第1篇　太陽能時代和太陽能熱發電

1　能源和能源危機

1.1　能源的發展

1801年英國學者托馬斯·楊在倫敦國王學院演講自然哲學時引入能量的概念。他針對當時把質量與速度二次方之積稱作活力或上升力的觀點，提出用能量（energy）與物體所做的功相聯系。托馬斯·楊的觀點當時沒有引起重視，人們仍然認為不同的運動中蘊藏著不同的力，直到能量守恒定律被確認后，人們才認識到能量概念的重要意義。如果把能量定義為“做功的能力”，那么功就可以看成是“能量的體現”。

在愛因斯坦的“相對論”中，能量和另一重要物理概念——質量建立聯系，質能關系公式更深刻地揭示了能量的物質屬性，使人們認識到宇宙萬物都是能量的不同表現形式。現在科學認為，一切形式的質量、能量最終都可以相互轉化。能源，顧名思義是能量之源，是提供人類所需能量的相關物質。人們所謂的能源是存在于自然界中，能夠轉換成為熱能、機械功、光能、電能等各種能量的資源。能源是人類活動的物質基礎。在某種意義上講，人類社會的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用。時至今日，能源已和材料、信息被視為自然界和人類社會賴以生存發展的源泉，人們生活方式、思維方式，國家生存和興旺的主要因素，經濟賴以革新、進步的基礎。

在回顧能源發展歷史的同時，對人類社會的變遷會有進一步的理解。

1.1.1　火的應用

能夠掌握、使用除自身體力之外的任何能源，是人和其他一切生物的根本差別之一。不論是史前恐龍、巨鱷等龐然大物，還是今日飛禽走獸，都不能做出超出自身力量的功。而人類具有這種能力，是從掌握用火開始。

從看見野火燃燒、煙霧彌漫時恐懼，到學會收集電擊、森林草原自燃和巖漿能及草木引起的火種，人類至少又花費了一百多萬年的時間，從而最終脫離了動物界。

火的使用是人類第一次群體性的社會運動，它使人類的族群獲得了與其他群居動物生存本能的行為模式所不同的生存價值。

學會用火，就可熟食。熟食軟柔，更富有營養，縮短了咀嚼和消化的過程和進食時間，從此人類結束了茹毛飲血、生吞活剝的歲月。食物種類和范圍擴大，對人類體質和腦的發展產生了巨大的影響。

學會十分原始、可能純屬機遇的用火后，這項逐漸完善的技術經過80萬～100萬年才波及其他地區。

此后在熊熊燃燒的火光輝映下，人類的生產方式、社會結構、生活方式都發生了翻天覆地的變化。人類社會由蒙昧狀態發展到氏族社會，又大步邁進文明門檻。

人類第一次掌握的能源，是易于獲取、易于加工的草木能。草木能伴隨人類走過漫長的原始社會，農業社會、工業社會初期。

依賴草木能源和風能、水力、畜力配合，人類制作工具，改造山川河流，將億萬畝叢林、碎石的丘陵和平原改造成肥田沃土，利用烘焙、冶煉，將黏土和礦石制成巧奪天工的瓷器和青銅器，修筑了長安、北京、巴格達、羅馬等一批在歷史上閃閃發光的城市，創建了農業文明的輝煌。直至今日，草木能源在世界各地的鄉村仍然扮演著重要角色。

1.1.2　煤炭時代

煤炭的發現和利用可以追溯到遠古時代，但煤炭的大規模利用是在蒸汽機發明之后。1765年，詹姆斯·瓦特成功制作了蒸汽機。18世紀50年代末，英國的焦炭高爐不過17座，到1790年就達到了81座，木炭高爐則減少到25座。煤、鐵和蒸汽機的時代終于到來了，從而揭開了產業革命時代的序幕。但是到了19世紀中葉以后，煤才滿足了整個社會所需能量的50%。美國在1850年，煤只能提供社會所需能量的10%，1900年就占全部所需能量的70%左右。

14～15世紀，歐洲開始推廣新的高爐煉鐵法，進入了自18世紀60年代英國出現產業革命的汽笛聲以來人類使用煤炭能源的時代。珍妮紡紗機和瓦特蒸汽機迅速推廣。繼英國之后，美國、德國、法國、俄國以及日本都先后創辦煤炭工業。從此之后，直到整個19世紀和20世紀上半期，煤炭代表著整整一個歷史時代先進的社會生產力，成為近代工業社會的動力基礎。

大機器取代了手工工具，使手工生產發展到機器生產，從而使以機器為主體的工廠制度代替了以手工工具為基礎的工場制度，進而使整個國家的生產方式、產業結構、經濟結構都發生了巨大變化。到1900年，煤炭產量在世界一次能源結構中的比例占到95%，處于絕對的優勢地位。

直至今日，煤炭仍在工業生產和人民生活中發揮重要作用。我國使用的一次能源，仍有75%來自煤炭。

1.1.3　油氣開發

石油是一種液態的礦物資源，可燃性能好，單位熱值比煤高一倍，還具有比煤清潔、運輸方便等優點。現在石油不僅是世界工業發達國家的主要能源，而且是重要工業原料；不僅是重要的軍用物資，而且是日常生活的必需品。

石油是優質的動力燃料。1kg石油燃燒可產生約40000J熱量。現代工業、國防、交通運輸對石油的依賴程度是很大的。飛機、汽車、拖拉機、導彈、坦克、火箭等高速度、大動力的運載工具和武器，主要是依靠石油的產品——汽油、柴油和煤油作為動力來源。

石油還是重要的化工原料。人們的衣食住行都離不開石油產品。據統計，目前的石油產品超過5000種，已滲透到人類生活的所有領域。比如，三大合成材料——塑料、合成橡膠、合成纖維，都是用石油作原料，經過多次化學加工生產出的產品。

石油的發現雖然可以追溯到遠古時代，但是真正作為經濟資源被開發和利用，只有100多年的歷史。19世紀末，英國人首先從石油中提取煤油作為照明燃料。1859年，美國打出第一口油井，開創了世界近代石油工業。面對能效更高，加工、轉換、運輸、儲存和使用更加便利的石油，煤炭工業相形見絀。20世紀初，由于內燃機的推廣和汽油發動機的問世，以及隨之而來的汽車工業的發展，石油逐漸得到更廣泛的應用，并在各國經濟、軍事等活動中起著越來越重要的作用。

在第二次世界大戰中，石油的重要作用尤為突出。據統計，1939～1945年，在戰爭中使用的4000萬輛汽車、15萬輛坦克、20萬架飛機，都是靠石油產品發動的。在石油和電力作為動力和原料、電動機和內燃機普遍應用的基礎上，石油工業、電力工業、汽車工業、航空工業、鋼鐵工業和化學工業迅猛發展。1940年世界石油產量僅2.5億噸，1950年增長到5.2億噸，1960年增長到10.5億噸，1970年增長到22億噸，之后平均每年翻一番。歐美、日本、前蘇聯先后進行能源結構改革，以石油代替煤為主要能源。同時，從20世紀50年代開始，以石油為主要原料的合成化學工業也蓬勃發展。石油產量超過世界能源總量的50%。從此，人類進入石油時代。石油作為一種主要的物質資源，在世界各工業國的經濟領域以及社會其他領域起著舉足輕重的作用。今天，石化能源左右著人們的生活方式。不論是汽車、飛機，還是工業窯爐、燃機的燃料和自然界中不曾出現的機械及裝置、性能各異的材料，都受惠于石油。

天然氣是蘊藏于地下的一種可燃氣體，其主要成分為甲烷。目前，天然氣已成為世界主要能源之一，它與石油、煤炭、水力和核能構成了世界能源的五大支柱。公元1667年，英國成為最早利用天然氣的歐洲國家，比我國晚了1000多年。在整個19世紀，由于沒有找到長距離大量輸送方式，天然氣的應用受到限制。隨著管線技術（加熱、保溫、加壓、冷凍液化）的發展，大型天然氣輸送系統投入使用。現在大型輸氣工程可穿越沙漠、凍土、海底，長達數千甚至上萬千米。石油經濟給人類帶來前所未有的繁華。20世紀是人類歷史上經濟科技發展最快的一段時間。在100年里，世界人口增加了4倍，工業生產增加了50倍以上，但能源消耗也增長100多倍。

自從學會收集天然火種和鉆木取火，在之后的300萬年之間，人類對能源的利用經歷了使用天然草木時代、木炭時代、煤炭時代、石油-天然氣時代，這些能源都是通過燃燒含碳有機物產生放熱的化學反應（其中只有風能和地熱能作為少量補充）。直到20世紀50年代，人類才發現大自然中還存在嶄新的，可以利用的能源，這就是以太陽能為代表的可再生能源。這一發現又和石化能源密切相關。

1.2　石油能源的危機

1.2.1　石油的重要性

能源是人類生活中最重要的資源，能源問題一再牽動社會的神經，是關乎人們現實和未來生存發展的最為基本同時也是最為核心的動力問題。人類近代史上幾次大的飛躍都得益于能源的開發，而幾次大的全球危機也都因能源危機而起。在經濟全球化、世界政治格局多極化的今天，保障能源持續供應，建立能源安全供應體系已成為當今世界各國能源戰略的出發點和核心內容。

從能源的供求分布來看，“不平衡”一詞可點破其中的根本特征。也正是這種不平衡，從根本上導致了國際上各種因資源問題而產生的糾紛甚至是戰爭。從近幾十年來國際關系可以看到，石油資源和水資源是國家間發生戰爭和沖突連續不斷的主要因素，特別是謀求對石油資源的控制成為國際斗爭的焦點之一。在過去的20世紀僅僅由石油引起的沖突就達到500多起，其中20余起演變為武裝沖突。隨著石油和水資源的日益緊缺，能源對經濟發展的制約作用將更加突出，以各種形式出現的全球能源爭奪戰也將愈演愈烈。

在工業領域，石油被稱為“工業血液”，國際油價上升對多個行業產生重大影響，已經引發電力、煤炭、化纖、棉花、金屬、建材等相關制造業原料價格上升，原料價格的上漲會進一步向下游傳導，引發成品價格的上升。

受到油價高漲沖擊比較大的行業有石化產業、航空產業以及汽車產業，國際原油及航空燃油價格急速攀升，導致世界航空運輸行業成本持續大幅上升，而燃油成本占到航空公司總成本的40%以上。同時，油價高漲對于紡織工業更是雪上加霜。另外，化肥、農藥、涂料、燃料、純堿、塑料、化纖等行業，都或多或少受到高油價的影響。

