水循環過程中，這是自然界水力能源的來源。
一次能源經過人為的加工，轉換成其他形式的能源產品，則稱為二次能源。如煤氣、蒸氣、焦炭、人造石油、汽油、煤油、柴油等。
3.再生能源和非再生能源
對於一次能源，根據它們是否能夠“再生”或“更新”而分為再生能源和非再生能源。前者如太陽能、水能、風能、海洋能、潮汐能等，它們不斷產生，可謂“取之不盡、用之不竭”；後者如煤炭、石油、天然氣、油頁岩、核燃料等，隨著大量的被開發利用，儲量愈來愈少，總有一天會被人類耗盡，因此稱為非再生能源。
4.常規能源和新能源
按能源的使用狀況可劃分為常規能源和新能源。前者指的是當前已被人類社會廣泛使用的能源，如由石油、煤炭、天然氣、生物燃料所產生的能量和水能等；新能源又稱為非常規能源，它是指在當前技術和經濟條件下，尚未被人類廣泛大量利用，但已經或即將被利用或可能加強利用的能源，如太陽能、風能、地熱能、潮汐能、核能、海水能等。
二.能源的開發使用對環境的影響
人類對能源愈來愈廣泛的使用大大提高了科學技術和生產力水平，也極大地方便了人們的生活。但是，能源的大量的開發利用也給人們帶來一系列難以解決的問題。
1.在開採、生產和運輸過程中會產生污染的燃料，對環境造成的影響(以煤炭為例)
(1)煤炭開採對環境的破壞
煤炭開採可分為地下礦井開採和露天開採；地下開採會造成地表沉陷，沉陷深度最大可達已採出煤層的80%，地表沉陷可導致相應範圍內地面建築、供水管道、公路、鐵路、橋樑變形乃致被破壞，也會使井下安全生產遭到威脅；而露天開採主要是佔地和破壞地表，破壞自然生態環境。此外，在開採過程中還有粉塵和噪聲等問題存在。
(2)洗煤廢水污染
煤開採後需要用水進行清洗，排出的廢水含有大量的有害物質及雜質，污染河水，淤塞河床，影響魚類生存和人們生活。
(3)礦井瓦斯排放污染瓦斯即我們通常所用的煤氣，主要成份是甲烷，在井下煤體中大量存在，在生產過程中瓦斯會大量湧出。含有一定濃度瓦斯的空氣遇火能引起燃燒爆炸，威脅井下安全。瓦斯排出地面不僅浪費能源而且污染大氣。
(4)煤炭貯運造成的污染
煤炭在貯運過程中，若設施不全及管理不善，常在礦區、車站和碼頭造成自燃和流失，煤塵飛揚，污染大氣和水域，破壞景觀。
2.污染能源的使用對環境的影響
其使用主要是通過燃燒而獲得熱能，但在燃燒過程中產生大量的污染物質，從而對環境産生污染。
(1)溫室效應
燃燒煤、石油等產生的二氧化碳是溫室效應的首要製造者。十九世紀工業革命前，地球大氣中的二氧化碳濃度與海洋和植物所吸收的相平衡。近三十年來，二氧化碳的濃度不斷增加，溫室效應也愈來愈明顯。
(2)酸雨
二氧化硫和二氧化氮是酸雨形成的主要原因。以石油、天然氣、煤炭和其它可燃物質作燃料的眾多的生產設施、發電站和運輸工具是向大氣排放這些物質的主要來源。這些氣體飄浮到空氣中，並與大氣中的氧氣起反應，生成一些酸性物質，以酸雨的形式降落到地上。酸雨對環境起著破壞作用，它對湖泊、森林和野生生物以及各種人工建築帶來一定的危害。
(3)城市熱島效應
地球氣候變暖使得夏季更為酷熱，在城市尤為突出。城市和工業區因燃燒大量燃料，排出熱氣，而城市建築林立，熱氣不易擴散，加上城市人口擁擠，交通繁忙，人為熱量的不斷排放，都加熱了城市的空氣，形成城市熱島效應。美國洛杉磯市區平均溫度比周圍農村高0.5～1.5℃，紐約市比郊區高1.1℃，我國北京市的城鄉溫差達9℃，而上海也有6.8℃。
(4)煙霧
硫酸煙霧(煤煙型煙霧)，它來自燃煤等工廠排放的煙塵、二氧化硫等許多微小污染物質粒子以及各種氣體，這些煙和霧混合在一起，近地面層空氣被污染，達到一定濃度形成硫酸煙霧。它對人體健康危害表現為各種呼吸道疾病、皮膚病、甚至致癌。
石油型煙霧(光化學煙霧)，它來自汽車尾氣污染及石油工業排放的大量的氮氧化合物和碳氫化合物，在陽光的作用下發生一系列複雜的化學反應，稱之光化反應，產生有毒化合物，污染空氣。
三.開發新能源
1.新能源及其特點
