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植物POWER
[2008-10-30 13:04:50]

    提起太阳能的利用,大家一定会立刻想起太阳能汽车、太阳能发电站、太阳能灶、太阳能热水器等科技产品,好像只有这些才算利用太阳能,实际上我们生活中绝大部分能源都来自太阳能。这里可列举几个例子:发电用的煤是古代植物利 用太阳能固化的碳;内燃机所用的各种燃料是从古代生物遗体液化成的石油中提取的,而古生物的生长的能量依然是“远古 ” 的太阳能供给的;水力、风力发电是太阳能的蒸发作用联合大气环流(也是太阳能的一种表现形式)造成的空气、水循环的 巧妙利用;就连人类自身的生长、发育、思考、运动等一切生命活动,也都是通过食物和氧气间接利用太阳能的结果。可以毫不夸张 地说,地球上万物的各种状态,从古至今基本上都是太阳能的杰作。
   阳光照射到地球上的能量(严格的说是功率)大约有100万亿千瓦,其中约70%被海洋及内陆水体吸收,水 温升高形成洋流、风、云、雨; 30%左右被反射并透过大气层散逸到外太空;只有大约1%被植物吸收用于合成各种养料形成生物能, 而这1%的太阳能每年转化成的生物能,却相当于每年全世界能源消耗量的10倍!但只是其中很少的一部分养活了地球上60多亿的人口 和数不清的生物。我们燃烧煤炭、石油产品,实际上是把远古动植物储存的太阳能,以热能的形式连同当时的二氧化碳重新释放到地 球上。但是,现在越来越少的植物和水体,来不及吸收并转化越来越多的阳光和二氧化碳,并且以后者为代表的温室气体所造成的 “温室效应”还加速了地球升温。尽管每天降临到地球上的太阳能依然十分巨大,可是我们似乎更愿意利用“远古 的太阳能”,因为我们早已“习惯使用”唾手可得的能源,这实际上是在透支“地球能源银行”的太阳 能,结果地球越来越热!
    由于当前的世界经济发展速度和人口对能源需求日益剧增,现有的技术节能措施总体跟不上对能源的需求 速度。水能、风能、核能的开发是受到环境、资源和投资制约的,而我们目前所谓的太阳能科技产品所直接利用的太阳能可以说是微 乎其微。但是别忘了,我们还有在地球上生存了亿万年的植物呢!
植物很早很早就会利用太阳能和二氧化碳合成养料供自己生长,无论从技术上还是广度上都远远超过了人类当前的技术。尽最大可能 地合理利用现有的植物作为能源,其本质就是“截流”地表造成生物资源储存的太阳能,且不产生“多余的” 热和二氧化碳。所以,这是最廉价、最环保、最双赢的办法,也是世界上大力倡导的“循环经济”理念的一个重要方面。 
    那么我们如何利用植物作为能源?请看下面的式子:

    这个式子简单地表明了植物利用并储存太阳能后我们人类可以进行的二次 利用手段,这些手段目前都可以实现,只不过大部分都没有得到很好的推广罢了。这里面最令人欢欣鼓舞的就是利用植物最终产生的 二氧化碳都要少于植物最初吸收的,因为我们毕竟只能利用植物其中一部分,也就是说我们不仅通过植物间接地利用了太阳能,而且 还把大气中多余的二氧化碳逐渐重新回收并以各种有机物的形式固化到了陆地之上。
    我们不禁会问:植物生长是需要时间的,假如目前地球上所有的人类活动都依赖植物提供能量,那究竟要 多少植物才够用啊?这是个不容回避的现实问题,因为植物能够提供的和人类需求的能量都十分巨大,需要具体分析。我们先将人类 对能源的用途作个分类:1.工业生产耗能;2.交通运输耗能;3.建筑能耗;4.农业生产耗能。下面会提到一个“期望替代级数 ”,表示通过使用清洁能源、植物和节约的方式替代现有燃料能源的可能性:1表示只可能替代10%,10表示可以100%替代。 
    工业生产所耗电能是惊人的,我国工业能耗占全国一次能源消费的60%左右。许多大型的工厂如炼钢厂、 电解铝厂、甚至汽车制造厂都自备有发电厂,若想纯粹由植物提供恐怕难以维系,只能由大型的水电站和核电站来担此重任。但目前 我国主要还是通过燃烧煤炭提供电力,如果能部分地利用植物纤维如废木料、秸秆、动物粪便等进行发电,也是一种不错的环保措施 ,期望替代级数1。
    交通运输能耗主要是汽油和柴油,约占全国总能耗的5%左右。醇类燃料因其热值低而不被欢迎,不过一旦 石油被采光,醇类燃料和由植物油制取的生物柴油燃料自然成为交通工具的不二之选(燃料电池技术的进步一旦达到普及程度,交通 工具将会迎来第二个春天)。另外,在中小城镇等短途运输重新考虑起用马车等传统畜力是非常环保并有文化色彩的,所以期望替代 级数10。
    需要重点研究的是建筑能耗也就是日常生活耗能,占总能耗的30%左右,并且内容复杂:主要是电、水、 矿物燃料(包括天然气)。由于空调、冰柜的使用导致电能的消耗量有逐年递增之势,这一点不仅可以通过国家法令建造环保住宅、 强制空调功耗并号召大家节约来缓解,而且在生活区周围或城市楼顶大量养殖庭院植物,也可以起到吸热降温增氧的作用,空调用少 了等效于节能。做饭取暖所用的替代燃料非常之多:木柴秸秆、沼气、太阳能灶、太阳能热水器等等,这些方法能否得到推广关键在 于相关产品的性价比,技术上是不成问题的,此外加强炊具的保温措施也是节能的好办法。植物中竹子、藤类、硬木应该受到重视, 这是大自然创造的最好的碳纤维复合材料。如果在产品设计中大量采用即可替代大量的化工合成材料,不仅节省了石油资源,也增进 了生活健康。还有一个就是用水问题,我们的节水意识至今好像仍旧停留在口号上,过度开采、污染浪费现象司空见惯,城市当中冲 便、刷洗、跑冒滴漏占清洁用水的很大比例,也许大幅度提高水费价格是唤醒中国民众节水意识的唯一的措施。总之,日常生活中利 用绿色能源的机会非常之多,政府需要制定强制性法规并加强教育引导,民众更要主动地学习、留心,克服无意识的习惯性浪费,摆 脱那种“自我肯定”式的小市民心理。我们大胆地把期望替代级数定到10,意味着通过我们的努力,日常生活能耗完全可 以摆脱使用化石燃料。
    农业生产虽只占总能耗的7%,但节约空间巨大,同样可以采用以上提到的节能措施。值得一提的是,一部分农业机械如脱粒、粉碎、搅拌等完全可以使用畜力,甚至可以考虑用畜力直接发电,当然前提是使用成本必须大大低于利用燃料和 电力。可以采取集中饲养管理租借使用的办法,最大的好处是用大量的农作物秸秆谷糠替代了部分燃料和电力,因而期望替代级数定 到8,应该不过分。
    我们用各能耗类别所占的能耗百分比乘以各自的期望替代级数再除以10,然后再把结果加起来,得出的就是期望实现利用清洁能源的百分比:约为46%。这个结果只是一个定性的期望值,说明我们通过利用植物联合各种节能措施,还有大 约一半的节能空间,何乐而不为呢?植物只是太阳能到达地球的一个中继站,由植物衍生出的各种生物质都是太阳能的储存形式。我 们在充分挖掘植物潜力的同时,当然不会忽视直接利用太阳能产品和节能技术的开发。只有把各种节能措施充分利用起来,才有可能 实现逐渐摆脱对化石燃料的依赖并缓解全球变暖的趋势。如果你不想成为毁灭地球家园的罪人,那么,现在就从身边的节能小事做起 。

 2007•大学组二等奖
  上海对外贸易学院人力资源管理0401班  丁 锐

    评注:文章从节约能源落笔,通过层层列举与剖析,阐明了利用植物作为能源的可行性、必要性及重要性,具有一定的说服力。
 

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