1.2.2　石油的緊缺

追溯到19世紀60年代，石油是一種充裕而未能被開發利用的資源。早期的勘探者只需要鉆淺油井就可找到大的石油層，使石油在自身的壓力下涌上地表。容易得到的石油和天然氣的儲量已被取盡了，現在的石油公司需要努力尋找新的地下沉積，石油開采井如圖1-1所示。一般的油井有3000多米深，只有大約1/3的新井能真正找到石油，石油資源日益緊張的現狀使得世界主要經濟大國和能源組織紛紛關注地球上到底還存有多少原油。美國《油氣雜志》周刊指出，目前全球已探明的原油儲量大約為1.2萬億桶；而《世界石油》月刊則認為是1.03萬億桶。即使按照最高的原油儲量計算，照目前的消費速度，再考慮每年2%～3%的消費增長率，用不了40年，現存的原油儲備就將枯竭。尋找石油已成為一種費用昂貴的活動，使得當今的勘察者走進了極端的環境里——遙遠的沙漠、

冰凍的北極，甚至是水下作業。現在阿拉伯海灣、北海和墨西哥海灣的海域出產的石油大約占全球石油的1/3。把這些遠道而來的資源投入生產甚至更加昂貴：挪威國家灣（Statford）B號鉆井的棧橋是全球最大、最昂貴的建筑之一。把石油從油井取出輸送到煉油廠要經過幾千英里的路程，也需要增加很多的費用。

很多學者分析油價大幅波動的原因，如“美元貶值促使油價飆升”、“投機性交易推波助瀾”、“政治、氣候因素影響”、“采油設備陳舊急待更新”、“大國之間能源博弈”、“全球通脹加劇”，等等。這些分析都言之有理，但石油危機頻頻發生，愈演愈烈的國際油價持續攀升的根本原因，在于世界石油資源儲量有限和全球消耗量不斷增加之間無法克服、難以緩解的矛盾（見圖1-2）。石油、天然氣作為不可再生，已經嚴重消耗的資源，面臨著在兩三代人之間必然枯竭的黯淡前景。而為爭奪這日益減少的資源，有關國家之間縱橫捭闔、劍拔弩張沖突乃至局部戰爭都不可避免。

按照目前全世界對化石燃料的開采速度計算，石油還可供人類使用40年，天然氣還可供人類使用65年，煤炭還可供人類使用162年。

1.3　能源消費對環境的破壞

每利用一份能量，就會得到一定的“懲罰”——把一部分本來可以利用的能量變為退化的能量，而這些退化的能量實際上就是環境污染的代名詞。

1.3.1　地球環境的演變

從地球誕生時起，地球環境就早已經受過滄桑之變。地球在大約45億年前形成時是一個炙熱的巨大火球，還沒有圈層環境的分化。地球外面包圍著原始大氣，主要由H2、CH4、CO2、NH3和水蒸氣等組成而不含O2，是一個還原性的大氣圈。像今天這樣的地球各種圈層環境，是經歷了億萬年的演變和進化才形成的。

生命的起源大約是在38億年以前。可能是在洪大的暴雨等某種機制的作用下，地球上出現了水并產生了河流、湖泊和海洋。水分的循環降低了地表的溫度，為生命的出現創造了最基本的條件。這樣，地球上才有了生命的出現。水的出現是地球發育史上的重要條件。如今70%以上的地球表面覆蓋著水，大多數生物體內水的含量也是在70%以上。人體和鳥類體中的含水量均為65%，魚類體中的含水量為80%。醫學上所用的生理鹽水是濃度為0.9%的NaCl溶液，與原始海水一致。這似乎表明了，現代人身體內流動著的血液與幾十億年前的海洋水有著極其相似之處。在自然界的植物體內，水分含量更高，很多蔬菜類為大約80%，有些甚至高達95%。這一切都充分表明地球上生命的產生和進化離不開水，水是生命的源泉。盡管人們對生命起源的機制觀點有種種不同，但一般都認為生命起源于海洋。因為當時還原性的大氣圈還不能向地球提供必要的保護，使生命免受太陽輻射出的強烈紫外線的傷害。原始生命只有處于海洋水層的保護之下方能幸免于這種傷害。

早期細菌通過發酵作用取得能量，并在生命過程中放出CO2，逐漸改變了原始大氣的組成。20億年以前，大氣圈中CO2的濃度很高，約為今天CO2濃度的10倍。到大約20億年前，由原核生物進化成能夠進行光合作用的單細胞藻類。正是這種植物體中的葉綠素接受陽光進行了光合作用，把太陽能轉變成有機物儲存起來并釋放出O2，地球環境之中才首次出現O2。經過大約4億年的積累，還原性的原始大氣逐漸向含有CO2、H2O和O3的氧化性大氣轉化。到距今16億年以前，大氣中CO2的濃度逐漸下降到今天的水平。一個含氧的大氣圈終于形成。而且O3在高空的積累逐漸形成了保護地球的臭氧層，為更高等的海洋生物進化和生命登陸創造了條件。

由于生物的出現，將大氣圈中大量的CO2轉移到巖石圈中，形成數量巨大的碳酸鹽巖石，一方面改變了巖石圈的組成，另一方面由于生物與巖石風化物的相互作用，在地表上便逐漸形成了土壤。因此，地球各圈層的發育乃至地球環境的演變是生物界經過漫長的歲月與地球作用的結果。

地球表層物質和能量的循環、轉換是靠生活活動實現的。如果沒有生命捕獲、轉移和儲存太陽能，就不會有今天的地球環境面貌。生命活動在太陽能的捕獲與儲存和地球表層物質的遷移轉化方面有著超乎人們想象的巨大作用。據粗略估算，地質歷史上所有生物的累計總質量是地球質量的1000倍以上；如果沒有生物吸收大氣圈中的CO2，則今天大氣圈中的CO2將增加1000倍，地球環境就會變得不適合于人類和其他一切生物的生存了。地球現代的環境是生命參與歷史上各個地質時期億萬年來演變過程的結果。

地球環境一直處于不斷的演變和進化之中。在第四紀時期，地球經歷了一個冰期和間冰期的交替。在更近一些的1450～1880年，地球度過了一個小的冰期。地球的平均溫度也是在變化的過程之中。今天的地球實際上是處于一個相對較熱的間冰期。地球上的生命也是處于不斷地演變之中，不斷地有物種的產生和滅絕。6500萬年之前恐龍曾經在地球上興旺一時以及后來的滅絕就是一個很好的例證。

1.3.2　人類對地球環境的依存

英國地球化學家哈密爾頓（E.Hamilton）等通過對人體臟器血液分析發現，人體血液中60多種化學元素的含量和地殼中這些元素含量具有相關性，它很好地說明了地球環境物質與人體物質的和諧統一性。歸根到底，人類是地球環境長期演變發展的產物，與地球環境有著千絲萬縷的不可分割的聯系。這也正是西方很多國家的大學將環境這一學科設置在地球科學這一大類之中的一個原因所在。

地球環境和地球上的生命在以億年計算的歷程里，雖然都一直處于不斷地演變和進化之中，但相對于某一物種或者說相對于人類生存時期，地球環境則是保持著一種穩定和平衡的狀態。地球環境演變的過程與人一生的壽命相比顯得極其漫長。這樣便會自然理解環境是人類生存的基本條件，人類的生活和健康與周圍環境有著密切的聯系。

今天地球下層大氣中的主要成分N2的濃度為78%，O2的濃度為21%，大氣圈中各個組分之間保持著精細的平衡。地球今天的環境狀態也是靠生物圈中生命活動來調節、控制和維持的。保持這種環境的平衡狀態乃是生物圈所必需，破壞這種平衡狀態就是破壞生命的基礎。

（1）大氣溫室效應

研究表明，引起溫室效應的主要罪魁禍首是使用礦物燃料后排放的CO2，當然還包括氯氟化物、CH4、O3和N2O等。經測算，它們對溫室效應的“貢獻”依次為，CO2占50%、氯氟化物占20%、CH4占16%、O3占8%、N2O占6%。

上述氣體在地球表面形成像溫室一樣的玻璃罩，它允許陽光中的可見光和紅外線通過，但當這些光線從地面向大氣層反射時，大氣中的CO2等氣體會阻止熱量的散發，就像地球表面被裹了一層“熱的屏障”。這種不妨礙太陽輻射到達地面，但卻阻止地球反射熱擴散到宇宙空間的作用，叫做溫室效應。

工業革命以來，人類活動不斷增加大氣層中溫室氣體的含量，還把大氣中原來沒有的溫室氣體制造出來，排入大氣中，從而加劇了溫室效應。與工業化以前相比，CO2、CH4、氯氟化物、對流層O3、N2O等溫室氣體的濃度，都有了顯著的增加。

以CO2為例，地球大氣圈中碳的自然循環，使大氣中CO2平均含量維持在300×10-6。由于開采和燃燒礦物能源，以及大規模的砍伐森林和海洋污染，全球CO2濃度嚴重失衡。

（2）全球變暖潛勢（GWP）

目前，大氣中的CO2濃度正以每年0.4%～0.5%的速度增長。根據氣象資料和科學家的推測，1萬年以前至產業革命早期，大氣中CO2的濃度基本保持在275×10-6左右。產業革命以后，CO2的濃度急劇上升，1750年為280×10-6，1900年為300×10-6，1958年為315×10-6，1980年為340×10-6，1989年為354×10-6，1998年為360×10-6，20世紀末達到了380×10-6，已非常接近可接受的上限390×10-6。

雖然現在還缺乏有效的定量模型來描述CO2的排放量與全球氣候變暖的直接關系，但是，如果仔細對照和分析4000～8000年前的地球溫度和當時的生態環境與現在的地球溫度和生態環境，那么，溫度變化對全球生態系統的決定性影響絕非是聳人聽聞。

有些氣候學家預計，到2025年全球平均表面氣溫將上升1℃，到21世紀中葉將上升1.5～4.5℃。世界氣象組織的測算結果是，到2030年，地球平均溫度可能增長4.5℃。

全球氣候變暖將導致海水輕微膨脹，以及地球上的冰融化并流入海洋，從而使海水體積增大，全球海平面確實在緩慢上升，其上升速度為每年1～2mm。在過去100年內，世界海平面已上升了10～15cm，為了子孫后代的利益，人們必須重視這種緩慢上升的累積效應。海水可能淹沒許多沿海地區，許多島嶼將會消失，干旱、洪水、暴風等自然災害將更加頻繁地發生。

CH4等也是溫室氣體的重要來源。煤炭常和甲烷氣體共生，因此在開采煤炭時總會伴隨著甲烷氣體的釋放。每開采1t煤平均要釋放出13kg的CH4。CH4氣體對氣候產生溫室效應的作用是CO2的23倍。

新近的研究認為，在人類活動所導致的大氣溫室效應增強作用中，除了CO2的濃度增加這一主要貢獻之外，炭黑等大氣顆粒物也具有溫室效應的作用，它是引起地球氣候變化的重要角色。

近年來在印度洋上空進行的國際性測量研究顯示，炭黑顆粒物對溫室效應的間接作用在于它可以吸收部分太陽輻射，進而減少云的覆蓋并引起云中水滴的回暖和蒸發。即通過云的改變而使大氣增溫。