新能源其實是在現有能源的基礎上，應用現代的高科技加以利用以及新開發而獲得的新能源。新能源包括太陽能、海洋能、風能、地熱能、核能、氫能、原子能及生物質能等。新能源的特點有：
(1)都是自然界能源，多屬於過程性能源，不像化石燃料可以固定儲存。但易受各種自然因素的影響，而呈現不穩定性。
(2)多來自太陽能，主要是直接或間接由太陽能轉換得來，只要太陽存在，就可以有源源不斷的，非常豐富的能源。
(3)由於新能源多來自太陽能，不會排放有害物質，污染環境，所以新能源是無污染的清潔能源。而且是(除核能外)可反覆利用的再生能源。
(4)新能源開發存在困難，因新能源的穩定性差，需要高新技術去解決難題，所以給大規模開發帶來困難。
四.新能源介紹
1.太陽能
太陽是一顆熾熱的怛星，它發出一種波長很短的輻射波，是地球能量的主要來源。太陽內部由於氫核的聚變熱核反應(像氫彈爆炸那樣)而釋放出巨大的光和熱，這就是太陽能的來源。
太陽輻射的能量，地球僅獲取其二＋億分之一，其餘都散射到太空中去，即使是這一點點，能量已是相當可觀了。地球表面一年可獲得的能量，相當燃燒二百萬噸煙煤產生的能量，(而地球上所儲藏的煤藏最多不過為13.6萬億噸)，也相當於地球上煤、石油、天然氣和鈾儲能總量的十倍。目前，對太陽能的開發利用主要有下列三種途徑：
其具體利用主要有低溫熱利用、光電和熱發電等。
2.水能
水能源可分為兩類，陸地水能源和海洋能源。
·陸地水能
指蘊藏在陸地地表流水中的能源資源。
它是一種可更新能源。
水力資源的利用很廣，是人類最早利用的能源之一，具有以下優點：水能是可以再生又乾淨的常規能源，它較太陽能，地熱能等技術、經濟條件成熟，利用過程中不會發生化學變化，不會造成環境污染，且可因地制宜地發展綜合利用，如防洪、防旱、灌溉、航運、給水、養殖，並可利用水庫風光發展旅遊業，可創造巨大的社會、環境和經濟效益。水能利用具有一次能源與二次能源同時完成的生產過程，它成本低，啟動快，水電站成本僅為火力發電站的三分之一至五分之一，而生產效率反而較高。
世界上的水力資源非常豐富，據估計，全世界理論水能資源為四十四點二八萬億千瓦時/年，我國可開發的水力資源為一萬九仟二佰億千瓦時/年，居世界之冠，其次有俄羅斯、巴西、美國、加拿大、扎伊爾等。我國可開發的水能資源雖然豐富，但地區分配不均，最豐富的地區是四川、雲南和西藏。
目前，發達國家的水能資源的開發利用水平已達到了很高的水平，英國為90%，德國為76%，法國為95%，瑞士為98%，我國的水能資源的開發利用比西方晚了四十年，目前的發電量居世界第八位，僅佔可開發資源的3%。
·海洋能
它主要指海洋本身所蘊藏的能量，即潮汐能、波浪能、海潮流能、海洋熱能等。海洋能源是新能源之一，蘊藏豐富，可以再生，永不枯竭。它無需燃料、乾淨、不污染環境、不佔用陸地空間，還可綜合利用。它的優點正是目前常規能源所缺乏或是面臨的難題。其缺點就是開發利用設備龐大，工程技術難度大及對工程材料要求高，成本大等。目前，全世界海流的運動能量為5×107千瓦，波力資源的總能量為21億千瓦，潮汐能為3×109千瓦。我國的海洋能資源也相當豐富，可開發的潮汐能容量為2000萬千瓦，年發電量580億度，其中90%以上集中在華東地區的上海，浙江和福建等經濟發達的省市。
3.風能
風能是太陽能的一種轉化形式，由太陽輻射造成地球各地受熱不均而引起的空氣水平運動而產生風。風具有能量。據估計，全球風能蘊藏量很大，可達1.3×1015瓦，約為目前世界上化石燃料產生能量的三千倍。風能具有分佈廣，可再生，就地取材，潔淨而沒有污染等優點。但風能變幻不定，間歇性強，且能量密度低，如要獲得與水能同樣的功率，風力機的風輪要比水輪機的葉輸直徑大幾百倍，故廣泛開發利用較難。目前風能的利用主要有：風力發電：風力發電是開發利用風能的重要方向，對解決世界能源危機有重要的意義，但由於風存在不穩定性和不連續性(風向和風速不定)的實際困難，所以遲遲未能廣泛利用。直到當今高新科技的發展，難題得到逐步解決，為風能發電開闢了廣闊的前景。目前，美國擁有風力發電機組兩萬多套，佔全國總發電量10%，計劃到2020年達25%，世界最大的風電場(總裝機容量七百七十三兆瓦)建立在阿爾塔蒙特山口。