大氣層中的某些氣體（CO2、CH4、N2O等）能夠增強大氣的溫室效應是由于它們能夠吸收地球向空間發出的紅外輻射的一部分。這種吸收的強度及所涉及的波長則取決于該氣體的性質、濃度以及同時存在的其他溫室氣體。為了評價各種溫室氣體對溫室效應影響的相對能力，人們提出了一個被稱為“全球變暖潛勢”（Global Warming Potential，GWP）的參數。這是非常有用的參數，利用它人們可以對各種不同氣體的氣候影響作用進行比較。評價的方式是，計算一定量的某種氣體在議定的期限內的全球變暖潛勢。一般取這種期限為20年、100年和500年。這種比較值會隨著期限的增加而變化。下面取100年這個期限來說明這個定義。

GWP是以CO2氣體作為評價參考的，即GWP（CO2）=1。對于CH4，則有GWP（CH4）=23。這意味著，如果向大氣層中排放1kg的CH4，在未來的100年終端時，它會和23kg的CO2對氣候產生同樣的影響。因此，CH4是一種氣候變暖作用更強的氣體。同樣道理，N2O的GWP值為296，CFCs的GWP值為5700～11900。對溫室效應的作用最大的有害氣體是SF6，它的GWP值為22200。如果現在來比較一下GWP值在所取的不同期限（20年、100年和500年）的變化，就會發現CH4的GWP值對應于20年、100年和500年分別為62、23和7或CH4的GWP值顯現減少的趨勢。而SF6的GWP值（對應于20年、100年和500年分別為15100、22200和32400）隨時間卻呈現增加的趨勢。這是與該種溫室氣體的大氣壽命相關的。如果某種氣體的大氣壽命比CO2的大氣壽命短，它的GWP值就會隨著時間進展而增加。某種氣體被消除的能力取決于它的化學活性。化學活性越弱，它在大氣層中存在的時間就越長。

（3）低碳溫室氣體的排放量直接導致“低碳經濟”的概念

“低碳經濟”這一名詞首次出現在2003年英國政府發表的《能源白皮書》，題為《我們未來的能源：創建低碳經濟》。從此，“低碳經濟”成為引起全世界日益廣泛關注的熱門話題。當時，《能源白皮書》中并沒有這一新名詞的確切定義以及相關界定方法和標準。日前雖然全球都在談論“低碳經濟”，但其概念仍然不是很明確，而且在不斷地更新發展。較為主流的理解是，“低碳經濟”指盡可能最小量排放溫室氣體的經濟體。英國首次提出“低碳經濟”時，科學界以及公眾都比較信服的一個結論就是目前大氣中濃度過高的溫室氣體對全球氣候變暖有直接作用，并且證實這些濃度過高的溫室氣體是人類經濟活動、生產、生活的結果。因此，在全球范圍內倡導低碳經濟是避免災難性氣候變化的必要手段。幾乎所有國家都已經認識到急需向低碳經濟轉型的必要性，各國尋求低碳經濟發展已經變成緩解全球變暖長期戰略的一個重要組成部分。與此同時，日益枯竭的不可再生型能源資源、不斷上升的能源需求以及能源價格，也將推動全球向低碳經濟轉型。將碳排放量作為一種限定，其含義是“把大氣中溫室氣體濃度穩定在防止全球氣候系統受到威脅的水平上”（全球氣候公約目標），無論人類選擇怎樣的發展路徑、發展速度、發展規模都必須考慮碳排放量這個約束。“低碳經濟”圍繞整個經濟活動，旨在在生產和消費的各個環節全面考慮溫室氣體排放，主要體現在對能源生產和消費做更加有效率的選擇上，以求達到最小的溫室氣體排放量。具體來說，“低碳經濟”作為一種新型經濟模式，與以往的高消耗、低效率和高排放的傳統經濟有本質上的區別。主要體現在：①工業方面，高效率的生產和能源利用；②能源結構方面，可再生能源生產將占據相當高比例；③交通方面，使用高效燃料，低碳排放的交通工具、公共交通取代私人交通，并且更多地使用自行車和步行；④建筑方面，辦公建筑與家庭住房都采用高效節能材料以及節能建造方式。歸根結底，都是通過系統地調整體制從而激勵節能技術創新、低碳排放技術應用、提高能源使用效率的結果。隨著經濟不斷發展，逐步減少單位GDP的碳排放量，打破傳統經濟增長與溫室氣體排放總量之間的舊的高度相關關系，建立新的低碳生活環境和生活方式。低碳經濟的概念幾乎涵蓋了所有產業，內涵擴展為低碳生產、低碳消費、低碳生活、低碳城市、低碳旅游、低碳文化、低碳哲學、低碳藝術、低碳生存主義。

1.3.3　大氣溫室效應增強可能導致的后果

歐亞和北美大陸的平均溫度將會比目前的實際溫度高出6～8℃。現在的全球地面每日平均氣溫與第一次工業革命之前相比增加了0.6℃。這種溫度升高變化的規模大小相當于地球從一個冰期過渡到一個間冰期所需要的1萬～2萬年期間所能觀察到的溫度變化。而人類活動在一百年的時間內就能產生這種相似的變化，將對地球的大部分生態系統和人類社會本身造成一場災難。遠在人類出現在地球上之前就曾經發生過強烈的生態系統巨變。在這種巨變過程中大量的生物物種滅絕，有的滅絕比例高達90%。

氣候變暖會產生一系列災難性的后果，諸如颶風頻率和大陸上暴風雨及熱浪的增加、海平面的上升、珊瑚礁的消失和厄爾尼諾現象的增強以及干旱和洪澇等災害的出現頻率增加等。生態系統原來脆弱的狀況會趨向產生更加嚴重的災害，例如農業上的干旱現象有加劇的危險。這種狀況的發生尤其是當氣候變化的節律加快時會更加顯著。除此之外，氣候變化還會帶來衛生健康方面的問題。瘧疾、登革熱和出血熱等疾病會在一些原來沒有發生過這些疾病的溫帶國家出現并會在原來就發生這些疾病的國家里蔓延。到21世紀末，如全球氣溫升高5℃，將會導致海平面大幅上升。臨海岸的眾多城市如紐約、東京、上海、天津、倫敦將遭受海水倒灌的嚴重威脅。上海市區一半面積將會成為低于海面的洼地，大片人口密集城鄉將成為汪洋澤國。太平洋中一些島國現在已岌岌可危，而至少孟加拉國一地，就會有近1億人無家可歸。如何安頓這些環境難民并彌補大量耕地減少引發的糧食危機，已經成為現在各國政府面前的嚴峻課題。

1.3.4　臭氧層破壞

最近幾十年以來，很多科學家逐漸認識到平流層大氣中的臭氧正在遭受著日益嚴重的破壞。1985年，英國科學家Farmen等根據他們在南極哈雷灣觀測站（Halley Bay）的觀測結果，發現從1975年以來，那里每年早春總臭氧濃度的減少超過30%（見圖1-3）。這一消息震驚了世界各國和社會各界。

這個臭氧層的破壞，完全像溫室效應一樣，是一種慢性的、廣泛的大氣污染的結果。越來越多的科學證據表明，南極臭氧層破壞的根本原因是逸散到大氣層之中的人工合成含氯和含溴的物質所造成，最具代表性的化合物是氟氯碳化合物，即氟利昂（CFCs）和含溴化合物哈龍（Halons）。CFCs是20世紀20年代合成的另一種類型的能源物質，被廣泛用作液體制冷劑、噴霧劑和發泡劑等。它們在大氣中的壽命為幾個世紀。人類活動釋放的CFCs和Halons化合物在大氣對流層里化學性能十分穩定，不易通過一般的大氣化學反應去除。經過一定的時間，這些化合物主要在熱帶地區上空被大氣環流帶入到平流層，并借助風力從低緯度地區向高緯度地區移動，進而在平流層內均勻分布。

在平流層內，強烈的紫外線照射能夠解離CFCs和Halons分子，釋放出高活性原子態的氯和溴自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破壞臭氧層的主要物質，它們對臭氧的破壞是以催化方式的連鎖反應進行的，影響很大。臭氧層破壞的過程示意見圖1-4。

來自太陽的紫外輻射中，波長為280～315nm的紫外線稱為UV-B區，其紫外輻射能量高，對人類和地球上的其他生命造成的危害最嚴重。這一波段的紫外線能被平流層大氣完全吸收。臭氧層的破壞，會使其吸收紫外輻射的能力大大減弱，導致到達地球表面UV-B區紫外線強度明顯增加，給人類健康和生態環境帶來嚴重的危害。一般認為，平流層的臭氧總量減少1%，到達地球表面的有害紫外線將增加2%。

1.3.5　酸雨

酸雨已成為當今世界上最嚴重的區域性環境問題之一。從更廣些的范疇而言，酸雨一詞可擴展為酸沉降。酸沉降是指大氣中的酸通過降水（如雨、霧、雪等）遷移到地面，或在含酸氣團氣流的作用下直接遷移到地表。一般對酸沉降的研究主要集中在酸雨上面。世界上對雨水的第一次分析監測是在1850年。二氧化硫的自然來源是火山噴發。在北半球，由于人為活動排放的二氧化硫的數量大于自然排放量。在南半球的情況則恰恰相反。

通常把pH值低于5.6的降雨叫做酸雨。這個自然酸性程度在20世紀由于人類向大氣中排放的污染物的增加而大大增強，pH值變化為4～4.5。能形成酸雨的污染物中最主要的是化石燃料在燃燒過程中所排放的SO2和氮氧化物氣體。諸如石油提煉業、發電、工業及民用的燃油或燃煤采暖。這些主要的工業生產和能源轉換部門是SO2產生和排放的最大來源。需要的能源越多，由此帶來的污染越嚴重。一座1000MW的燃煤發電站全年發電6.6TW·h，要消耗6.5Mt的氧和2.5Mt的煤炭而釋放出7.8Mt的CO2、40000t的SO2和10000t的NO2。

這些氣體同水蒸氣進行化學反應以后會形成硫酸、硝酸等酸化土壤和水。

酸雨會以不同方式損害水生生態系統、陸生生態系統，酸雨還會加速建筑材料的腐蝕。酸雨使河流和湖泊水體酸化，水生生態系統紊亂。在酸雨最嚴重的時期，挪威南部約5000個湖泊中有1750個由于湖水過酸而使魚蝦絕跡；瑞典的9萬個湖泊中有2萬個已受到不同程度酸雨的侵害。加拿大和美國有數千個湖泊酸化，已經嚴重到威脅某些生物生存的程度。美國曾報道至少有1200個湖泊已酸化，加拿大抽樣調查的8500個湖泊已經全部酸化。

在美國國內，工業高度集中的東北部地區酸雨正逐步蔓延到西部人口稠密地區以及重要的自然保護區。美國世界資源研究所和加利福尼亞大學伯克利分校對西部共同進行的酸雨測試表明，“整個西部寶貴的水資源、林業資源、11個國家公園和數百萬英畝的自然區正處在酸雨的淫威之下”。

酸雨還會燒死農作物或使之減產。美國科學家的研究結果表明，授粉后立即遭受酸雨淋過的玉米，結出的顆粒要比未受酸雨淋過的玉米少。而且，雨中所含的酸性成分越多，結出的顆粒越少。有時，一場酸雨過后，可使幾百畝的農作物一片枯焦。

酸雨不僅嚴重危害自然環境，而且已經成為損害人體健康的一大因素。據美國政府的推算，1980年由于酸雨和硫氧化物污染造成的死亡人數占全國死亡人數的2%，即相當于全美國有51000人死于大氣污染。

酸雨的腐蝕作用還加速了建筑物、橋梁、水壩、工業裝備、供水管網、水輪發電機和通訊電纜等材料的損壞、使用壽命縮短，并嚴重損害歷史建筑、雕刻等文化古跡（見圖1-5）。

1.3.6　熱污染

在能源的環境效應之中，除了有毒有害的化學污染物、大氣的溫室效應、放射性物質等之外，熱污染也是能源利用過程中的一種生態環境污染。熱污染是指人類在廣泛利用能源的各種生產和生活活動中所排放的廢熱造成的環境污染。廢熱可以污染大氣環境和水體環境。

（1）城市熱島效應

所謂“城市熱島效應”是指由于城市區域的人口高度密集、工業集中以及消耗大量的燃料，全部能量最終將轉化為熱能，進入大氣，使城市氣溫明顯高于郊區氣溫的現象。城市熱島現象于18世紀初首先在英國的倫敦市發現。這種大氣的熱污染造成的城市熱島效應，是人類活動對城市區域氣候影響中最典型的特征之一。

熱島氣候使一些夏季原本十分炎熱的城市變得更加炎熱，夏季城市氣溫過高會誘發冠心病、高血壓、中風等，直接損害人體健康。當有熱浪襲擊時總體死亡率呈上升趨勢，例如1995年芝加哥的熱浪和2003年夏季法國的酷暑曾在短時間內引起眾多人的死亡。1980夏季熱浪襲擊美國圣路易斯市和堪薩斯市，兩市商業區死亡率分別增高57%和64%，而附近郊區僅增高10%。城市熱島效應自然會對這種熱浪襲擊起著助紂為虐的作用。

城市熱島效應還會導致城市上空的云、霧和降雨的增加，這就是熱島效應帶來的所謂“雨島效應”和“霧島效應”。城市多霧會嚴重妨礙水陸交通和飛機的起落等。

（2）水體熱污染

使用江河、湖泊水作冷源的火力發電廠、核電站以及煤礦、冶金、石油、化工等工業部門所排放的大量廢水溫度較高，進入到江河、湖泊等自然水域會引起這些接納水體局部水溫升高，形成水體的熱污染。

火電廠和核電站是水體熱污染的主要來源。由于所有的熱力學機器都不能直接利用熱能，因此就會對環境產生熱影響。例如核反應堆發電的原理是利用裂變反應放出的熱量來產生水蒸氣，再將水蒸氣用于驅動連接交流發電機的渦輪機。這種系統運行的熱力學效率取決于熱源與冷源的溫度差值。在法國利用這種核反應堆發電的效率是33%。這就是說每生產1GW的電就要浪費2GW的熱能。一般一座1000MW的火電廠，每小時就有4.6TJ的熱量排放到自然水域中。使用化石燃料、生物質或廢棄物的發電站存在著同樣的環境問題。

法國吉隆河入海口的布來埃核電站裝有4臺900MW的機組，每秒鐘產生的溫水水量為225m3，致使古隆河口數公里范圍內的水溫升高了5℃。美國每天全部企業冷卻用水水量高達4.5億立方米，其中的80%都是發電廠使用的冷卻用水。

熱污染會使收納水體溫度升高，影響水生生物的生存，破壞自然水域的生態平衡，危害漁業生產。由于水溫升高會導致水中的溶解氧含量減少而處于缺氧狀態。同時水溫升高會使水中藻類大量繁殖，加速水體的富營養化過程，也會使所有水生生物的代謝率增高而需要更多的溶解氧。這樣一來，水中魚類和其他浮游生物的生長將受到影響。水溫升高對于在較低水溫中生長的魚類危害更大，其產卵和孵化受影響而導致繁殖率降低。

此外水體升溫還容易滋生一些致病微生物，引起疾病的傳播、流行。水體熱污染有助于流行性出血熱、傷寒、瘧疾、登革熱等疾病的發生。

1.3.7　生物多樣性銳減

生物多樣性銳減這一全球性環境問題是由人類行為所導致的，同樣亦可視為能源利用的一種負效應。據估計，在20世紀80年代后期，熱帶雨林的面積正以每秒鐘減少兩個足球場的速度被毀壞，若繼續保持這個速度，幾十年以后幾乎所有的熱帶雨林都將被毀滅。從1960年起地球森林面積已有一半遭到破壞。此外，全球變暖導致氣候以及自然生態系統在比較短的時間內發生較大變化，這也是全球生物多樣性銳減的主要原因之一。

人們已經意識到生物多樣性及其組成成分的資源價值，包括在生態、社會、經濟、科學、教育、文化等各個領域的價值。生物多樣性的資源價值主要體現在兩個方面。一方面，地球上的生物多樣性以及由此而形成的生物資源構成了人類賴以生存的生命支持系統。人類社會的一切進步和發展都是建立在生物多樣性基礎之上，人類的生存離不開其他生物。另一方面，生物多樣性的資源價值體現在生態系統的生態服務功能。生態系統調節著地球上的能量流動，保證了自然界的物質循環，從而維持著大氣的構成平衡，涵養水源，凈化水源，為人類提供休息場所等。生態服務功能的經濟價值不低于生態系統的直接經濟價值。

有關生物多樣性，目前國際上討論最多的是物種多樣性。科學家估計地球上的生物物種大約在500萬～1000萬種之間，其中經過科學鑒定和記錄的生物物種大約有170萬種。對研究較多的生物類群來說，從極地到赤道，物種的豐富程度呈增加趨勢，其中熱帶雨林的物種最為豐富。在熱帶森林的考察證明，在潮濕的熱帶森林中尚未鑒定的昆蟲和其他無脊椎動物種類數量十分驚人，可能有上百萬種。中國地貌類型豐富，具有北半球所有的生態系統類型，無論在生物資源種類上還是在數量上都占有相當重要的地位，是世界上生物多樣性最豐富的8個國家之一。

科學家估計，按照目前每年砍伐1700萬平方公里的速度，今后30年內熱帶雨林可能就會毀掉。棲息地的改變與丟失意味著生態系統多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性的同時丟失。

當前地球上生物多樣性損失速度比歷史上任何時候都快。根據生物學家愛德華·威爾遜的估計，自然發生的即與人類行為無關的本底滅絕速率大約是每幾年一個物種。而目前每年約有4000～6000的物種瀕臨滅絕，或者說每天約有10余種。這一滅絕率竟是與人類行為無關的自然滅絕速率的10000倍。聯合國環境規劃署的評價結論說，在可以預見的未來，5%～20%動植物種群可能受到滅絕的威脅。還有研究表明，依照目前的情況發展下去，在下一個25年間，地球上每10年大約有5%～10%的物種將要消失。

物種的多樣性有益于人類，物種的滅絕和遺傳多樣性的喪失將使生物多樣性不斷減少，逐漸瓦解人類生存的基礎。生物多樣性的大量丟失和有限生物資源的破壞已經和正在直接或間接地抑制經濟的發展和社會的進步。

1.3.8　大氣污染引起的健康危害

人類使用的大量的煤炭、石油等化石能源，在燃燒過程中會產生很多種大氣污染物，燃燒被認為是大氣污染的第一來源。這些大氣污染物會對人體健康和環境產生有害影響。大氣污染物按其來源可分為一次污染物和二次污染物。直接由污染源排放的污染物可稱為一次污染物，如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和硫化氫（H2S）等。而在一定條件下，由大氣一次污染物參與化學反應而生成的污染物，稱為二次污染物，如臭氧（O3）、過氧乙酰硝酸酯（PAN）和硫酸霧（H2SO4）等，二次污染物比一次污染物對人體的危害更為嚴重。

大氣污染物按其在大氣中的存在狀態則可分為分子狀態污染物和粒子狀態污染物兩大類。常見的分子狀態污染物如SO2、NOx、CO、O3等沸點都很低，在常溫常壓下以氣體分子形式分散于大氣之中。粒子狀態污染物（或顆粒物）是分散在大氣中的微小液體和固體顆粒，粒徑多在0.01～100μm，是一個復雜的非均勻體系。粒徑小于100μm顆粒物表示為總懸浮微粒物（TSP），粒徑小于10μm的顆粒物可以長期漂浮在大氣之中，常表示為飄塵（PM10）或可吸入顆粒物（IP）。由于飄塵粒徑微小，具有膠體性質，所以又被稱為氣溶膠。它可被人體直接吸入呼吸道內造成危害，所以是最引人注目的研究對象之一。由化石能源燃燒產生的大氣污染主要表現為煤炭型污染和光化學煙霧污染兩種類型，它們對人體健康的危害形式亦有所不同。此外還有海洋污染。2004年5月，聯合國教科文組織巴黎會議報告：人類用煤炭和石油所排放的CO2有48%為海洋吸收。這就是說，自19世紀產業革命開始以來，海水中已積聚超過1180億噸的CO2，這使海水的酸度增加，從而威脅許多海洋生物的生存。

聯合國環境規劃署警告：地球海洋中的“死亡地帶”正在增加。在過去10年間，海洋死亡地帶明顯擴大。

1.3.9　能源開發和運輸過程所致的環境效應

無論是化石能源還是可再生能源，在開發或運輸的過程中都能引起某些種類的環境效應或惡性事故的發生。

（1）煤炭的開采

煤炭是化石能源中數量最多的部分，煤炭也是污染環境最嚴重的一種能源。煤炭的開采方式可以分為露天開采和地下開采。在全世界露天開采方式約占1/3，地下開采約占2/3。煤炭常和甲烷氣體（CH4）共生，因此在開采煤炭時總會伴隨CH4氣體的釋放。每開采1t煤平均要釋放出13kg的CH4。CH4氣體產生的溫室效應的作用是CO2的23倍。

煤炭開采時，工人由于吸入二氧化硅粉塵而導致的矽肺病通常是不可逆轉和致命的。在機械化開采時產生的粉塵粒度比手工開采時更細，細粒粉塵可以長驅直入到達人體肺葉深部，因而矽肺的發病率更高。