4.地熱能
地球深處蘊藏著巨大的能量。地熱是由地層岩石中放射性元素衰變而產生的，地下深度愈大溫度愈高，五公里深處溫度達300℃以上，地球每年向大氣散發出的熱量相當於380億噸標準煤。常見地熱能的類型有兩種：一是水熱型：地下水從周圍岩石中獲得能量，成為熱水，這是最常見的地熱能。二是乾熱岩型，地下岩體溫度高達數百攝氏度。由於地下無水，需鑽孔注水將其熱量引出。二十世紀以來，開拓地熱能的規模不斷擴大。目前，冰島全國消耗的熱量80～85%來自地熱。
地熱發電：它是地熱開發利用的重要方面。地熱發電過程是把地下熱水和蒸汽所具有的熱能轉變為電能的過程。發電分兩類，一類是用熱水，另一類是用蒸汽，目前普通多為前者。意大利是世界上最早利用地熱發電的國家，現在世界上已有十多個家建成地熱電站，總容量200萬千瓦左右。日本曾對地熱發電、火力發電、水力發電、原子能發電的成本進行比較，因地熱發電不需燃料，因此其成本最低，故各國都在加速地熱的開發，日本、美國規劃在2000年，地熱發電裝機容量分別達到5000萬千瓦和一億千瓦以上。
5.核能
核能是指原子核蘊藏的巨大能量，包括原子核裂變能、原子核聚變能、原子核輻射能和原子物質湮沒時釋放出的能量。
如何使原子核釋放出能量呢？一是設法把重原子核分裂產生核能；一是把輕原子核聚合產生核能。目前，正處於應用核裂變階段，原子彈和現在的核電站是採用核裂變的方法獲得巨大的核能。其基本原理是用中子轟擊原子核，使其分裂而釋出能量。
核裂變能燃料以鈾235為主，從鈾礦中提煉出來，在1000噸鈾礦中，只能得到7噸天然鈾，據估計，按現有消耗量推算，鈾235僅能滿足人類30－40年的需要。
因此，在未來核能的發展中，特別有意義的是核增值的研究和應用，通過核增值反應堆可把鈾235與一個中子相結合，轉變為另一種易裂變的核燃料—鈈239。這樣，通過核增值反應堆，可以使現有的鈾資源一下擴大近百倍，可滿足上千年的需要。
6.生物質能源
生物質能是指來自生物質的能源。植物、動物和微生物都是可再生的物質。從根本說，生物質能源自太陽能。生物能是一種古老的能源，人類祖先最早使用草木作燃料。但今天在現代高新技術的條件下，把古老的生物質能進一步開發利用，成為很有希望的能源。
地球上每年生產的生物質達1440億～1800 億噸，相當於目前世界每年耗能的十多倍，可見地球上的生物質能非常豐富，估計佔地球總能源的10%，但目前世界各國對能源開發利用較少，發達國家約佔3～4%，發展中國家達到60%左右，我國佔30%。目前，對生物質能的開發，首先要減少或不用對生物質的直接燃燒，要通過高新技術提高生物質的利用效率，其中特別要研究生物質的氣化和液化。
·沼氣
沼氣是沼澤中產生的一種可燃氣體，其化學成分主要是甲烷。沼氣的產生是在沼氣池內投入人畜糞便，稻杆，雜草以及含有機質的廢水廢渣等，並在缺氧的情況下發酵，沼氣池內含有甲烷菌、纖維素分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌等多種菌類群，它們各自把不同的有機質分解，直接或間接地為甲烷菌提供養料，從而促進甲烷的大量生成。
以前沼氣主要作燃料和照明之用，規模小，利用效率低。大型工業沼氣技術，使食品加工業、造紙廠、屠宰場等排污大戶的大量廢水、廢渣得到有效的處理，不僅消除環境污染，還獲得回收的能源。
·能源植物
有的植物富含類似石油的烴類，可直接當作柴油使用。有的植物碳水化合物含量高，可用作生產酒精(乙醇)。還有的植被富含油脂，這類植物不僅為人類提供食用，而且可作為工業的原料。能源植物是構成世界能源的組成部分，有很大的發展潛力，應大力栽培，歐盟計劃依靠生物工程技術，大力發展能源植物。
* 澳門環境委員會全體委員會委員