伴隨著煤炭的地下開采還會產生大量的剝離物，在地表形成體積龐大的矸石山。通常每采選1t煤炭約產生0.2t的煤矸石。例如，我國每年產生的煤矸石數量約為1億噸之多。龐大的礦區矸石山要侵占大量的農田，矸石堆經雨水浸濾可以導致水源污染。其中發熱量相對高一些的矸石山還會發生自燃，排放出大量SO2、CO等有害氣體，污染大氣環境。此外，開采區上方的地面塌陷也是時常可能發生的。

質量較差的煤炭含有很高比例的灰分，在分選時會產生廢棄物。存放在煤礦或使用地點附近的煤炭以及煤炭運輸時都經常會引起污染。堆積的煤炭會被雨水浸濾或者隨風散佚灰塵。魯索（P.Rousseaux）等估計有0.05%～0.1%的煤炭會以此種方式散失到環境之中。

煤炭燃燒時產生能增加大氣溫室效應的CO2氣體同時也會產生灰塵。需要的能源越多，由此帶來的污染越嚴重。一座1000MW的燃煤發電站全年發電6.6TW·h，要消耗6.5Mt的氧和2.5Mt的煤炭，并釋放出7.8Mt的CO2、4萬噸的SO2、1萬噸的NO2和6000t的粉塵。同時會產生45萬噸的固體廢棄物。

煤炭開采時還會伴有放射性污染的發生。根據產地不同，每噸煤炭含有1～10g的放射性元素鈾，而含有的放射性元素釷的量大約是鈾的2.5倍。因此，上述燃煤發電站每年通過大氣或粉煤灰向環境中釋放平均數量為幾十噸的鈾和釷。美國的一項研究指出，一座燃煤發電站附近的人群所接受的放射性劑量要比同等功率的核電站附近的人群高百倍。當然，燃煤發電站對人群健康的影響可能更主要來自煤炭燃燒時的化學物質污染。

（2）石油的海洋運輸污染

在石油鉆探、開采、提煉、運輸和使用過程中，都會有一部分石油流失到周圍環境中，有些流失是作業過程中難以避免的（見圖1-6）。開采石油時對礦脈中石油的回收率為30%，采用新技術時回收率可以達到40%～50%。使用油井勘探和采油時會丟失0.01%～0.02%的石油。伴隨石油開采抽出的大量鹽水一般會反注入油井，但有時也會流入表面水體中，特別是在開采海洋石油時。這可以成為影響海洋水體環境的一種因素。通過提煉石油人們可以得到各種烴類化合物、燃料、瀝青以及各種石油化工產品。值得注意的是，在各種加工、提煉過程中要耗損掉大約10%所處理的石油總量。

海洋以其巨大的容量消納著各種自然來源和人為活動產生的污染物。近幾十年來在日益嚴重的海洋污染之中，最引人注目的是海洋的石油污染。很多石油是經過海洋運輸的，大約50%的海上運輸用來發運化石燃料，其中的30%是原油，11%為石油產品，9%為煤炭。

海洋石油污染給海洋生態帶來了一系列有害影響，會引起多種環境效應。污染物中比較重的、不易流動的部分是難以清除的，一般會造成相當嚴重的環境損害，尤其是當海岸被污染時。烴類化合物對海洋的污染使附近海域的水生生物、海鳥受到極大影響，海灘旅游業蒙受極大損失。

世界海洋已具有明顯油膜的分布，每升幾微克的低濃度可溶性石油組分已遍布海洋的每個角落。海水表面的油膜能阻礙海水與空氣之間的氣體交換，導致海水中生物缺氧。由于油膜的影響，海洋藻類光合作用急劇降低，其結果是使海洋產氧量減少，同時也影響其他海洋生物的生長與繁殖，對整個海洋生態系統產生影響。

石油中的某些組分還具有消化道毒性。烴類化合物也同樣是一種可以生物降解的有機物質，降解需要的時間或長或短，因此可被稱為具有營養性的物質。生物降解的第一階段會導致水域之內的氮和磷的減少以及溶解氧濃度的降低，繼第一階段之后發生的是水體富營養化和隨之而來的被石油污染致死的動物的礦化過程。海面浮油使食物鏈被包括致癌物質在內的毒物污染。污染海域的魚、蝦及海參體內苯并芘類致癌物濃度明顯增高。

此外，被海面浮油濃集的原本分散于海水中的氯烴等農藥或者石油中某些組分本身類同于一些海洋生物的正常的化學信息。由于石油污染造成的這種假信息會影響許多魚、蝦類的覓食、交配、遷徙等行為。試驗證明，數個10-9濃度的煤油可以使龍蝦離開天然覓食場所游向溢油污染區。這是海洋石油污染對海洋生物極其有害的一種影響。

當海岸被這些稱為“黑海潮”的石油污染時，海灘旅游業受到的各種損失極其慘重。昔日繁華絢麗、風景如畫的藍色海岸頓時變得蕭條冷落。這種情景近年來屢屢發生在西班牙、法國等國的海濱城市。

1.3.10　能源使用的“誤區”——現代高能農業

每一寸肥沃的土壤都是一個復雜的有機系統。在這個系統中，為生命所必需的物質依靠太陽能做周而復始的循環，從植物到動物，到土壤中的細菌，再回到植物中。除了許多其他營養性化學物質外，碳和氮是貫穿整個生態循環過程的兩種基本化學成分。在傳統農業中，農民對土壤施畜肥，而不是化肥。這樣，把有機物質送還到土壤中，使其重新進入生態循環過程。

長期形成的這種生態農業大約在45年前發生了質的變化。農民從使用有機肥轉向使用人工合成產品。這對礦物能源資源日益短缺的趨勢簡直是“火上澆油”。

高能耗農業的主要特征是機械化和能源密集，自動收割機、播種機、灌溉機械以及許多其他農業機器，節省了數億人的體力勞動。在美國，玉米畝產提高3倍的同時，勞動力卻減少了2/3。但是同時，生產1英畝玉米所耗費的能源增加了4倍。

過度的“化學療法”已嚴重損害土壤和人類的健康，對社會關系以及整個地球生態系統也是極為有害的。

年復一年地種植單一品種的莊稼和使用化學肥料，擾亂了土壤的自然生態平衡。土壤賴以保持濕度的有機物含量不斷降低。板結的土壤迫使農民使用功率更大的機器。

自1945年以來，美國的化肥使用量增加了6倍，殺蟲劑的使用量增加了12倍，導致目前食品成本的60%是能源成本。因此，現代農業的基礎已經從土地轉向石油。

在西方發達國家，整個農業經濟體系，包括稅制、信用體系和不動產制等，都建立在高能農業的基礎上。

高能農業也嚴重威脅著人類的健康。過度使用化肥和殺蟲劑使大量有毒化學品滲入到土壤中，污染地下水并出現在食物中。市場上的殺蟲劑可能有半數混有會損害人體自然免疫系統的石油餾出物，另外半數含有致癌物質。

大力推廣綠色革命的主要理由是解決世界性糧食短缺問題。但是，深入的研究已經表明，解決世界性糧食匱乏不能全靠技術途徑，更需要全面的政治和社會改革。缺乏農業土地不是導致饑餓的唯一原因。

1.3.11　廢棄物泛濫成災

發達國家建立在能源與資源高消耗基礎上的生產體系和高消費的生活方式，不僅對資源環境造成極大的壓力，同時還產生大量的垃圾和危險廢棄物。

據估計，全球每年新增垃圾100億噸，人均2t左右，其中發達國家占有很大的比重。在許多國家，垃圾的處理能力遠遠趕不上垃圾的增長量。

在垃圾中有相當一部分是危險廢棄物。由于對危險的定義還未統一，因此，對世界每年產生的危險廢棄物的數量沒有公認的估計數。可以作為參考的一個估計數是，全世界每年約產生3.3億噸危險廢棄物，其中的80%來自美國、德國、日本、英國、法國和意大利等，發展中國家如巴西、印度以及中國每年也產生大量的危險廢棄物。

許多國家政府與國際組織都在設法控制危險廢棄物不斷引發的問題。但是，由于危險廢棄物的性質多種多樣，要控制它們極其困難。這些危險廢棄物不但嚴重污染空氣、水源和土壤，而且由于各國對危險廢棄物的理解不同，管理方式各異，從而使危險廢棄物易于通過各種渠道損害人體健康。

在人類的生產活動中，化學工業造成的危險廢棄物最多。目前市場上約有七八萬種化學品，其中對人體健康和生態環境有危害的約有3.5萬種。聯合國環境署發現，發達國家在地中海的工廠每年向海洋傾倒約3萬噸有害金屬、90t以上的農藥殘余物，以及其他污染物質。大量魚類受到污染，有的已不適于人類食用。類似的污染情況也出現在其他海域。

更加惡劣的是，發達國家為維持其原有的生活和消費方式，同時保護本國的生態環境不受污染，把大量污染嚴重的工廠轉移到發展中國家。如西非海岸外的大西洋現在富含鋁、錫、鉻、氯化物、氟化物等污染物質，而這些污染物都是發達國家生產鋁、鋼和其他金屬原材料時的伴生物。

1.3.12　水資源短缺

聯合國環境與發展大會在《21世紀議程》第十八章——《保護淡水資源質量和供應：水資源開發、管理和利用綜合性辦法》中所提出的建議，確立“世界水日”的決議，旨在使全世界都來關心并解決水資源短缺的問題，不然，水危機很可能會比糧食危機或石油危機更早到來。據聯合國提供的數據，至1994年3月，大約有10億人得不到充足的潔凈飲用水供應。在全世界范圍內，每天有6000～3.5萬名兒童因缺乏飲用水或因缺水造成的后果而死亡，其中非洲的形勢最嚴峻。

世界氣象組織和聯合國教科文組織共同為在馬拉喀什舉行的世界水資源論壇準備的一份文件的序言中寫道：“到21世紀，水有可能成為一種罕見之物。”聯合國的6個國際機構、一些大的發展銀行、還有非政府組織及私營部門的一些代表參加了這次會議。專家們還寫道：“必須從現在起就要想辦法，以避免因水資源的匱乏而引發的國際沖突。”同時，他們還強調：“在未來50年里，與水資源匱乏及大面積水面受到污染相關的各種問題實際上是與地球上的所有居民都有關系的。”

據聯合國統計，21世紀以來，由于人口增長使全世界的淡水消費量增加了7倍。近年來，每年的淡水使用量達到32400億立方米。目前，全世界大約有15億人缺乏飲用水。此外，世界各國的淡水消費量相差懸殊，美國人日均消費600L水，歐洲人消費200L，而非洲人只有30L。

在2050年以前，全球人口可能將增加近1倍，而人們對水需求量的增加則比人口的增加快2倍。1998年8月，美國馬里蘭州約翰·霍普金斯大學公共健康小組發表報告稱，到2025年，面臨水資源短缺問題的人口會從當時的近5億增長到28億，到那時全球人口將達到80億。目前全球有31個國家存在水資源短缺問題，但到2025年人口壓力將使這一數字增加到48個。報告說，1996年人類使用的淡水占全球淡水總量的54%；在未來30年，人口增加將使這一數字增加到70%，甚至更多。

世界氣象組織在1997年3月22日“世界水日”時發表報告指出，隨著世界人口的急劇增加，21世紀將可能發生淡水危機，各國政府和人民對此應給予高度重視。這份報告說，全世界淡水消耗量自20世紀初以來增加了6～7倍，比人口增長速度高2倍。報告預計世界人均淡水擁有量將從1995年的7300m3減少到2025年的4800m3，減幅達1/3。同時，全球缺水地區會越來越多，農業、工業、生活用水相爭的形勢將更加緊張。報告呼吁人類珍惜只占地球水量2.5%的淡水資源，高度重視迫在眉睫的水危機，制訂具體措施，加強對水資源的管理。

人類面臨的嚴峻而復雜的淡水資源問題，首先是水資源分配不均（世界上有40%的居民遭受缺水的痛苦），對水資源的管理不善，浪費嚴重。據統計，從地下抽取的水有大約70%是用于農田灌溉的，在發展中國家甚至達到90%。有23%的地下水用于工業生產，只有7%是家庭用水。而且由于采用的是傳統的灌溉技術，水在到達農作物根部之前就已經變成蒸汽揮發了。城市供水管道漏水率也高達50%。

其次，淡水資源的污染日益嚴重。據世界衛生組織統計，全世界每年至少有1500萬人死于水污染引起的疾病，僅痢疾每年就奪去四五百萬兒童的生命。沼澤污水滋生的蚊子傳播的瘧疾每年傳染10億人，造成270萬人死亡，其中非洲兒童占100萬。尤其令人警醒的是，造成水資源污染的主要原因不是自然災害，而是人類的行為。在地球現有的水資源中，地下水資源日趨減少和受污染的狀況格外令人擔憂。目前全球約有1/2的人飲用或使用地下水，隨著人口猛增以及工業化和都市化進程不斷加快，人類對地下水的需求與日俱增。人們在無限制地開采地下水的同時，卻不重視、也沒有足夠能力保護地下水資源。結果，人類排放的污染物逐漸滲入厚厚的地層，污染了過去被認為是最安全和最潔凈的地下水。目前，世界許多城市的地下水已遭到不同程度的污染，有的已不適合人類飲用。控制地下水的過度開采，防止地下水污染，將成為有關國家今后幾年內最迫切的任務之一。

污染及浪費的增加，對地下水的不合理開采使得1950～1990年間美洲大陸水的使用量增加了100%以上，非洲大陸水的使用量增加了300%以上，在歐洲增加了近500%。亞太地區，特別是南亞和東亞地區，水荒日趨嚴重。以印度為例，目前約有4500萬人喝不到潔凈水，每年有近100萬兒童死于由于飲用不潔水或其他衛生問題而造成的各種疾病。在整個東亞地區，每3個人中只有1個人能喝到經過衛生處理的水。

1.3.13　太多的人口——68億人的地球

專家們認為，世界人口到2050年將增加到73億～107億，2050年最有可能達到的人口總數為90億左右。從中期看，2020～2025年的年均人口增長總數將降至6400萬，到2045～2050年，將大幅下降至3300萬。然而，要維持全球90億人口的生存，地球屆時必須能夠生產出相當于今天兩倍的卡路里。

事實上，目前許多國家已經存在食物供應趕不上人口增長的危機，全球至少有11億人無法得到安全的飲用水，26億人缺乏基本的衛生條件。所以，對于未來的世界來說，人口持續增長的挑戰是雙重的，一方面必須解決現存的貧困和食物短缺問題，另一方面必須考慮長遠可能出現的食物供應危機問題。面對食物供應遠景中的諸多不確定因素，更現實的態度應當是：與其讓人口不加限制地增長，不如采取適當的人口政策：使人口增長穩定下來。

人口的迅速增長使地球資源的消耗加快。美國世界觀察研究所指出：1900年世界平均每天只消耗幾千桶汽油，而到100年后，人類平均每天消耗7200萬桶汽油。1900年人類每天對金屬的使用為2000萬噸，而現在上升到12億噸，人類對其他自然資源的消耗也是如此。

1.4　能源危機與中國發展

在介紹能源的環境效益時，尤其要注重中國。這塊被譽為居天下之中，如花似錦的土地，這塊哺乳過世界最長的連續文明和世界最多人口、現在仍具有巨大發展潛力的土地，正面臨巨大能源資源的緊缺和生態環境的破壞。

1.4.1　中國人口

在尋求發展與環境更和諧關系的進程中，人們認識到人類影響力中存在三個相互關聯的成分，可以認為是人口、消耗、技術因素的乘積。對環境的影響力=人口×消耗×技術。

而在中國，人口因素首當其沖。

中國長期保持在世界人口中最為密集地區的地位。事實上，中國很多地區從事耕耘的農村人口密度早已高于歐美中小城鎮人口密度。由于人口基數龐大，能源需求巨大。一個顯而易見的例子，如果用電熱水器解決我國13億人必不可少的洗澡問題，每個人每天用水以50L計，僅此小小需求就超過8個長江三峽工程發電總量。人口問題包括人口數量、人口素質、人口結構、人口分布這四大類問題。從數量、素質、結構、分布來看，中國人口的現狀如下。

中國人口規模龐大與人口持續增長的現狀將長期并存。在一個人口過剩的國度，人們要面對的挑戰是要認識到人口既是資源和財富，也是負擔和問題。目前，中國處在人口的增長勢能尚需較長的時間來釋放慣性的增長階段。當前和今后十幾年，中國人口仍將以年均700萬～1000萬的速度增長。21世紀，中國將先后迎來總人口、勞動年齡人口和老齡人口三大高峰。

龐大的人口數量，一方面為中國經濟社會發展提供了豐富的勞動力資源、巨大的國內消費市場；另一方面，人口多也確實給中國的資源環境帶來了巨大的、持久的壓力，形成了中國特有的人口與發展的三大問題。第一是十幾億人的吃飯問題，第二是十億人左右的就業問題，第三是幾億人養老的問題。

如果說20世紀80年代以前談論中國的人口問題，主要在于科學文化素質偏低、健康素質不高，近年來，“人口老齡化”、“出生性別比偏高”等問題則已成為人們關注的焦點。

中國科學院國情分析研究小組估測，中國人口承載量應控制在16億人以內，最適合的人口是7億左右，這是維持中國人口的生命線。根據生態系統的負荷能力，中國按糧食產量計算，不應該超過12.6億人；按能源的理想負載，不應該超過11.5億人；按土地資源，不應該超過10億人；按淡水供應，不應該超過4.5億人；按動物蛋白供應，不應該超過2.6億人。這就是中國人口面臨的嚴峻現實。

1.4.2　水資源

中國人均水資源占有量為2300m3左右，相當于世界人均的1/4、美國的1/5，是世界人均水資源極少的13個貧水國之一。中國農業年缺水300億立方米，城市則缺水60億立方米。因為缺水，每年工業約有2000億元的損失，農業約有1500億元的損失。

根據綠色和平組織的報告，在過去的24年中，中國青藏高原的冰川融化了3000km2，按照這個速度，到2050年，中國現存的冰川將融化1/2，而到2100年，中國的冰川將全部消失。

根據水利部《21世紀中國水供求》分析：2010年中國工業、農業、生活及生態環境總需水量在中等干旱年為6988億立方米，供水總量為6670億立方米，缺水318億立方米。這表明，2010年后中國將開始進入嚴重缺水期。

按照國際公認的標準，人均水資源低于3000m3為輕度缺水；人均水資源低于2000m3為中度缺水；人均水資源低于1000m3為重度缺水；人均水資源低于500m3為極度缺水。中國660多個城市中，有400個不同程度缺水，100多個重度缺水。在14個沿海開放城市中，有9個重度缺水；在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個長期受缺水困擾；在46個重點城市中，有45.6%的城市水質較差。

據《中國可持續發展水資源戰略研究報告》，到2030年全國城市工業用水和城市生活用水的總量將達到1320億立方米，比現在增加近700億立方米；國民經濟需水總量將達到7000億～8000億立方米；而實際的可用水資源僅有8000億～9500億立方米，需水量已接近可利用水量的極限。2009年秋冬至2010年春，中國西南地區持續干旱，昔日碧波蕩漾的溪流和湖泊干涸龜裂，億畝良田嚴重減產甚至顆粒無收，數千萬居民飲水困難。為解決水的短缺，抗旱部隊鉆井深度已達1400m。

隨著地表水源不斷枯竭，一些城市只好采用地下水。全國有400多個城市開采利用地下水，在城市用水總量中，地下水占到30%。全國地下水多年平均超采74億立方米，超采區共有164片，超采區面積達18.2萬平方公里，而地下水水位的逐年下降已經達到極其嚴重的程度。20世紀50年代，北京的水井在地表下約5m處就能打出水來，現北京4萬口井平均深度達49m。按照現在的抽水速度，再過10～15年，很多地方抽水將抽到基巖，也就意味著城市地下供水的水源會永遠消失。

中國的水污染也特別嚴重，70%的河流都是受到污染的，75%的湖泊遭受了不同程度的富營養化，大約3億人不能飲用潔凈水。中國廢污水排放總量占世界總量的10%，單位產值廢污水排放量為世界平均水平的3倍，且80%未經適當處理就排入江、河、湖、海。經過對中國532條河流的監測，有436條河流受到不同程度的污染。七大水系（長江、黃河、淮河、松花江、海河、遼河和珠江）中，長江支流呈輕度污染，黃河及松花江支流出現重度污染，淮河、海河流域為嚴重污染。七大水系中大約60%的水被定級為Ⅳ類甚至更差，這意味著不適于人類接觸。

污染也惡化了水資源短缺的問題。在以前水資源豐富的珠江三角洲地區和長江三角洲地區，最近幾年也出現了水質型水資源短缺，相當數量的水因為嚴重污染而變得不可使用。污染還擴展到了地下蓄水層，據估計，25%的地下蓄水層正在被污染。

中國近海海域污染也很嚴重。對18個海洋生態監控區的監測表明，主要海灣、河口及濱海濕地生態系統均處于不健康或亞健康狀態。全國海域未達到清潔海域水質標準的面積為13.9萬平方公里，其中，嚴重污染海域面積約為2.9萬平方公里。據大連與日本北九州合作對大連灣的監測，共檢出有機污染物220種，其中有47種屬美國優先控制的危險物質。

1.4.3　土地退化

中國是世界上土地沙化最嚴重的國家之一，目前中國的荒漠化土地面積有264萬平方公里，占國土面積的27%（見圖1-7）。土地沙化面積在20世紀50年代每年擴展1500km2，70年代每年擴展2100km2，1994～1999年，年均擴展3436km2，相當于沿海地區每年損失兩個中等縣的土地面積。據初步測算，新中國成立后的50多年，中國土地沙化面積已經擴大超過10萬平方公里，即相當于一個江蘇省的土地面積被完全沙化。如果再不采取積極措施，扭轉土地沙化加劇的勢頭，在今后的50年里，還將有成倍面積的土地沙漠化。

城市經濟的快速發展、人口的急劇膨脹、資源的大量消耗，使得部分城市市區原有的自然生態系統破壞嚴重，地表大部分被建筑物、混凝土路面所覆蓋，由此引發了各種各樣的環境問題，影響了城市居民的日常生活，制約著城市的健康發展。

1.4.4　中國酸雨狀況

我國是以煤炭為主要能源的國家，是世界上最大的煤炭生產和消費大國，煤炭在一次能源結構中占的比重一直在70%以上。燃煤時排放的SO2是煤炭的含硫組分在燃燒時被氧化而成的。煤炭的含硫量隨煤質而異，我國的煤炭平均含硫量為1.72%。

我國酸雨的化學特征是pH值低、離子濃度高，硫酸根、銨和鈣離子濃度遠遠高于歐美，而硝酸根濃度則低于歐美，屬硫型酸雨。從20世紀80年代以來，中國的酸雨污染呈加速發展趨勢。在80年代，中國的酸雨主要發生在重慶和貴陽等高硫煤使用地區及部分長江以南地區，酸雨區面積約為170萬平方公里。到90年代中期，酸雨區向青藏高原以東及四川盆地擴大。以長沙、贛州等為代表的華中酸雨區為全國酸雨污染之最，其年均降水pH值低于4.0。因酸雨引起的經濟損失相當巨大。2004年我國出現酸雨的城市為298個，占統計城市的1/2以上。酸雨城市主要分布在華中、西南、華東和華南地區。湖南和江西是華中酸雨污染最為嚴重的區域。

有數據顯示，1949年以來，我國火電占總發電量的比例一直在75%以上，1991～2002年（除2001年）10年間更是保持在80%以上。火力發電企業排放的SO2成為我國大氣污染的主要來源之一。

當前，中國的溫室氣體排放總量居世界第二位。國務院發展研究中心社會發展部蘇楊博士介紹，近幾年，隨著我國進入重化工業高速增長時期，火力發電行業從2002年后進入爆發式增長，2004年火電機組新裝機容量竟然超過2002年新裝機容量近100%。顯然，這意味著我國溫室氣體的排放也將可能快速增長。

此外，燃煤發電是山西、內蒙古生態退化的罪魁禍首，也是北京沙塵暴的主要原因。

1.4.5　無處可扔的城市

隨著城市化的迅速推進，城市產生的垃圾數量越來越多。目前，城市垃圾總量已占全球垃圾總量的90%以上，成為當今一大世界性的“公害”。

據國家環境保護總局公布的數字，中國造成環境污染的固體廢物中，最多的是生活垃圾和工業廢物。目前，生活垃圾年產量約為2億噸，工業廢物為8億噸，其中化學品等危險廢物近1000t。由于缺乏有效處理，中國歷年的垃圾存量已超過60億噸。

隨著中國成為世界的工廠，它也正在變成世界的“垃圾場”。聯合國環境規劃署的一份報告顯示，全球每年產生的電子設備廢料高達2000萬～5000萬噸，它是目前世界上增長最快的固體垃圾，其中80%被運到亞洲，其中又有90%被棄于中國。近年來，中國每年要容納全世界70%以上的電子垃圾，已經成為世界最大的電子垃圾傾倒場。中國電子垃圾的數量還將以每年5%～10%的速度迅速增加。電子垃圾中含有鉛、鎘、鋰等七百多種物質，其中50%對人體有害，在回收過程中如果處理不當，將嚴重污染環境。

目前，中國城市垃圾的年產量超過2億噸，每年還以8%～9%的速度增長。歷年來城市的垃圾堆放存量超過50億噸，全國有30多個城市的垃圾堆存量超過1000萬噸，近200個城市已無合適場所堆放垃圾，全國2/3的城市處在垃圾包圍之中。

全國城市垃圾的產量平均每年增加10%，而清運量僅占產量的40%～50%，50%以上的垃圾堆放在城市的一些死角甚至公共場所，大量未經處理的工業廢渣和生活垃圾堆放在城郊等地，成為嚴重的二次污染源，影響環境安全和人體健康。而且，一些垃圾污水由城郊滲入地下，嚴重地污染了地下水，禍及城郊菜地和果園。

中國城市目前處理生活垃圾的方法除露天堆放外，還有衛生填埋。這種方法避免了露天堆放產生的問題，其缺點是建設的填埋場占地面積大、使用時間短（一般10年左右）、造價高、垃圾中可回收利用的資源被浪費了。其次是焚燒，這種方法雖然使垃圾體積縮小了50%～95%，但燒掉了可回收的資源，釋放出有毒氣體，如二英、電池中的汞蒸氣等，并產生有毒有害爐渣和灰塵。第三種是堆肥，這種方法需要人們將有機垃圾與其他垃圾分開，但是它具有很好的發展前景。

城市作為經濟和生活中心，污水排放量大，加之中國城市污水的處理水平普遍不高，城市水環境面臨的形勢十分嚴峻。

1.4.6　物種減少

國際自然與自然資源保護聯合會發布的《2004瀕危物種紅名單》，把中國列為世界上生物多樣性受到最大威脅的5個國家之一。據估計在3萬種高等生物中有3000種處于瀕危滅絕狀態，而已滅絕的野生動物有高鼻羚羊、白臀葉猴、豚鹿、新疆虎、赤頸鶴、白掌長臂猿等。中國的瀕危針葉植物種類占全球第一（34種，其中26種為中國特有）；瀕危哺乳類動物種類（82種，其中30種為中國特有）僅次于印度尼西亞和印度而居全球第三位；瀕危鳥類種類（85種，其中17種為中國特有）僅次于印度尼西亞、巴西和秘魯，與哥倫比亞同為全球第四位。中國被列入世界瀕危動物“紅皮書”的種數共123種，列為國家保護名錄中的一、二級保護動物有277種。

導致中國野生動植物減少的緣由，一是不適度的開發，二是濫捕、濫獵、濫采，三是環境污染。保護中國的動植物資源已經迫在眉睫，應提上各級政府的議事日程。

1.4.7　可持續發展重大阻力

（1）環境

近30年來，中國經濟獲得了前所未有的持續的高速增長，但是，由于資源開發的迅速擴大和能源消耗的迅猛增長，中國的生態破壞和環境污染已經達到了十分嚴重的程度。單位產值所產生的固體廢物比發達國家平均高出10倍，單位面積國土污水負荷量約為世界平均值的16.5倍；污染總量增長率為總產值增長率之數倍；經濟波動系數為世界平均水平的4倍以上。

中國是世界上空氣質量最糟糕的國家之一。中國很快會是世界上第一大溫室氣體排放國家。

根據環保部的測算，2002年中國每1億噸燃煤，會排放115萬噸二氧化硫、68萬噸煙塵，氮氧化物排放強度是經濟合作與開發組織國家平均水平的8倍。研究表明，中國二氧化硫的環境容量只有1200萬噸，而中國全年排放二氧化硫1927萬噸，居世界之首，遠超過自身凈化能力，使1/3的國土受到酸雨侵蝕。中國目前每年燃燒16億噸煤左右，就已經使全國大多數地區烏煙瘴氣。若2020年要燃燒30億噸煤，每年將排放2750萬～3560萬噸二氧化硫，到那時不僅全中國都會下酸雨，還可能殃及周邊國家。

雖然從使用煤部分轉向使用石油或天然氣減輕了城市中的空氣污染，但近些年從使用自行車和公交工具大規模轉向駕駛私人轎車已經抵消掉了上述所有的好處，并進一步惡化了環境。

中國環境規劃院估計，在中國13億人口中，每年有40多萬人因患與空氣污染相關的疾病而死亡。有1/3的國土面積受酸雨的影響，而且集中在東南地區。二氧化硫排放如果不嚴加控制，土壤幾十年后將嚴重酸化，南方將可能變成不毛之地。

目前，中國城市總體上空氣質量較差。影響城市空氣質量的主要污染物為燃煤和汽車尾氣的顆粒物，而中國城市空氣中總懸浮顆粒物濃度早已普遍超標。根據世界衛生組織的報告，在全球污染最嚴重的10大城市中，中國就占了7個，而且中國的太原市還位列榜首。中國大多數城市總懸浮顆粒物年均值為300mg/m3，大同市為721mg/m3，蘭州市為668mg/m3，而世界衛生組織的標準是90mg/m3，令人觸目驚心。世界衛生組織通過對中國300個城市的測試得出結論：70%的中國城市不適合居住。

據中國有關部門檢測，在342個被檢測的城市中，符合國家環境空氣質量一級標準的城市不足1%，只有38.6%的城市達到國家環境空氣質量二級標準（居住區標準），環境空氣質量達不到二級標準城市的居住人口占統計城市人口總數的60.9%。53.2%的城市可吸入顆粒物（PM10）的濃度達到二級標準；74.3%的城市二氧化硫濃度達到二級標準。顆粒物污染較重的城市主要分布在西北、華北、中原和四川東部。

一個典型的大城市每天向大氣中排放幾千噸空氣污染物，如果沒有大氣的自然凈化作用，空氣會很快因污染而對人類及動植物造成致命傷害。工業和交通運輸業的迅速發展以及化石燃料的大量使用，將粉塵、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、臭氧等物質排入大氣層，使大氣質量嚴重惡化，由此引起的溫室效應和臭氧層破壞更是直接地威脅到人類的生存。

中國有的城市長年累月籠罩在煙霧之中，大氣能見度極差，本溪市還曾經因煙霧彌漫而被稱為“衛星上看不到的城市”。而大氣中硫氧化物、氮氧化物嚴重超標導致了全國大部分地區出現酸雨，宜賓、長沙等城市酸雨出現的頻率大于90%，長沙市降雨的平均pH值已達到3.54。酸雨的降落不僅破壞了生態環境，而且加劇了建筑物、鐵道、橋梁的腐蝕與破損，給工農業帶來巨大的損失。

中國城市的空氣污染具有復合型的特點，工業、生活和交通是造成城市空氣污染的主要原因。

衡量一個國家真正的富裕程度，國際上已有了新的算法，即要把一個國家的環境與自然資源作為核算的內容之一。在聯合國與世界銀行公布的世界各國人均財富的報告中，澳大利亞和加拿大因擁有豐富的自然資源而被列為世界的第1、2位，中國則列于世界的第160位之后。與其他發展中國家相比較，墨西哥高出中國12倍，巴西高出中國7.5倍。

醫藥和衛生專家撰寫的分析報告指出，中國的工業化使很多人擺脫了貧困，但同時卻嚴重損害了環境。報告指出，中國城市的空氣質量已經進入“世界最差之列”，水污染已經成為對健康的嚴重威脅。空氣和水污染等危險的環境因素是造成中國居民死亡和疾病的重要原因。

專家們提醒說，氣候變化會使情況變得更加糟糕，因為氣溫升高和降水量增多會造成自然災害的增加。

報告指出，中國人面臨新、舊兩種環境風險，舊的風險包括衛生條件欠佳和家庭燃燒木炭和煤炭造成的空氣污染，每年造成大約42萬人早亡。

新威脅是與工業化和城市化密不可分的，包括空氣污染和工業廢棄物，每年造成130萬人死于各種呼吸道疾病。

研究人員指出，空氣污染是很多因素造成的，包括將煤炭作為工業燃料、交通運輸、工業化學品的排放、建筑粉塵和焚燒農業廢料等。

中國的相當一部分湖泊和主要河流都受到嚴重污染，現存的200條大河中只有1/2可以提供飲用水，28個主要湖泊中具備這一條件的還不到1/4。

由于中國人吸入的危險顆粒物水平最多可達美國的20倍，科學家警告說，中國有可能爆發公共健康危機。被譽為中國空氣質量最優的城市——海口，在世界城市空氣質量排行榜中排名在200名以后，與空氣、水和土壤嚴重污染相關的癌癥（主要是肺癌、胃癌和肝癌）成為摧殘中國人的健康和生命的主要殺手，很多地區已被認為不適宜人類居住。持續發展更加步履維艱。

PM2.5顆粒能沉積在肺里，對人類健康的威脅很大。幾個小組的科學家研究了中國（包括香港）的霧霾，至少有兩個小組發現了較高濃度的痕量金屬。過量的鋅和鉻能引發從早衰到癌癥等一系列問題。在極端情況下，空氣中如果含有高濃度的痕量金屬，甚至會損害人類的DNA，增加罹患遺傳病的風險。

科學家警告說，如果不加強環境管理，高濃度的痕量金屬可能會引發公共健康危機。

微小顆粒對健康的損害不光取決于顆粒的數量，也取決于它們的類別。痕量金屬是空氣中對人類健康危害最大的物質。

在山東泰山上的云霧中，每升水含有105μg鐵，在江西廬山的云霧當中，每升水含鐵90μg。美國亞利桑那州埃爾登山的數值則僅為5.6μg。

中國空氣中的鋅濃度甚至更高，在中國的這兩座山上，每升水含有200～250μg鋅，而埃爾登山的云霧當中則不含有這種金屬。氧化之后，鋅可以破壞細胞內的DNA結構。有些損害（比如某些痕量金屬造成的損害）是無法修復的。

中國空氣中發現的其他金屬或危險元素包括銅、鎂、鋰、鎳、砷、硒等。

（2）耕地

與和中國國土面積或地形近似的國家相比，中國耕地面積偏少。耕地在全國土地總面積中的比例，中國僅有10%，美國有20%，多山的日本有12%，印度達56%。而中國耕地減少的速度卻比其他國家高出2倍。

1996～2003年的7年間，中國耕地面積已由19.5億畝減少到18.5億畝，7年減少了1億畝，平均每年約減少14297畝，比兩個海南省的耕地還要多。中國人均耕地只有1.43畝，不足世界平均水平的40%。2003年，在我國31個省、自治區、直轄市中，人均耕地低于0.8畝警戒線的地區已有6個。依照2006年中國進口的棉花、谷物和大豆三種產品總量計算，如果全部在國內生產，需要占用土地2億畝，而中國只有3100萬畝可耕作的余地。與此并存的另一問題是，由于大量使用化肥和污染等原因，現有耕地的質量在逐年下降，耕地后備資源嚴重不足。

還有研究報告指出，隨著富裕程度提高，中國人的飲食重心已經開始從米面轉向肉類，這就需要大量飼料。目前中國人均肉類消費水準為美國50%左右，如果達到美國水準，就需要額外增加2.77億噸飼料糧食及6800萬英畝（1英畝=4046.8平方米）耕地。雖然現在人們對轉基因食物的安全性還各執一詞，爭論不息。但是在土地資源日益減少，龐大人口需求不斷增加的壓力之下，眾多有識之士已得出結論。接受轉基因食物已是大勢所趨，中國遲早將會接受并且成為世界上最大推廣轉基因食物的國家。

中國森林資源最為匱乏。森林覆蓋率為18.21%，僅為世界平均水平的61.3%；單位面積森林蓄積量僅為世界平均水平的84.8%。中國人均森林面積和蓄積量只占世界的134位和122位，中國林產品供需矛盾依然突出。

中國的森林資源消耗十分嚴重：一是林地非法流失嚴重，1999～2003年的5年間，全國有1010.68萬公頃林地被改變用途；二是超限額采伐林木問題突出，1999～2003年的5年間，全國年均超限額采伐的數量高達7554.21萬立方米。目前，中國木材缺口在9578萬立方米左右。

紙張需求量猛增是木材消費增長的原因之一，紙張的大量消費不僅造成森林毀壞，而且因生產紙漿排放污水使江河湖泊受到嚴重污染（中國造紙行業所造成的水污染占整個水域污染的30%以上）。

（3）汽車

中國每千人擁有的小轎車數量與西方發達國家每千人擁有私人轎車400～500輛的水平相差甚巨，也大大低于俄羅斯、東歐以及東南亞和南美洲的欠發達國家，只與印度的水平相當。有人曾預測，如果中國的汽車人均擁有量達到世界平均水平，那么，全世界的石油出口量也不能滿足中國的要求；如果中國的汽車發展達到美國那樣的水平，全世界的石油產量也不夠中國使用。

同時，汽車的過度發展也必將減少中國的耕地。汽車消費需要一系列外部配套條件（如道路、停車場等）才能實現。有關專家計算，如果中國未來汽車保有量達到日本每兩人擁有一輛的水平，全國汽車保有量將從目前的1.5億多輛增加到6.5億多輛。假定中國平均每輛汽車所耗土地面積與歐洲和日本一樣為0.02ha，6.5億多輛汽車就要耗去1300萬公頃（1.95億畝），這已經超過中國現有2300萬公頃（3.45億畝）水稻田面積的1/2。

交通與交流推動著人類創造了往昔的城市文明，如果21世紀的城市還有希望，它將打開新的交通與交流的天地，那將締造一個嶄新的城市，而不該是一個車流滾滾、擁擠不堪的城市。

（4）捉襟見肘的礦產資源

中國礦產資源總的特點是人均擁有量低，結構不合理；分布與經濟區域不匹配；在部分用量大的支柱性礦產中，貧礦和難選礦多，開發利用難度大。

目前，相當嚴峻的是，中國已有2/3的國有骨干礦山進入開采的中后期，400多座礦山因資源逐步枯竭瀕臨關閉，有的已停產閉坑，大量礦工面臨下崗。

中國主要礦產品對國際市場的依賴程度將不斷提高。

能源對于我國建設和發展具有特別重要的意義。相對發展需求和世界水平而言，我國僅是一資源小國，主要能源人均可采儲量遠遠低于世界平均水平，石油、天然氣分別只有11.1%、4.3%，煤炭稍多，也只有55.4%。能源緊缺已成制約我國經濟、社會發展的主要因素。

據中國地質科學院、中國工程院等部門合作進行的研究，2010年我國石油基本消費量在2.7億～4億噸，預計我國在2005～2020年石油的產量將在1.8億～2.1億噸，每年的缺口為0.7億～1.8億噸，對海外原油的依存度將超過30%，也有研究機構預測，2020年我國石油對外依存度將高達60%。

1.5　中國采用新能源的緊迫性

在談及中國能源的現狀和未來發展時，有關能源戰略專家表現了極大的憂慮，他們認為中國要滿足可持續的能源供應正面臨巨大挑戰。未來20年，由于工業化和城市化的驅動，中國的電力需求增長200%，大約要占到全球的13%，相當于整個西歐在2020年的發電總量。中國在石油方面的需求已經占到了全球的6.3%，到2020年需求量將達到4.3億噸，占全球需求量的8.5%。

2005年《中國能源發展報告》指出，我國目前的能源結構是：電力為中心，煤炭是基礎，石油、天然氣為重點，核能為輔助。其中電力70%左右是以煤炭為原料的火力發電。

我國能源資源少、結構不合理、利用效率低和環境污染重等問題仍然非常突出。到2020年，要實現國內生產總值翻兩番，即使能源消費僅僅再翻一番，一次能源消費總量也要達到30億噸標準煤，需要新增煤炭生產能力約10億噸。未來我國將承受能源資源耗竭、環境污染和生態破壞的沉重壓力。

10年以后我國將成為世界第一礦產資源消費大國，到2050年我國將成為世界第一能源消費大國，但按現有的能源、資源使用模式，伴隨的是嚴重生態破壞、環境污染。我國已經成為世界水土流失最為嚴重的國家，水土流失面積已達國土面積的40%以上，沙漠化面積已占國土面積的1/3，草地、耕地退化現象嚴重，森林覆蓋面積遠遠低于世界平均水平的1/2，并且還在迅速減少。依靠消耗如此巨大的能源資源來支撐我國未來經濟增長，是中國現有石化資源無法滿足的，也是中國已經極為脆弱的環境無法承受的。

西方發達國家，以不超過10億的人口總數，依靠占據、掠奪世界90%的能源資源，耗時兩個世紀完成了現代化的進程，而我國現有13億人口，僅僅擁有世界不足10%的能源資源，需要在數十年時間內基本實現現代化，這是一個極為艱巨、復雜的任務。

簡單的數學計算和遍地污染的嚴酷現實，國外勢力利用能源供應作為不斷要挾、干擾、破壞我國經濟發展和社會穩定的惡劣手段，都已證明我國現有的能源使用模式已經亮起紅燈。對于某些國家而言，選擇使用新的能源是審時度勢，可遲可早的事，而對于中國，采用新的能源是迫在眉睫的唯一出路。

世界能源結構的演變進入一個過渡時期，能源革命的主要特征是用可再生的、儲量豐富的、無污染的、無公害的太陽能和其他再生能源逐步代替趨于枯竭的、非再生的、在消費過程中產生污染的化石能源。這個轉變時間，需要持續幾十年到100年。這段時間正是我國現代化進程的關鍵時期。擺在我們這代中國人面前的重大課題，是堅持以人為本，堅持經濟社會協調發展，大力開發、推廣太陽能等新型能源，保護環境，實施陽光經濟，緩解我國能源資源危機，進而實現中國現代化的宏偉目標。